住宅立面節(jié)能構件淺析
——基于實證研究與計算機模擬

■ 張學榮 ZHANG Xuerong 潘文蔚 PAN Wenwei 張夢瀾 ZHANG Menglan

0 引言

住宅建筑的外立面是建筑內(nèi)部與外部空間進行物質(zhì)、能量及信息交流的重要媒介[1]。節(jié)能構件作為輔助性構件，不但影響到建筑外立面的造型，而且對減少建筑能耗有顯著作用[2]。在建筑設計階段，通過精心控制住宅外立面構件的形式，不僅能影響建筑立面的視覺效果，在很大程度上還會影響到建筑的節(jié)能效果。隨著計算機輔助設計技術的發(fā)展，建筑光環(huán)境模擬逐漸成為建筑光環(huán)境設計的重要輔助設計手段[3]。本文通過對南京老城區(qū)住宅建筑立面節(jié)能構件調(diào)研結果的分析擴展，結合Ecotect軟件對不同遮陽構件的采光模擬，對住宅建筑立面上的遮陽構件、空調(diào)板構件與太陽能集熱器構件進行歸類歸納，構建立面構件庫，為住宅立面設計中構件選型提供依據(jù)。

1 背景與意義

1.1 立面構件的概念

“構件”一詞在《現(xiàn)代漢語詞典》中的解釋為：①組成機構的單元，可以是一個零件，也可以是由許多零件構成的剛體；②組成建筑物某一結構的單元，如梁、柱[4]。

本文所談論的立面構件主要包括影響建筑遮陽與自然采光的遮陽構件、與空調(diào)擺放相關的空調(diào)板構件、與太陽能利用相關的太陽能集熱器構件，不包括墻體、門窗、屋頂?shù)戎饕鈬o結構。合理設計立面構件能夠在獲得美觀立面造型的同時，有效降低建筑能耗。

1.2 立面構件庫的概念

構件庫是存放構件的儲存庫，其本質(zhì)是實現(xiàn)構件與用戶交互的一個系統(tǒng)。構件庫是能夠?qū)嫾M行有效管理，實現(xiàn)用戶對構件上傳、儲存、修改，并對構件復用的過程[5]。本文所研究的立面構件庫指的是某一類立面構件多種形式的集合，包含每種構件的各種信息及優(yōu)選建議。將立面上的遮陽構件、空調(diào)板構件與太陽能集熱器構件進行信息化，為住宅立面設計中的構件選型提供依據(jù)。

1.3 研究立面構件庫的意義

將立面構件信息化，為住宅建筑外立面設計提供一定的依據(jù)。立面設計是一個綜合性問題，不僅要考慮造型美觀，還要考慮建筑內(nèi)部的舒適度及節(jié)能的問題。利用立面構件庫能夠有效針對相應的設計需求，高效、快速地篩選出合適的構件類型，在提高設計效率的同時，又能獲得美觀的立面造型，還能在一定程度上減少能耗。

1.4 研究方法

1.4.1 調(diào)研分析法

（1）通過對南京老城區(qū)住宅建筑外立面的調(diào)研，得到立面構件庫構件的基礎信息。

（2）分析老城區(qū)住宅立面上被動式節(jié)能構件的形式特點，總結現(xiàn)有構件類型的優(yōu)勢及不足。

（3）結合住戶的需求，提出更加多樣的構件可能性類型。

1.4.2 計算機模擬分析法

利用Ecotect軟件對不同遮陽構件進行采光模擬，并根據(jù)計算機模擬結果，對遮陽構件進行歸類并給出最佳設計尺度建議。

1.4.3 總結歸納法

在實地調(diào)研的基礎上，對立面構件的類型進行擴展，借助計算機模擬和綜合分析，對各種類型的構件進行歸納總結，得到優(yōu)選建議表，為住宅立面設計提供一定的依據(jù)。

2 實地調(diào)研

2.1 調(diào)研概況

2.1.1 調(diào)研對象與地點

現(xiàn)狀調(diào)研的對象為老城區(qū)老舊住宅建筑外立面上的節(jié)能構件，地點位于江蘇省南京市老城區(qū)中心居住區(qū)，東邊以龍蟠中路為界，西邊為中山路，南邊為長江路，北邊為北京東路。在這個范圍內(nèi)選擇了39棟居住建筑，建筑分布圖如圖1所示。

2.1.2 調(diào)研目的與內(nèi)容

現(xiàn)狀調(diào)研的目的，一是從老舊的住宅建筑中提取被動式遮陽構件；二是了解南京地區(qū)居民對遮陽節(jié)能的真實需求。

調(diào)研的內(nèi)容包括立面構件的形式、節(jié)能相關構件的朝向、構件與建筑高度的關系、與建筑的整體關系、構件的控制性與維護性能等各種信息。

2.1.3 調(diào)研方法

調(diào)研采用實地走訪、實地測繪方法，后期對所調(diào)研成果進行歸納整理，利用數(shù)據(jù)分析的方法進行對比分析。

2.2 調(diào)研成果

共獲得39棟住宅建筑外立面數(shù)據(jù)，其中，遮陽構件的形式主要有獨立遮陽構件和整體式外遮陽兩種。分別從這兩個類型進行歸納整理，得到遮陽構件的調(diào)研數(shù)據(jù)。

