托马斯#8226赫尔佐格作品的生态设计原理和策略.docx
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托马斯#8226赫尔佐格作品的生态设计原理和策略
拂去高技术面纱的生态建筑
——托马斯·赫尔佐格作品的生态设计原理和策略
【摘要】通过对德国生态建筑设计大师托马斯·赫尔佐格建筑作品的分析,发现其设计遵循的基本生态设计原理常表现为缓冲空间的营造、采光与遮阳的协调、自然通风的组织、应变界面的构造等,文章在此基础上还深入结合其作品进一步分析了每种原理指导下的具体生态设计策略。
【关键词】缓冲空间采光与遮阳自然通风应变界面
图1热舒适区域的温湿图
Fig.1TheTemperatureandHumidityofthermal-comfortablearea
图2青年教育中心
Fig.2GuestBuildingfortheYouthEducationCenter
引言
托马斯·赫尔佐格(ThomasHerzog1941-,以下简称赫尔佐格)是享誉世界的德国生态建筑设计大师,他的众多建筑实践均表现出完美的建筑与技术的有机结合。
目前国内对于其作品介绍多关注于超前的生态设计理念、计算机辅助的设计方法、精致的建造工艺等、节能高效的材料等高技术营建环节。
由于国情所限,这些高技术生态环节目前还较少能用于我国的建筑实践中。
但是透过托马斯·赫尔佐格的大量作品,他所遵循的生态建筑设计原理和策略还是能为当前我国建筑设计所学习和借鉴。
1、缓冲空间的营建
现代建筑物理学研究表明,使用者对于建筑空间的热舒适性不是一个恒定的指标而是一个区域。
并且这个区域还会由于季节、服饰、使用者的不同发生一定偏移。
(图1)这也就是说,单纯使用机械空调措施并不能满足使用者舒适度的要求而且大量消耗能源。
营建缓冲空间就是根据建筑使用功能的区别,针对不同使用频率的建筑空间进行不同处理的设计原理。
在赫尔佐格的设计作品中,常常把辅助空间或不能使用的消极空间作为缓冲空间来保证主要使用空间的舒适度,主要表现为几种策略:
图3旧仓库改造项目
Fig.3ConversionofFormerWarehouseintoDesignStudio
图4霍次大街住宅开发项目
Fig.4HolzstrasseHousingDevelopment
图5Pfalz的小别墅Fig.5PfalzHouse
第一,鲜明的空间分区。
赫尔佐格的作品总是把使用频率较少的辅助空间置于北向,利用保温良好的材料形成封闭空间。
这样的缓冲空间既可以遮挡北来的寒风侵袭也由于分时供能而最大限度的节约了能源。
在青年教育中心(图2)的平面布局中,经常使用的客房空间布置在南向,而辅助的卫浴空间布置在北向,仅在使用时快速升温即可。
另外,在旧仓库改造项目中(图3),为了保证原有建筑的原真性,仅在仓库下部开窗以保证视线的通畅,为了形成舒适的热环境,在大厅上部用透明膜材料(ETFT)形成“房中房”的形式,使用大厅和原有围护结构之间空间形成有效的缓冲空间,从而保证了使用空间的热稳定。
第二,中庭空间的营
造。
尽管中庭空间能由于温室效应在冬季发挥重要保温作用,但是也常常因夏季过热而消耗大量能源为诟病。
但是赫尔佐格认为:
解决其过热的措施是利用空间高度以形成足够的温差来带走热量的空气流,同时围护结构的遮阳一定要真正起到遮阳的作用。
可见,中庭的设计与使用不是简单的一种模式,而是采光、通风、遮阳等多种情况适应的措施。
在霍次大街住宅开发项目中(图4),在寒冷冬季,中庭受到太阳辐射而温度提高,能够大幅度减少临近住宅的取暖能源消耗;而在夏季,多余的热量能够透过大厅屋顶上的开口排出室外,同时凉爽空气从底层进入,以保证建筑能在夜里冷却下来。
中庭空间发挥了良好的热缓冲的作用,从而使住宅空间的热环境相对稳定,从而节约能源供给。
第三,“温度洋葱”
(Thermalonion)的措施。
就是按照不同的使用温度要求,把不同使用空间从内向外依次布置。
通过设置具有梯度的空间,达到最大限度地节能。
