丁英杰 胡博雅

1.太陽能技術(shù)的背景與問題

我國建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，建筑能耗比重日益增大，因此，設(shè)計(jì)一棟建筑時(shí)，要加強(qiáng)各種能源的節(jié)約和利用。對(duì)太陽能的利用，充分體現(xiàn)了節(jié)能理念，采用太陽能取暖設(shè)施比常規(guī)設(shè)備更加經(jīng)濟(jì)。主動(dòng)式太陽能采用的收集器附在建筑及其結(jié)構(gòu)之上，是一套單獨(dú)需要功能的裝置，如太陽能熱水器、太陽能光伏板。它與立面相結(jié)合并應(yīng)用時(shí)，往往作為后置構(gòu)件出現(xiàn)，忽略了其外形與建筑本身的聯(lián)系，未將它作為建筑的有機(jī)組成部分，給建筑立面帶來了不好的影響。在結(jié)合時(shí)，應(yīng)考慮太陽能構(gòu)件的顏色、造型、位置等因素，與建筑立面產(chǎn)生聯(lián)系，并在建造建筑時(shí)設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)埋件以及預(yù)埋位置。除此之外，還有很多構(gòu)件排列凌亂、規(guī)格不統(tǒng)一等問題出現(xiàn)。

2.太陽能技術(shù)結(jié)合建筑立面設(shè)計(jì)的探索

隨著綠色建筑不斷得到社會(huì)和大眾的重視，主動(dòng)式太陽能技術(shù)得到了空前的快速發(fā)展，這種發(fā)展不僅指技術(shù)性能的發(fā)展，而且太陽能組件在尺寸、形態(tài)、色彩、透明度、組裝方式等方面也得到了改良。同時(shí)隨著大眾審美標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)文化藝術(shù)要求的不斷提高，太陽能組件的應(yīng)用不僅要與自然環(huán)境條件相適宜，也要符合美學(xué)法則，這就需要設(shè)計(jì)者結(jié)合建筑造型特點(diǎn)與太陽能組件的美學(xué)特性，運(yùn)用色彩肌理、統(tǒng)一變化、節(jié)奏韻律、對(duì)比微差這四方面的設(shè)計(jì)策略，將建筑與太陽能組件融為一體。

2.1 色彩與肌理

建筑立面的藝術(shù)除建筑本身造型外，與其外表面材料的色彩肌理是離不開的。由于自然條件需要，太陽能組件往往被放置在南面及陽光所及之處，這些部位一般是立面中最引人注目的位置，因此它的色彩肌理必須與建筑造型風(fēng)格相協(xié)調(diào)。目前的主動(dòng)式太陽能技術(shù)主要分為光電系統(tǒng)和光熱系統(tǒng)，光熱系統(tǒng)主要為集熱器，種類顏色單一，光電系統(tǒng)也就是光伏板，種類多樣，色彩、尺寸、透明度等均可定制。傳統(tǒng)的光伏板主要是晶硅片，單晶硅呈黑色，多晶硅呈藍(lán)色，多給人沉穩(wěn)、端莊、崇高的感受，一般應(yīng)用于辦公樓、政府大樓等，營造嚴(yán)肅、知性、理智的建筑氛圍，可與混凝土、玻璃、鋼等材質(zhì)結(jié)合。但由于晶硅片的不透光性，薄膜電池技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這種光伏板不僅透光，而且顏色及點(diǎn)陣圖案多樣，可根據(jù)設(shè)計(jì)意圖自行選擇，多嵌入窗戶或光伏幕墻中，不僅豐富了立面肌理，并且在室內(nèi)形成光影變化。目前出現(xiàn)了新型光伏電池技術(shù)，其透光性極強(qiáng)，但由于技術(shù)仍不成熟，還未大量推廣，未來其完全可以與大規(guī)模玻璃幕墻結(jié)合，取代傳統(tǒng)玻璃。除了作為輔助材料與其他材料結(jié)合，太陽能構(gòu)件還可以作為建筑立面的主要材料，通過與其他材料的配合，將自身顏色作為主要顏色，塑造全新的建筑立面肌理，如海南英利大樓，就是將深藍(lán)色光伏板作為主要立面材料組成幕墻，橫條狀深藍(lán)色玻璃裝飾，在陽光照射下熠熠發(fā)光。

