太阳能与建筑一体化的美学初探

林恬韵 田 亮

(1.厦门大学，福建厦门 361005;2.厦门中建东北设计院有限公司，福建 厦门 361005)

太阳能是人类可以利用的最洁净、最丰富的自然能源。太阳能与建筑一体化是将太阳能利用技术与建筑技术和建筑美学融为一体，使太阳能系统成为建筑的一部分设计思路，是目前最适于建筑物节能环保的应用技术之一。但考虑到太阳能热量不足、管路过长、存在安全隐患及建筑外形不易达到美观要求等因素，常被设计师及业主视为鸡肋。本文将对太阳能技术对建筑造型的影响进行讨论。国内对太阳能技术在建筑中的运用还停留在将太阳能板架设在建筑物表面来获取太阳能的初级方式，太阳能板因而常常被视为附属于建筑上的“碍眼”构件。然而，最近国内外涌现了大量既应用了太阳能技术，也在美学上获得了成功的优秀建筑作品，作者甄选其中的一些经典案例，进行归纳总结并尝试探究太阳能技术给建筑外观带来优美艺术效果的几种方式。

1 整体化设计

将太阳能板代替一种装饰材料直接大面积铺设于建筑表面，或是配合骨架制作成屋顶、墙身等独立建筑构件的整体化设计是解决造型问题的一个重要方法。

1.1 曲面屋顶——香港ZCB零碳建筑

位于香港的ZCB零碳建筑被一个巨大的曲面屋顶覆盖，太阳能板代替传统瓦片铺设于该屋顶之上，局部穿插屋顶绿化及玻璃天窗(见图1)。大面积整体化的铺设保证建筑造型协调统一的同时，又能大面积吸收太阳能，获取更多的能源。在走廊等供暂时停留的场所则直接用太阳能板构筑顶棚，既达到良好的遮阳效果又利用太阳能电池板间特殊的透明缝隙获得自然采光，整齐的方格图案也创造了独特的室内空间和光影效果(见图2)。

图1 以太阳能代瓦的曲面大屋顶

图2 走廊空间

1.2 时尚表皮——芝加哥太阳能大厦

由Zoka Zola Architects设计的芝加哥太阳能大厦将太阳能技术演绎为摩天楼的时尚表皮(见图3)。无数圆形太阳能板被固定在包围整个摩天楼的构架网格上，并如向日葵般跟随太阳移动，最大限度地吸收太阳能(见图4)。这些太阳能板的位置经过了精心的设计，在为建筑遮阳的同时不会影响人们的视野，如给建筑披上了一层轻薄透明的外衣，瞬息变化秩序井然，显示出强烈的韵律和动感。

图3 芝加哥太阳能大厦的时尚外衣

图4 跟随太阳的圆形太阳能板

1.3 三维地景——高雄太阳能体育场

由日本著名建筑师伊东丰雄设计的位于高雄的太阳能体育场是另一个整体化设计的典范(见图5～图7)。主场馆看台被间隔2.75 m的螺旋连续体联结而成的三维曲面结构所环绕，8 800块总面积达13 000 m2的太阳能板铺设在顶棚上。在阳光照射下，整座体育馆如河流般波光粼粼，很好地融入到当地景观之中。纯粹的材料元素与巧妙的层次变化蕴含其中，简洁气派，落落大方。反光的太阳能板不仅没有对建筑造型产生丝毫破坏，反而与螺旋形骨架有机结合，体育馆蜕变为生机勃勃的高科技产物，加之1 000 kW/h及110万kW/年的发电能力，俨然是一座不折不扣的绿色环保的可持续性极强的建筑艺术品。

2 装饰化表现

太阳能板冷素的外观和规则的几何形状与现代艺术不谋而合，标准化生产也引发了对现代建筑的种种联想。它是当之无愧的优秀建筑装饰材料。

图5 三维地景

2.1 节奏与韵律——加拿大材料技术实验室

加拿大CANMET材料技术实验室(CANMENT Material Technology Laboratory)延续传统做法将一片片太阳能板斜设在平屋顶上，间隔与大小都经过了细致的思考，与建筑整体保持良好的比例关系，成为建筑造型重要的组成部分(见图8)。这些大小一致、间隔相同的太阳能板如一列整齐的队伍，并与建筑本身的斜屋顶保持同等斜度，而斜屋顶尺寸较大，且在一侧同样铺设了太阳能板，最终成为这支队伍的统领，节奏与韵律生动地呈现出来。

