太陽(yáng)能光熱實(shí)驗(yàn)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的藝術(shù)表現(xiàn)方法研究*

李成一 王一平 尹寶泉

0 引言

根據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心對(duì)我國(guó)建筑領(lǐng)域用能的核算結(jié)果，2018年我國(guó)建筑運(yùn)行能耗占中國(guó)全社會(huì)能耗的23%，北方城鎮(zhèn)供暖能耗占全國(guó)建筑總能耗的21%。太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化，可為建筑提供生活熱水和空間采暖，降低建筑能耗，是建筑發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)[1]。但是，太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化的發(fā)展受到了一些阻礙[2-4]，一個(gè)重要原因是太陽(yáng)能集熱器吸熱板單調(diào)的黑色和深藍(lán)色嚴(yán)重限制了其在建筑上的應(yīng)用[5-7]。

為此，有一些研究致力于提升太陽(yáng)能集熱器的外觀：如改變吸熱板的顏色[8]；用瓦形[9]或波浪形[10]的蓋板模仿傳統(tǒng)瓦屋面，甚至直接用瓦片作為吸熱體[11]；用減反射涂層改變玻璃蓋板的顏色[12]，蓋板保持高透過(guò)率的同時(shí)只反射單一波段的可見光，目前僅在少數(shù)示范建筑中應(yīng)用[13]。上述研究存在的問(wèn)題是，對(duì)集熱器外觀的美學(xué)提升改造往往只服務(wù)于某一種建筑風(fēng)格或模仿特定的建筑外飾面材料，通用性比較差，且能效損失較多，應(yīng)用范圍仍受到嚴(yán)重限制。

根據(jù)國(guó)際能源署太陽(yáng)能供熱制冷委員會(huì)（IEA-SHC）的報(bào)告，太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化，應(yīng)該替代一部分外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并實(shí)現(xiàn)多功能性[14]?！耙惑w化”的集熱器可能會(huì)在效率上產(chǎn)生不可避免的損失，但這些損失可以通過(guò)“一體化”之后的“多功能性”得到補(bǔ)償。因此，本研究要解決的問(wèn)題就是探索一種更為通用的豐富太陽(yáng)能集熱器美學(xué)效果的方法，在保證較高能效的前提下豐富集熱器美學(xué)效果，從而促進(jìn)太陽(yáng)能集熱器與建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一體化，擴(kuò)展其在建筑中的功能。

太陽(yáng)能平板集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由玻璃蓋板、吸熱板和保溫外殼組成，傳熱介質(zhì)在吸熱板的管道內(nèi)流動(dòng)[15]，其蓋板可以成為藝術(shù)表現(xiàn)的畫面，其平板造型適宜與平整的墻體或屋頂相結(jié)合。在玻璃蓋板上用彩色涂裝表現(xiàn)某種建筑外飾面，是一種在保留集熱器原有結(jié)構(gòu)條件下即可改善外觀的簡(jiǎn)單、通用的方法，涂裝的靈活表現(xiàn)可模仿多種建筑外飾面，有利于一體化技術(shù)與更多建筑風(fēng)格相結(jié)合[16-17]。在前人的研究和實(shí)踐中，鮮有見到采用上述方法提升集熱器美學(xué)效果的報(bào)道。然而在背后有黑色吸熱板的玻璃蓋板上表現(xiàn)出建筑外飾面的色彩、肌理甚至立體效果，并不是簡(jiǎn)單摹畫就可以做到，這需要一定的表現(xiàn)策略和方法。

本研究以一座實(shí)驗(yàn)建筑為例，用太陽(yáng)能平板集熱器最大程度地代替屋頂和外墻的外飾面層和外保溫層，形成內(nèi)層為保溫層和圍護(hù)層，中間為空氣層和吸熱板，外層為玻璃蓋板的一體化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（圖1），外飾面效果來(lái)自玻璃蓋板上的彩色涂裝。本文在驗(yàn)證該一體化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)多功能性的基礎(chǔ)上，論證蓋板涂裝中運(yùn)用的藝術(shù)表現(xiàn)策略和方法。

圖1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造圖解Fig.1 diagram of the frame structure in the building envelope