2.2.1 獨立遮陽

選取9棟外立面上采用獨立遮陽方式的建筑進行歸納對比，如表1所示。

2.2.2 整體式外遮陽

選取10棟外立面上采用整體式外遮陽方式的建筑進行歸納對比，如表2所示。

3 構件庫建立

在調(diào)研統(tǒng)計結果基礎上進行擴展，分析與節(jié)能相關的遮陽構件、空調(diào)板構件、太陽能集熱器構件所有可能性，并通過計算機模擬分析得出遮陽構件的最優(yōu)尺寸，構建遮陽構件、空調(diào)板構件、太陽能集熱器構件的構件庫。

3.1 遮陽構件庫

3.1.1 遮陽構件

遮陽構件分為水平式、垂直式、擋板式和綜合式（表3～6）。

3.1.2 計算機模擬分析

分析軟件為Ecotect，氣象數(shù)據(jù)以南京地區(qū)氣候數(shù)據(jù)為參數(shù)，通過建立不同尺度遮陽構件的模型，進行多次模擬，得出如表7所示結果。

表1 獨立遮陽構件統(tǒng)計表

表2 整體式外遮陽構件統(tǒng)計表

3.1.3 優(yōu)選建議

根據(jù)是否可調(diào)節(jié)、適宜的朝向、構件的結構與材料，對遮陽構件庫進行歸類總結，獲得優(yōu)選建議（圖2）?？梢钥闯觯^大部分類型的構件都不具備可調(diào)節(jié)性，水平式遮陽構件比較適合于南向，其他類型的幾乎適合于多種朝向。

3.2 空調(diào)板構件庫

3.2.1 空調(diào)板構件

空調(diào)是現(xiàn)代生活中不可缺少的元素，在住宅立面設計中空調(diào)板構件承擔著放置空調(diào)的作用，空調(diào)板構件對立面的美觀起著不可忽視的作用。結合空調(diào)的功能特點，從結合窗、陽臺等的一體化設計對空調(diào)板構件進行歸類，得到表8。

表3 水平式遮陽構件統(tǒng)計表

表4 垂直式遮陽構件統(tǒng)計表

表5 擋板式遮陽構件統(tǒng)計表

表6 綜合式遮陽構件統(tǒng)計表

3.2.2 優(yōu)選建議

從空調(diào)板的位置、隱蔽性及可放置空調(diào)的數(shù)量將空調(diào)板構件進行歸類，得到優(yōu)選建議（圖3），發(fā)現(xiàn)結合陽臺的空調(diào)板構件往往隱蔽性相對較高。

3.3 太陽能集熱器構件庫

3.3.1 太陽能集熱器構件

太陽能集熱器作為一種新型的能源裝置，已經(jīng)逐漸普及，太陽能集熱器構件的形式對建筑的立面設計同樣起著重要的作用，本文主要從結合窗、陽臺、外墻及遮陽構件4個方面進行擴展整理（表9）。

3.3.2 優(yōu)選建議

從位置關系、維護的便捷性和可調(diào)節(jié)性三個方面對太陽能集熱器構件進行歸納，其中結合陽臺的太陽能集熱器構件維護便捷，結合外墻設計的構件一般不可調(diào)節(jié)角度（圖4）。

4 結語

本文通過實地調(diào)研并結合相關計算機軟件進行模擬分析，總結出各種形式的遮陽構件、空調(diào)板構件和太陽能集熱器構件，構建立面構件庫，進行信息化整理，并給出優(yōu)選建議，為立面設計中構件選型提供依據(jù)。從中，我們可以得到以下結論：

（1） 針 對不同立面造型與節(jié)能需求，可選擇的遮陽形式有水平式遮陽、垂直式遮陽、擋板式遮陽及綜合式遮陽。其中，水平式遮陽構件比較適合南向遮陽，垂直式遮陽構件適合于東西南向的遮陽，擋板式適合于各種朝向，綜合式也適合于各種朝向的遮陽；部分擋板式遮陽構件可設計為可調(diào)節(jié)式構件。

（2）針對不同立面造型需求，可選擇的空調(diào)板構件有結合窗、結合陽臺或結合外墻。其中，結合窗和結合陽臺比較常見，多位于窗下、窗邊、陽臺一側(cè)等；結合外墻，比如嵌在立面上的做法也比較常見，這種做法空調(diào)的隱蔽性相對較高。

（3）針對不同立面造型與節(jié)能需求，可選擇的太陽能集熱器構件有結合窗、結合陽臺、結合外墻和結合遮陽等。其中，結合窗和陽臺的比較常見，與外墻一體化設計的缺陷是維護檢修不方便；結合遮陽可以實現(xiàn)構件的功能復合，但也可能會造成檢修不便及熱損耗較大等問題。

表7 計算機模擬結果統(tǒng)計表

圖2 遮陽構件庫優(yōu)選建議

表8 空調(diào)板構件統(tǒng)計表

圖3 空調(diào)板構件庫優(yōu)選建議

圖4 太陽能集熱器構件庫優(yōu)選建議

表9 太陽能集熱器構件統(tǒng)計表