2.2 統(tǒng)一與變化

統(tǒng)一與變化是形式美的基本法則，統(tǒng)一是指各元素之間的聯(lián)系和共同特性，變化是指各元素之間的區(qū)別差異，兩者相輔相成，缺少統(tǒng)一就會(huì)毫無秩序，缺少變化會(huì)單調(diào)無趣。太陽能組件在剛剛應(yīng)用時(shí)，往往游離于建筑之外，作為建筑的附屬功能構(gòu)件，尤其是在應(yīng)用于既有建筑時(shí)，就更需要借助統(tǒng)一與變化將兩者融合。在設(shè)計(jì)初期往往將統(tǒng)一作為主線，一是色彩與肌理的統(tǒng)一，主要是太陽能構(gòu)件作為輔助材料與建筑主要材料所營造氛圍須一致；二是各元素之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，當(dāng)太陽能構(gòu)件作為點(diǎn)、線、面元素進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，其形狀、比例、尺度、組合方式等應(yīng)與立面其他元素相一致，如中國德州太陽谷，建筑展現(xiàn)給人的立面呈半圓形，太陽能板的排布便按半圓形，建筑立面變規(guī)整統(tǒng)一。統(tǒng)一并不意味著完全沒有變化，可通過增加立面元素或材質(zhì)尋求變化，但一般不要超過三種，如國家電力投資辦公樓外立面就采用了深色BIPV 光伏組件和透光玻璃兩種元素，形狀尺寸一致，并通過線性構(gòu)圖使立面既富有變化又統(tǒng)一整體；當(dāng)立面元素單一，僅僅為太陽能構(gòu)件時(shí)，可通過改變方向、按比例縮放等方式產(chǎn)生韻律及動(dòng)感或形成某種漸變或放射效果。任何美的事物都是統(tǒng)一與變化、簡單與復(fù)雜共存的，就如電影中要有一或兩條主線貫穿始終，圍繞主線展開豐富的故事情節(jié)，在建筑立面設(shè)計(jì)時(shí)，我們往往會(huì)采用豐富多樣的手法和元素，經(jīng)過有序的組合使各部分達(dá)到統(tǒng)一，產(chǎn)生立面藝術(shù)效果。

2.3 節(jié)奏與韻律

節(jié)奏與韻律是在統(tǒng)一與變化的基礎(chǔ)上，同種可見元素通過某種規(guī)則的重復(fù)形成一種有秩序的動(dòng)感。韻律是一種停留在表象上的連續(xù)有條理的元素重復(fù)的構(gòu)圖形式，這種形式使得立面更加簡潔、協(xié)調(diào)，同時(shí)使得立面產(chǎn)生某種節(jié)奏感。能應(yīng)用于建筑立面的韻律形式有很多種，一是連續(xù)韻律，太陽能構(gòu)件本身便帶有韻律，晶硅片中電池的排布、薄膜電池光伏板中的點(diǎn)陣都是元素的有規(guī)律的重復(fù)，我們可以將固定形狀的組件作為主元素不斷重復(fù)，形成勻速移動(dòng)的節(jié)奏動(dòng)感；二是漸變韻律，可以等倍數(shù)改變其排布間距，形成加速運(yùn)動(dòng)的節(jié)奏感，也可以保持其比例不變排布時(shí)按一定倍數(shù)縮放，甚至可以僅僅改變組件的方向（最好是根據(jù)太陽角度和天氣智能旋轉(zhuǎn)），韻律依然存在，形成漸變生長的動(dòng)感，如美國芝加哥太陽大廈外立面僅采用圓形太陽能收集器，這些太陽能板會(huì)自動(dòng)跟隨太陽旋轉(zhuǎn)角度，形成螺旋向上之感。通過這種設(shè)計(jì)策略，可以將代表現(xiàn)代科技的太陽能技術(shù)有秩序地與傳統(tǒng)建筑立面結(jié)合，形成一種新的生態(tài)藝術(shù)形式。