1 實(shí)驗(yàn)建筑概況

1.1 方案和構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)建筑位于天津市，為一座普通的小型北方民居，三開間，正面朝南，雙坡屋頂，室內(nèi)面寬6 m，進(jìn)深3.3 m，屋脊高3.1 m。太陽(yáng)能集熱器的吸熱板最大化地嵌入南屋面，東、西山墻和南面窗下墻中預(yù)留的空腔內(nèi)（圖2），每套吸熱板都配有傳熱介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)和儲(chǔ)能水箱。玻璃蓋板陣列懸掛于空腔內(nèi)的支架上，拼裝成平整的玻璃外飾面層，外表面由彩色涂裝模仿北方民居常見的外飾面材料。

圖2 實(shí)驗(yàn)建筑中太陽(yáng)能集熱器的 布置位置Fig.2 the placement of solar collectors in the experimental building

1.2 涂裝方法和模仿對(duì)象

玻璃蓋板的色彩效果來(lái)自一種半色調(diào)涂裝工藝，涂層按一定的網(wǎng)點(diǎn)模式和面積率分布在玻璃蓋板上，網(wǎng)點(diǎn)部分反射的可見光表現(xiàn)出涂裝的色彩效果，未反射的可見光和近紅外光大部分透過(guò)蓋板被吸熱板吸收[18]（圖3）。集熱器有效透過(guò)率與吸收率乘積[19]的相關(guān)理論和筆者前期的相關(guān)研究[20]證明，蓋板涂裝的吸熱使蓋板溫度升高，降低了集熱器的熱損失，彩色涂裝造成的集熱性能下降的比例小于蓋板透過(guò)率下降的比例。

圖3 太陽(yáng)光在蓋板表面半色調(diào)涂裝的反射、透過(guò)與吸收Fig.3 reflection, penetration and absorption of sunlight in halftone coating on the glass cover surface

涂層以單孔透廣告貼膜為輔助工具噴涂而成（圖4），結(jié)合造型模板，模仿目標(biāo)外飾面材料的色彩和肌理。南屋面涂層以紅色為主，模仿油氈瓦屋頂?shù)男Ч?；南面窗下墻涂層以黃色為主，模仿外墻面磚的效果；東、西山墻涂層為灰色，模仿砂漿抹面的效果。

圖4 半色調(diào)涂層的噴涂過(guò)程示意圖Fig.4 painting process of the halftone coating

1.3 集熱器多功能性測(cè)試

實(shí)驗(yàn)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的集熱器具備三種運(yùn)行模式：熱水器模式、蓄熱墻模式和夜間保溫模式（圖5）。熱水器模式是指，集熱器在白天正常運(yùn)行，提供熱水。蓄熱墻模式是指，集熱器在冬季白天關(guān)閉循環(huán)系統(tǒng)，用墻體儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射熱[21-22]。夜間保溫模式是指，冬季夜間低溫?zé)崴谖鼰岚鍍?nèi)流動(dòng)，截?cái)嗤ㄟ^(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量流失，為建筑提供主動(dòng)式保溫[23]。

圖5 運(yùn)行模式示意圖Fig.5 schematic diagram of operation mode

熱水器模式的測(cè)試在2018年10月進(jìn)行。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）中的相關(guān)指標(biāo)（表6.2.1-1熱水用水定額），在天氣晴好的條件下，四部分集熱器一天提供的熱水總量（表1）完全可以滿足一個(gè)三口之家3～4天的熱水用量。

表1 各集熱器熱水體積及水溫統(tǒng)計(jì)Tab.1 statistics of hot water volume and temperature of each collector

蓄熱墻模式和夜間保溫模式的測(cè)試期在2019年1—2月，室內(nèi)熱源為兩臺(tái)電暖器，室溫設(shè)定在23～25 ℃，為避免太陽(yáng)輻照對(duì)室溫和系統(tǒng)集熱量的直接影響，門窗玻璃完全隔絕日照，循環(huán)系統(tǒng)白天關(guān)閉，不集熱。夜間保溫模式所用的熱能由水箱內(nèi)的電加熱器提供，水溫控制在13～14 ℃，模擬天津市淺層地下水的溫度。系統(tǒng)夜間運(yùn)行時(shí)段為晚19:00—次日早7:00，循環(huán)系統(tǒng)一天運(yùn)行一天關(guān)閉交替進(jìn)行。采用K型熱電偶和測(cè)溫儀，通過(guò)測(cè)定西墻在厚度方向上的4個(gè)溫度值來(lái)驗(yàn)證上述兩種模式對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能的影響。測(cè)溫點(diǎn)位置分別為：墻體內(nèi)表面T1，主要受室溫影響，比較穩(wěn)定；加氣混凝土與內(nèi)保溫層界面T2，主要受墻體的蓄熱和保溫性能影響；吸熱板表面T3受太陽(yáng)輻照影響，變化最為劇烈；玻璃蓋板外表面T4，受環(huán)境溫度和T3影響，變化幅度比較大?？梢娡ㄟ^(guò)T2可以更直觀地反映出蓄熱墻模式和夜間保溫模式對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能的影響。