在Pfalz的小别墅项目中(图5),最需要保持较高温度的洗澡间置于建筑最深处,其他空间依次布置,最外层还设置太阳房作为室内外缓冲空间,
图6汉诺威26号展厅Fig.6Hall26
图7林茨的设计中心Fig.7DesignCenter
以保证室内热稳定。
2、采光与遮阳的协调
最大限度地利用自然光不仅能够节约大量能源还是使用者生理与心理舒适的基本要求。
伴随着现代建筑出现的大体量建筑空间却往往忽视自然光的利用。
但是由于自然光的使用也容易伴随着过多的热量引入,因此,协调解决采光与遮阳是赫尔佐格作品的重要课题,主要表现为几种策略:
第一,北向光线的利
图8建筑工业养老金基金会扩建南立面光偏转构件
Fig.8ExtensionfortheSupplementaryPensionFundofBuildingIndustrySOKA-BAU
图9汉堡的亚特兰大办公楼立面(左)及奥斯那布吕克的环境信息中心天窗(右)
Fig.9AdministrationBuildingAtlantic,Hamburg&CenterforEnvironmentRelatedCommunication
用。
北向光线属于漫射光且带有的太阳热量较少,因而在赫尔佐格的作品中被大量使用。
其常用手段是通过反射作用,把北向光线均匀引入室内。
在汉诺威26号展厅(图6)中,为了给高大展览空间提供高质量均匀照明,光线通过大面积北向天窗上的百叶折射到展馆室内屋顶上巨大“反射板”而引入更远的公共区域,从而使光线均匀分布。
在林茨的设计中心(图7)项目中,通过在屋顶上的一种塑料格栅,将北面光线反射、折射进入室内,而将南侧直射光线过滤,这样就使展示区获得高标准的采光但不牺牲室内热舒适度,也不增加额外能耗。
第二,采光与遮阳的转换。
南向日照是建筑必要的采光、得热来源,但是过
多的日照所造成的余热也会影响室内舒适度。
在赫尔佐格的作品中,常常将南向采光和遮阳相结合,根据实际情况进行采光和遮阳的调节转换。
在建筑工业养老金基金会扩建项目中(图8),一种特殊的片状金属板(光偏转构件)被用在建筑立面上,在北立面,金属板可将自然光反射到房间的内部的顶棚上,而在南立面,在天空阴暗时将顶光反射到楼地板底面上,当阳光照射强烈时,构件则转到垂直方向发挥遮阳板的作用。
另外,汉堡亚特兰大办公楼立面的可滑动的遮阳板及奥斯那布吕克的环境信息中心的屋顶天窗下遮阳百叶也表现了采光与遮阳的协调转换。
(图9)
3、自然通风的组织
自然通风是在满足建筑换气量同时并不增加额外能耗而使建筑降温,从而提高室内舒适度。
相对于在现今大量使用的机械通风和制冷来说,自然通风具有方便、清洁的优点,但是也具有低效的缺陷。
在赫尔佐格作品中,一方面最大限度地利用和组织自然通风,另一方面也把机械通风作为必要的补充,进而满足室内舒适度的要求。
这里重点分析其组织自然通风的方法,主要策略表现为:
第一,一般的建筑的通
风。
小体量建筑的自然通风往往采取直接利用外窗进
行空气交换的方式。
同时,也有利用内部空间的得热不同,即热压通风(注:
由于空间内不同的温度而产生了热空气向冷空气处流动的现象。
)而进行的通风设计。
在著名的雷根斯堡住宅中(图10),南向的玻璃温室在冬季发挥白天收集储存热量晚上释放热量阻隔室外寒气的缓冲空间作用。
在夏季则因下部空气受热升温而向北侧上部出气口运动的气流,并把室内多余热量带走。
第二,大厅型空间的通
图10雷根斯堡住宅Fig.10Regensburghouse
图11大厅型空间的通风示意
Fig.11TheventilationofHalltype
风。
大体量的建筑空间仅靠热压通风效果并不明显,为了更好地促进自然通风,风压通风常常与热压通风一起发挥作用。
在大空间出风口的上部常设有阻流式封盖板,其作用不仅是遮挡保护出风口,还由于其高出通风口一定距离,且设计成中间下部凸出的形式,这样就形成文丘里效应(注:
气流从开阔处进入狭窄渠道后速度骤然增加的现象)而极大促进室内空气流出。
另外,在进行通风设计时,由于大厅规模及使用性质不同,进风口的位置也选用了不同的形式。