2.4 對(duì)比與微差

對(duì)比是指元素之間顯著的差異，微差是指元素間細(xì)微的差異，這兩者之間沒有明確的界限，缺一不可。當(dāng)一種元素運(yùn)用節(jié)奏與韻律排列在一起，突然破壞其連續(xù)性，用與它差異較大的元素代替，此時(shí)便會(huì)產(chǎn)生對(duì)比，形成引人注目的視覺效果，這兩種元素可借彼此之間的差異烘托各自的特點(diǎn)，但若過分強(qiáng)調(diào)對(duì)比，便會(huì)失去協(xié)調(diào)，這時(shí)就需運(yùn)用微差，借助兩元素之間的共性尋求統(tǒng)一和諧。對(duì)比的方式有很多：色彩、肌理、疏密、虛實(shí)、輕重等，太陽能構(gòu)件可通過材料對(duì)比和虛實(shí)對(duì)比應(yīng)用于建筑立面之上。材料的對(duì)比主要是構(gòu)件的顏色肌理與立面其他材質(zhì)之間對(duì)比，如按一定規(guī)律外貼冷色調(diào)的晶硅板與暖色調(diào)的建筑涂料之間對(duì)比，形成強(qiáng)烈的視覺焦點(diǎn)和韻律節(jié)奏。虛實(shí)對(duì)比主要有兩種方式，一是實(shí)體太陽能構(gòu)件與立面上完整的玻璃幕墻的對(duì)比；二是有透光性的太陽能構(gòu)件與玻璃幕和實(shí)體墻的對(duì)比，如上海世博會(huì)的阿爾薩斯案例館的立面一部分大面積垂直綠化覆蓋，一部分則是光伏玻璃幕墻，虛實(shí)對(duì)比、材質(zhì)對(duì)比、生態(tài)與科技的對(duì)比強(qiáng)烈，豎向的構(gòu)圖形式又將兩部分完美協(xié)調(diào)。由虛實(shí)對(duì)比還可衍生出光影變化，基礎(chǔ)的太陽能構(gòu)件與窗戶結(jié)合，可在建筑立面和內(nèi)部空間形成多樣的陰影效果，或者將太陽能構(gòu)件與其他節(jié)能構(gòu)件結(jié)合，如韓國的韓華集團(tuán)總部大樓就是將太陽能板與遮陽構(gòu)件結(jié)合，也可引入智能化，太陽能構(gòu)件可根據(jù)氣候條件自動(dòng)調(diào)節(jié)角度和位置，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的立面陰影。

3.應(yīng)用與設(shè)想

太陽能光電板多為黑色，比較單調(diào)。歐洲PVACCEPT 研究機(jī)構(gòu)發(fā)明了一種新的薄膜電池的生產(chǎn)工藝，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)各種不同顏色與模式的太陽能光電產(chǎn)品應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中[1]，來豐富建筑立面。但這種生產(chǎn)工藝下的電池造價(jià)較高，還未獲得大范圍認(rèn)可與推廣。另外，門窗幕墻綠色節(jié)能設(shè)計(jì)也是很普遍的一種對(duì)太陽能加以利用又不影響建筑立面美觀的常見方式。采用密封處理技術(shù)的中空玻璃來加入惰性氣體降低其導(dǎo)熱性，滿足采光和保暖的需求[2]。SDE 競賽中，天津大學(xué) sunflower 的外墻放置電池板，做成了清水磚墻的效果，完美詮釋了現(xiàn)代中國風(fēng)；集熱器做成了管狀，與坡屋頂結(jié)合鑲嵌，交相呼應(yīng)。同濟(jì)大學(xué)的太陽能竹屋，將電池板與曲面屋頂結(jié)合，巧妙又實(shí)用[3]。

太陽能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用已成為一種常態(tài)，但其設(shè)備與建筑立面一體化設(shè)計(jì)還未能在實(shí)際應(yīng)用中做到所謂完美。事實(shí)上，由于太陽能構(gòu)件自身的局限性，確實(shí)難以達(dá)到建筑美學(xué)的極致。隨著建筑走向模塊化、預(yù)制化、集成化，太陽能構(gòu)件或許可以在設(shè)計(jì)初始便作為模塊的一部分，通過一定的手法豐富立面造型。在材料、技法和政策的推動(dòng)下，建筑師有了更多實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，探索它與建筑立面的新的關(guān)系。這種探索可能性無窮，也許它會(huì)在外形上消隱，也許它會(huì)融為建筑的一部分，但毫無疑問，這一探索終會(huì)由量變到質(zhì)變，為建筑立面設(shè)計(jì)錦上添花。