以2月15日和16日中午到次日凌晨西墻溫度梯度變化過(guò)程為例，這兩日均為晴好天氣，日照充足，環(huán)境溫度較低，15日夜間系統(tǒng)運(yùn)行，16日夜間系統(tǒng)關(guān)閉。2月15日，T2由12:00的14.2 ℃增至20:00的22.8 ℃，最終在16日4:00降至19.4 ℃（圖6a），但由于夜間保溫模式的保溫功能，仍高于15日16:00的18.4 ℃。2月16日，T2從12:00的17.8 ℃增至20:00的25.9 ℃，而在系統(tǒng)停止運(yùn)行的情況下，最終在17日4:00下降到18.6 ℃，只比16日12:00的溫度升高了0.8 ℃（圖6b），這意味著幾乎所有通過(guò)蓄熱墻模式獲得的熱量都流失掉了?？梢?，夜間保溫模式可以保留住蓄熱墻模式獲得的一部分熱量，減少墻體蓄熱量的流失。能耗測(cè)試結(jié)果表明，21個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行日的夜間采暖總電耗為270.52 kW·h，21個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉日的夜間采暖總電耗為294.16 kW·h，夜間保溫模式使采暖能耗降低約8%。

圖6 西墻墻體溫度梯度變化過(guò)程Fig.6 process of temperature gradient change of the west wall

綜上測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)建筑中的集熱器不僅能提供一定量的生活熱水，還能通過(guò)蓄熱墻模式和夜間保溫模式降低建筑的采暖能耗，證明了該一體化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的多功能性。

2 蓋板涂裝的藝術(shù)表現(xiàn)策略

在太陽(yáng)能集熱器提升了建筑整體性能的基礎(chǔ)上，外觀效果就決定了其應(yīng)用范圍，蓋板涂裝能夠模仿的建筑外飾面材料種類越多，其適用的建筑風(fēng)格就越多。在模仿中應(yīng)把握住建筑觀察活動(dòng)中觀察者、建筑以及觀察條件三方面特點(diǎn)，遵循如下三條藝術(shù)表現(xiàn)策略。

2.1 形狀特征優(yōu)先

人眼在觀察物體時(shí)具有這樣一種傾向，能在亮度明顯不同的區(qū)域之間的邊界附近看到亮帶或暗帶，這種亮帶或暗帶被稱作“馬赫帶”，俗稱視覺的“勾邊”效應(yīng)[24]?！榜R赫帶”效應(yīng)是由于視網(wǎng)膜上相鄰部分之間的側(cè)抑制作用而產(chǎn)生的，這種抑制作用的功能之一就是增強(qiáng)反差，通過(guò)對(duì)視覺信息的畸變達(dá)到突出觀察對(duì)象的重要特征和增強(qiáng)空間分辨的目的。這說(shuō)明人在觀察過(guò)程中，不自覺地通過(guò)視網(wǎng)膜的活動(dòng)勾畫出觀察對(duì)象最醒目的外形特征，從而抽取出其最關(guān)鍵的視覺信息。因此，在模仿中抓住模仿對(duì)象最主要的形狀特征是最重要的一點(diǎn)。

2.2 以明暗對(duì)比為主

在現(xiàn)實(shí)中是沒有勾勒形狀的抽象線條的，“一切視覺表象都是由色彩和亮度產(chǎn)生的”。界定形狀的輪廓線是視覺系統(tǒng)依靠“馬赫帶”效應(yīng)通過(guò)區(qū)分亮部和陰影推導(dǎo)出來(lái)的，而亮部和陰影的對(duì)比需要通過(guò)色彩表現(xiàn)的技巧來(lái)表達(dá)。