一般进风口在建筑下部,如林茨的设计中心、旧仓库改造项目等项目。
但是在汉诺威26号展厅项目中,新风从距地面4.7M高度吹进,冷空气缓慢下降后逐渐升温后再从高起的屋顶排出。
这个气流缓慢下降后又上升的过程可以最大限度地回收室内上升空气的余热,还减少了对工作区使用者的影响,也使这样大的空间内气流尽量均匀。
(图11)
第三,高层建筑的通风。
由于具有足够的高度,
在贯穿全楼的竖井中很容易形成空气压力差,即“烟囱效应”。
在OBAG管理大楼(图12)设计中,房间的空气交换通过立面自然通风,新鲜空气经外窗进入室内使用后加热进入竖井排出室外。
这种措施高效且不附带消耗能源。
但是在使用过程中应注意避免交叉污染并做好一定的防火措施。
4、应变界面的构造
有学者评价赫尔佐格的建筑作品“发挥主要作用的不是结构,而是动态而变化的表皮,它与特定场所发生联系,对变换的环境做出回应。
”笔者以为,在赫尔佐格的作品中,不仅仅是表皮发挥构造良好室内舒适环境,而是由内自外的各个界面共同构建了一个与自然相协调的生态环境。
建筑界面存在的目的是分隔不同的空间质地,阻断光线和热量的交流、隔绝声音、遮蔽雨水等,同时,界面还作为不同空间质地的中介物,有将若干空间质地在不同空间之间转移传递的作用,如采光、通风、采声等。
下面就分别从外界面和内界面的生态设计策略来阐述:
第一,外界面。
建
筑的外界面直接受到自然环境变化的影响,因此,构建外
图14德国贸易博览会有限公司大楼
Fig.14DeutscheMesseAGAdministrationBuilding
界面的形式也直接表现了赫尔佐格对于自然环境的态度。
在他的作品中,建筑外界面表现为一种选择透过的“膜效应”特征。
(图13)在其众多作品中,有两种形式的外界面特别值得关注。
一种是“双层立面”构造(DoubleSkin),即两层立面,中间形成空腔的形式。
这样的界面形式具有保温、隔热、通风、隔声、遮阳等综合的生态效应。
在德国贸易博览会有限公司大楼(图14)项目中,双层立面中间空腔作为环绕主要空间的走廊,外层界面内侧的遮阳百叶避免过多太阳辐射,上下贯通的连续外层界面的腔体内由于“烟囱效应”形成良好自然通风系统,中间空气间层能有效保持主要空间热稳定而大量节省能源。
在加油站及服务用房项目中,服务用房也采取双层立面,在夏天,双层里面顶部的带形天窗可以开启,使空气可以从屋顶上方排出;在冬季,废空气被抽至双层立面之间,再由地面管道
图15TWD外墙板材Fig.15TWDWall
图16双户住宅Fig.16Two-FamilyHouse
引导至热回收设备中。
自然通风系统保证了所有顾客活动区域的空气循环,减少了机械通风的运行。
另外,由屋顶太阳能光电池供电的风扇强化了通风作用。
可见,“双层立面”可用于不同规模的建筑中,都能发挥良好的生态效应。
另一种是是依据北极熊皮肤的特征而发明的TWD(TransparenterWärmedämmung图15)外墙板材。
这是一种半透明的黑色板材上有透光保温材料的构件,其特征是大量吸收太阳辐射热并储存后缓慢释放到室内空间。
在双户住宅和青年教育中心客房等项目中均有使用。
(图16)
第二,内界面。
外界面的应变
措施所遵循的规律是最大限度地利用自然环境有利因素而把不利因素屏蔽阻隔掉。
而内界面的应变措施则不同,内界面与人们使用空间息息相关,因此,灵活高效的应变是内界面设计应遵循的设计原则。
一般来说,内界面主要包括内部垂直界面和水平见面。
在赫尔佐格的作品中,秉承了经典现代主义的设计理念,建筑空间的分隔常常表现出通透、流动的特征。
因此垂直界面的设计上也相当灵活。
在巴伐利亚的工作室设计中(图17),室内空间的分隔是可移动的胶合板墙,根据使用的需要进行自由推拉,从而最大限度满足空间使用的灵活性。
另外,在室内水平界面不仅作为承重构件,还作为散热或制冷设备发挥作用。
在德国贸易博览会有限公司大楼、建筑工业养老金基金会扩建等项目中,水平界面被加热或制冷来影响室内热环境。