色彩效果往往通過(guò)色相、明暗、冷暖、面積等對(duì)比來(lái)表現(xiàn)。按照建筑設(shè)計(jì)中對(duì)立統(tǒng)一的美學(xué)原則，一棟建筑不會(huì)具有過(guò)多色調(diào)，往往由一種主色調(diào)及其少量明度變化搭配無(wú)色調(diào)（黑、白、灰）視覺元素生成建筑立面。在色調(diào)對(duì)比和明暗對(duì)比中往往以明暗對(duì)比為主[25]，例如，瓦屋面的波浪和層疊效果是通過(guò)受光面和陰影的對(duì)比表現(xiàn)出來(lái)的，磚墻的肌理也是通過(guò)磚塊與磚縫之間遮擋產(chǎn)生的陰影效果呈現(xiàn)出來(lái)的。視覺效果的藝術(shù)表達(dá)要遵循人眼的認(rèn)識(shí)機(jī)能，明暗對(duì)比總是占支配地位，所以在模仿中要注重利用明暗對(duì)比突出光影效果。

2.3 兼顧觀察距離和角度

根據(jù)相關(guān)城市設(shè)計(jì)原理，建筑和視點(diǎn)距離在30 m之內(nèi)，在晴天無(wú)眩光的自然天光下，空氣中含懸浮物不超過(guò)三級(jí)，觀察對(duì)象非發(fā)光體，觀察者視力不低于1.0，可以看清楚建筑的顏色、細(xì)部乃至材料的質(zhì)地紋理和浮雕裝飾，留下深刻印象，這種對(duì)建筑的觀察條件可稱為建筑強(qiáng)場(chǎng)[26-27]。本研究中所設(shè)定的理想觀察范圍是超出半色調(diào)網(wǎng)點(diǎn)的辨識(shí)距離，并處于建筑強(qiáng)場(chǎng)之內(nèi)，擬達(dá)到的效果是，觀察者看到的效果與他們對(duì)某些建筑材料的印象相匹配。然而受觀察距離的影響，大氣中的懸浮物和光散射作用都會(huì)使視覺效果的分辨率下降，色調(diào)向中性灰偏移，這就需要在強(qiáng)調(diào)明暗對(duì)比的基礎(chǔ)上，通過(guò)冷暖對(duì)比或面積對(duì)比等方法來(lái)夸大對(duì)比效果，以保證在有效的距離之內(nèi)加強(qiáng)視覺效果。

除了距離因素，觀察角度也會(huì)影響視覺效果。正面能觀察到的透視效果在轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后可能會(huì)減弱。建筑立面并非都是豎直面對(duì)觀察者的，例如“第五立面”——坡屋面就與觀者的視平面成一定角度，從而在視野里產(chǎn)生了一定的景深。因此，在與視平面成角度的平面上表現(xiàn)透視效果，需要通過(guò)一些圖案、肌理的設(shè)計(jì)，甚至通過(guò)“反透視”等造型技法在平面中創(chuàng)造出凹凸感和空間感等視錯(cuò)覺[28]。

3 實(shí)驗(yàn)建筑的立面表現(xiàn)手法分析

實(shí)驗(yàn)建筑中，東、西山墻模仿砂漿抹面效果，窗下墻模仿外墻面磚效果，屋頂模仿油氈瓦效果。山墻集熱器嵌于墻體正中，只采用了單一的淺灰色涂裝，并利用蓋板接縫模仿抹灰分隔縫效果，以求自然與周圍的砂漿抹面相融合。而窗下墻和屋頂部分的涂裝則本著視覺效果好和表現(xiàn)難度小的原則進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)（圖7a）和選擇。本節(jié)著重介紹上述設(shè)計(jì)和選擇過(guò)程，以及在此過(guò)程中對(duì)表現(xiàn)策略的應(yīng)用。

3.1 外墻面磚效果

在設(shè)計(jì)之初，窗下墻玻璃涂裝的備選方案包括民居中常見的清水磚墻和外墻面磚，這兩種外墻的肌理都是通過(guò)磚與磚縫的排列組合而形成的，區(qū)別在于磚面和磚縫的尺寸比例以及磚面的色彩效果。在許多描繪村鎮(zhèn)、市井生活的美術(shù)作品中，只勾勒些許磚縫即可表現(xiàn)出傳統(tǒng)屋巷的神韻。因此，突出墻面的肌理特征是表達(dá)的第一要點(diǎn)。清水墻磚面窄、磚縫相對(duì)較寬，紅磚或青磚顏色均比較深，與水泥灰縫在明度上差異較小。在一定距離外觀察，對(duì)比不夠強(qiáng)烈，容易混在一起。鋪貼墻面中外墻面磚普遍顏色較淺且磚面較寬，磚縫細(xì)窄，選擇深色磚縫，則拼貼效果簡(jiǎn)潔明了，對(duì)比強(qiáng)烈，肌理清晰。相比之下外墻面磚的表現(xiàn)難度更小，被選為模仿對(duì)象。

面磚顏色選擇了常見的奶黃色，磚縫設(shè)為深灰色（圖7b）。由于吸熱板本身為黑色，墻面又正對(duì)觀察者，磚縫部分無(wú)需噴涂，直接透出玻璃背后的黑色即可。為了增強(qiáng)反差，表現(xiàn)技巧中運(yùn)用了一點(diǎn)冷暖對(duì)比，由于暖色會(huì)使觀察者產(chǎn)生畫面物體靠近自己的感覺，因此在磚面上噴涂少量橘色，以加強(qiáng)磚面相對(duì)于磚縫的凸出感。

3.2 瓦屋面效果

屋頂涂裝的模仿對(duì)象是最常見的瓦屋面，備選方案為筒板瓦和油氈瓦。瓦屋面共同的基本特征是瓦片從屋脊到檐口一片壓一片，一層壓一層，這種層疊效果是靠上層瓦片在下層瓦片上投射的陰影來(lái)呈現(xiàn)的。因此，表現(xiàn)中的第一要點(diǎn)是突出瓦片與陰影的對(duì)比。筒板瓦的層疊方式較為復(fù)雜，而且凹凸感更強(qiáng)，在涂裝中要有表現(xiàn)陰影和暗部的深色、瓦片的本色和表現(xiàn)凸起效果的亮色（圖7c）。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，較多色調(diào)的組合弱化了明暗對(duì)比效果，預(yù)期的立體效果在十幾米的距離和角度稍偏的觀察條件下色彩混雜成一片難以區(qū)分的中性灰。

最終屋頂涂裝選擇了模仿難度較低的油氈瓦，色彩僅為瓦片的本色（暗紅+少量橘色）和表現(xiàn)陰影的黑色，肌理的圖案為上下層瓦片錯(cuò)位排列，而且有意縮小了瓦片的面積，增大了陰影的寬度。這樣做的原因之一是瓦的暖色調(diào)具有視覺膨脹感，而黑色具有視覺收縮感，調(diào)整面積比例可達(dá)到視覺上的均衡，效果更接近真實(shí)肌理；二是由于坡屋面與視平面成一定角度，需要利用“反透視”技巧形成視平面上的透視錯(cuò)覺，用更寬的黑色將瓦片的暗面和陰影簡(jiǎn)化表現(xiàn)為一個(gè)色域，更突出對(duì)比效果（圖8）。上下層瓦片錯(cuò)位排列則是利用遮擋打破圖案的豎向聯(lián)系，強(qiáng)化水平向的聯(lián)系，使屋頂從側(cè)面觀看依然表現(xiàn)出瓦片錯(cuò)落有致的層疊效果（圖7d）。

圖7 涂裝過(guò)程和噴涂效果Fig.7 coating process and results

圖8 “反透視”技巧在屋頂集熱器蓋板涂裝中的應(yīng)用Fig.8 application of “inverse perspective” technique in the painting of the glass covers on roof

3.3 與其他元素的結(jié)合

涂裝蓋板的模仿效果除了有賴于表現(xiàn)技巧，也需要細(xì)致的收邊和接縫處理，還要在設(shè)計(jì)中利用一些構(gòu)件作為造型元素與涂裝玻璃板相結(jié)合。在此以窗臺(tái)、擋水和封檐板的設(shè)計(jì)為例作以闡述。

由于窗間墻較窄，并未布置集熱器，外飾面為砂漿抹面，與窗下墻不同。設(shè)計(jì)采用了通長(zhǎng)的窗臺(tái)作為分隔，避免了上下兩部分的生硬銜接，同時(shí)又利用窗臺(tái)的“滴水”構(gòu)造防止了雨水由蓋板上緣滲入集熱器腔體。蓋板以下部分做了突出墻面的“擋水”構(gòu)造，既實(shí)現(xiàn)了蓋板與墻面的自然過(guò)渡，又符合建筑的防水要求。