这种措施实际上与传统的火炕或火地的设计如出一辙,其优势是采用了大面积,小温差的热影响方式能够在最少耗能情况下营造最佳的舒适空间。
(图18)
图17巴伐利亚的工作室
图18水平界面被加热或制冷来影响室内热环境
结语
上述对于托马斯·赫尔佐格作品的分析是透过其高技术生态营造、先进建筑材料和营造工艺的情况下,对他所遵循的生态设计原理和策略的分析。
事实上,这些原理在他的作品中并不是孤立地使用,而是综合有机地运用。
附表1罗列了他主要作品所表现出的这些生态设计原理和策略。
当前我国正在大力倡导和发展建筑节能,这些基本的生态建筑设计原理和策略对于我国的建筑实践还是极具指导意义的。
附表
工程名称
缓冲空间
采光遮阳
自然通风
应变界面
鲜明
分区
中庭
空间
温度
洋葱
利用
北光
二者
转换
大厅
通风
烟囱
效应
风槽
效应
外界
面
内界面
西姆湖夏日别墅(ChiemseeVila,1968)
●
●
●
雷根斯堡住宅(Regensburghouse,1979)
●
●
●
慕尼黑住宅(HouseDevelopment,1982)
●
●
●
Pfalz的小别墅(House,1984)
●
●
●
●
●
医生诊所及住宅(Doctor’ssurgeryandHouse,1984,1995)
●
●
●
●
园艺展住宅(CourtyardHousingfortheGardenExhibition,1985)
●
●
●
●
双户住宅(Two-FamilyHouse,1989)
●
●
●
青年教育中心(GuestBuildingfortheYouthEducationCenter,1991)
●
●
●
产品大厅和中心能源工厂(ProductionHallsandCenterEnergyPlant,1992)
●
●
●
林茨的设计中心(DesignCenter,1993)
●
●
●
●
工作室(StudioHouseBavaria,1994)
●
●
●
马克西米兰行政楼(Administration
Building,1994)
●
●
●
汉诺威26号展厅(Hall26,1996)
●
●
●
●
●
●
旧仓库改造的设计室(ConversionofFormerWarehouseintoDesignStudio,1997)
●
●
●
●
加油站及服务用房(FillingStationandRoadhouse,1997)
●
●
●
OBAG管理大楼(OBAGAdministrationBuilding,1999)
●
●
贸易博览会公司(DeutscheMesseAGAdministrationBuilding,1999)
●
●
●
●
●
●
霍次大街住宅开发(HolzstrasseHousingDevelopment2001)
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●
●
●
环境信息中心(CenterforenvironmentRelatedCommunication,2002)
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●
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●
建筑工业养老基金会扩建(ExtensionfortheSupplementaryPensionFundofBuildingIndustrySOKA-BAU,2003)
●
●
●
●
亚特兰大办公大楼(AdministrationBuildingAtlantic,Hamburg,2007)
●
●
注:
●表示此项工程采取了该种生态设计策略
表1托马斯·赫尔佐格主要作品所采取的生态设计策略
Table1TheEco-designTacticsofThomasHerzogWorks
参考文献
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- 托马斯 8226 赫尔 作品 生态 设计 原理 策略