為避免屋面蓋板邊緣和集熱器邊框暴露在外，設(shè)計(jì)采用了封檐板和天溝遮擋住地面觀察者的視線，以隱藏集熱器的設(shè)備特征。這種做法也為屋頂提供了有組織排水，同時(shí)形成的寬屋檐又具備一定的遮陽(yáng)功能，屋檐在夏季午間產(chǎn)生的陰影正好落在窗臺(tái)之上而不會(huì)遮擋窗下的集熱器（圖2）。

4 外觀效果評(píng)價(jià)與討論

為驗(yàn)證蓋板涂裝的模仿效果，本研究進(jìn)行了一次問(wèn)卷調(diào)查并邀請(qǐng)專家進(jìn)行了評(píng)價(jià)打分。

4.1 問(wèn)卷內(nèi)容與統(tǒng)計(jì)結(jié)果

問(wèn)卷經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)放，答題者通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)建筑的一幅照片（圖9a）的觀察回答三個(gè)層次的問(wèn)題。第一層次是對(duì)實(shí)驗(yàn)建筑外觀第一印象的評(píng)價(jià)；第二層次是在已知該建筑為太陽(yáng)能建筑之后猜測(cè)集熱器的安裝位置；第三層次是在已知集熱器位置后選擇與自己對(duì)該位置的第一印象相匹配的外飾面材料。

共收到151份有效答卷，其中近四成認(rèn)為實(shí)驗(yàn)建筑是“一座很普通的小房子”，其他答卷認(rèn)為小房子有一定的特別之處，但大部分也只是覺得“有點(diǎn)奇怪”，并非“很不同尋常”（圖9b）。綜合第二、三層次的問(wèn)題（圖9c-d），窗下墻涂裝的模仿效果最佳，接近四成答卷認(rèn)為有“磚”或“面磚”的效果，并且超過(guò)六成的答題者未意識(shí)到窗下墻安裝了太陽(yáng)能集熱器；屋頂涂裝的模仿效果得到了超過(guò)三成答題者的認(rèn)可；山墻的模仿效果最差，被選最多的答案是太陽(yáng)能集熱器。問(wèn)卷也對(duì)答題者的身份做了調(diào)查，其中建筑相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者或?qū)W生占50.99%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示這些對(duì)建筑外飾面效果更敏感的人對(duì)蓋板涂裝的模仿效果更為認(rèn)可（圖9e）。

圖9 問(wèn)卷調(diào)查的問(wèn)題及答題結(jié)果Fig.9 questions and results of the questionnaire survey

4.2 專家評(píng)價(jià)打分

為了能夠深入了解觀察者對(duì)涂裝效果的看法，本研究組織了一次專家評(píng)價(jià)，對(duì)蓋板涂裝的藝術(shù)表現(xiàn)進(jìn)行了討論和打分。邀請(qǐng)的5位專家在建筑行業(yè)從事設(shè)計(jì)、施工、教學(xué)、科研等工作均超過(guò)10年。5位專家同樣是對(duì)圖2進(jìn)行了觀察之后，根據(jù)作者提供的對(duì)模仿對(duì)象的描述給涂裝效果打分。由于是對(duì)視覺效果的評(píng)價(jià)，只需采用專家直接評(píng)分法，將評(píng)分結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均即可[29]。具體計(jì)算方法如下：

5位專家所給分值的權(quán)重依次為λi（i=1, …, 5），專家給出的分值依次為ai（i=1, …, 5），加權(quán)平均值為

經(jīng)過(guò)與各位專家的討論后確定了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，涂裝模仿效果評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)得分取值為0～25、26～50、51～75、76～100，分別對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集不像、不太像、有點(diǎn)像、比較像。一共3條對(duì)涂裝效果的評(píng)價(jià)問(wèn)題：

第一，屋頂蓋板涂裝對(duì)油氈瓦的模仿效果；

第二，窗下墻蓋板涂裝對(duì)飾面磚的模仿效果；

第三，山墻蓋板涂裝對(duì)砂漿抹面的模仿效果。

評(píng)估內(nèi)容、分值、加權(quán)平均值參見表2。

表2 蓋板涂裝模仿效果的評(píng)分Tab.2 the score of imitation effect of coating on cover plate

5位專家對(duì)三部分涂裝的總體認(rèn)可程度為：屋頂?shù)哪７滦Ч麨橛悬c(diǎn)像，窗下墻的模仿效果為比較像，山墻的模仿效果為不太像。而且5位專家對(duì)窗下墻模仿效果的評(píng)價(jià)最為接近，對(duì)山墻模仿效果評(píng)價(jià)的偏差稍大一點(diǎn)，專家普遍認(rèn)為山墻的涂裝沒有對(duì)材質(zhì)肌理的模仿，難以判斷。

4.3 對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的討論

問(wèn)卷調(diào)查和專家評(píng)價(jià)的結(jié)果，首先肯定了蓋板上的彩色涂裝消除了太陽(yáng)能集熱器的顯著特征，使實(shí)驗(yàn)建筑整體上看起來(lái)并不算特別。

其次，通過(guò)三部分涂裝模仿效果認(rèn)可度的對(duì)比，窗下墻的認(rèn)可度最高，屋頂次之，山墻的模仿效果基本上未得到認(rèn)可。可見，在模仿中肌理是比色彩更重要的元素，屋頂和窗下墻的涂裝都注重對(duì)肌理的表現(xiàn)，更有助于引導(dǎo)觀察者聯(lián)想到自己熟悉的外飾面材料的形貌特征，而山墻的涂裝只有色彩沒有肌理，特征不明顯。證明三條藝術(shù)表現(xiàn)策略的應(yīng)用是有效果的。

最后，涂裝蓋板與其他建筑元素的組合對(duì)表現(xiàn)效果有重要影響。窗臺(tái)、擋水等元素與窗下墻的組合很符合人們對(duì)建筑外墻的固有印象，有助于提升外墻面磚噴涂的模仿效果，對(duì)觀察者具有相當(dāng)?shù)拿曰笮?。而山墻蓋板的模仿目標(biāo)即為砂漿抹面，蓋板與真正的砂漿抹面外墻在沒有任何過(guò)渡的情況下并置，兩種效果的區(qū)別一目了然，直接暴露了太陽(yáng)能集熱器的存在。

綜上所述，蓋板涂裝所遵循的藝術(shù)表現(xiàn)策略和實(shí)驗(yàn)建筑中運(yùn)用的藝術(shù)表現(xiàn)手法得到了部分驗(yàn)證。但是從實(shí)驗(yàn)建筑的整體外觀效果和認(rèn)可程度來(lái)看，蓋板涂裝的藝術(shù)表現(xiàn)策略和手法還可以進(jìn)一步深化、擴(kuò)展和完善，以適應(yīng)更多的建筑風(fēng)格。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)本研究中實(shí)驗(yàn)建筑的測(cè)試和涂裝效果的評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論。

第一，實(shí)驗(yàn)建筑的太陽(yáng)能熱利用外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在具備多功能性的基礎(chǔ)上，還通過(guò)在蓋板上的涂裝豐富了美學(xué)效果。

第二，在對(duì)光熱一體化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的涂裝中應(yīng)遵循三條藝術(shù)表現(xiàn)策略：形狀特征優(yōu)先、以明暗對(duì)比為主、兼顧觀察距離和角度。在應(yīng)用中還需要注重與其他建筑元素的結(jié)合。由兩部分評(píng)價(jià)結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)建筑的蓋板涂裝實(shí)現(xiàn)了一定的藝術(shù)效果，藝術(shù)表現(xiàn)策略和方法得到了部分驗(yàn)證。

第三，證明了在與建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)一體化的太陽(yáng)能平板集熱器蓋板上進(jìn)行藝術(shù)涂裝，是一種較為通用的豐富太陽(yáng)能集熱器美學(xué)效果的方法，可促進(jìn)太陽(yáng)能集熱器與建筑大規(guī)模一體化，并實(shí)現(xiàn)其在建筑中的多功能性。

綜上所述，本研究是太陽(yáng)能建筑的一次技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的大膽嘗試，為促進(jìn)太陽(yáng)能建筑一體化的發(fā)展提供了新的思路。

圖表來(lái)源：

圖1-9：作者繪制

表1-2：作者繪制