图6 网状结构

图7 屋顶上的太阳能板

2.2 巨型雕塑——克罗拉多集合住宅

由Brooks+Scarpa设计的克罗拉多集合住宅(Colorado Court)则在三幢多层建筑的南立面上大胆架设由同一规格太阳能板网格整齐拼接而成的“太阳能墙”(见图9)。“太阳能墙”与建筑外墙隔空，之间设置楼梯与走道，交通空间因而得到很好的遮阳及通风效果;在造型上增加了建筑体块的凹凸关系，形体显得更加丰富，太阳能板白色边框连接形成的网格线更是为其增添了装饰效果。三个深蓝色“艺术品”与灰色的混凝土外墙形成强烈对比，如面向城市街道展出的三个巨大现代雕塑。

图8 节奏与韵律

图9 现代雕塑

3 隐身化处理

3.1 披着外衣的“发电站”——上海世博会中国馆

享有东方之冠美誉的2010年上海世博会中国馆就是一座披着中国传统外衣的“发电站”。所有的门窗都采用经过特殊处理的LOM-E玻璃，不仅反射热量，降低室内能耗，还能将阳光转化为电能并储存起来，为建筑外墙照明提供能量。68 m处的屋顶观光平台铺设了1 200块18 Wp和64块90 Wp黑色边框单晶硅太阳能电池组件替代原有屋面砖，人们可以在其上行走而忽略这些太阳能电池组件的存在(见图10)。60.6 m处观景平台四周挑檐的中央部位采用双面透光中空隐框双玻单晶硅组件替代中空玻璃幕墙，既具有透光性，外观与普通的玻璃幕墙又无太大区别(见图11)，满足了装饰和使用要求，还能源源不断地产生绿色电能。

3.2 非同寻常的“玻璃幕墙”——法国阿尔萨斯馆

法国阿尔萨斯馆则运用了外形像普通玻璃幕墙，实际包含了太阳能板的材料做南立面的部分围合结构(见图12)。“玻璃幕墙”从外到内包括三个层次，外层为太阳能电板和玻璃板面层，中间层是个可以开闭的空气间层，最内层使用玻璃，玻璃表面潺潺水流落下，构成景观水幕玻璃。当冬季来临，所有的玻璃窗全部关闭，中间层成为一个密闭空气舱，阳光直接照射光电板，产生的电能加热密闭舱里的空气，这些热空气被源源不断送进风机，使得室内各层得到持续供暖。而到了夏季，外层玻璃打开通风，水幕以每小时48 m3的流速不断冲刷着玻璃，再加上太阳能板产生的阴影，多层作用，达到给建筑降温的目的。在利用太阳能方面，光电板产生的电能却又巧妙的成为了抽送水幕水泵的动力来源。整个南立面微微倾斜，帮助太阳能板接收更多的能量;每一层玻璃都造得相当厚实密封，尽可能隔断因热传导带来的能量损失。“太阳能幕墙”两侧是大面积的植被绿墙，与玻璃上的潺潺流水交相辉映，既节能环保又巧妙美观。

图10 铺设太阳能屋面砖的观光平台

图11 替代玻璃幕墙的单晶硅组件

3.3 冬暖夏凉的阳光室——雷根斯堡住宅

托马斯·赫尔佐格甚至没有使用一块太阳能板，就使其另外一个作品雷根斯堡住宅成为了名副其实的太阳能建筑。住宅侧面呈直角三角形，斜面朝南，整个建筑分为南北两个空间性质截然不同的部分(见图13)。南面是一个单层的玻璃体温室，北面为二层的其他用房。住宅四周树木环绕，优雅原始的自然环境将简洁而富有几何美的雷根斯堡住宅完全衬托出来(见图14)。而这座美丽的住宅，更是一个高效的集热器。冬季，树叶凋落，阳光透过树枝穿过建筑的玻璃斜屋顶直接照射进温室内，产生的热量供人取暖或被温室底部的砾石和厚重的楼地板储存下来，到太阳落山后又重新释放回室内，北部实墙设置通风口促进室内外空气交换，保持室内气流通畅。夏季，周围绿树成荫，遮挡光线，室内的热量通过北面通风口排放出去。精心的思考与设计使雷根斯堡住宅成为具有独特意义的太阳能建筑典范。

图12 包含太阳能板的“玻璃幕墙”

图13 呈直角三角形的侧立面

图14 南面的玻璃屋

4 结语

无论是恢宏大气的整体化设计，或是聪明睿智的装饰化表现，还是不显山不露水的隐身化处理，都是太阳能技术在建筑上表现其美学价值的具体方式。众多优秀作品及其设计思路，作者不能一一赘述，只能通过分析几个案例对本课题进行初步探究，展示太阳能技术可以带来的装饰美感。希望设计师能对其积极地并不断创新和发展，因为如此结合节能环保新技术设计的建筑作品，才是真正有益于人类发展的“绿色”艺术品。

［1］ 张树君.太阳能与建筑一体化［J］.居业，2011(8):49-50.

［2］ 钱伟辰.台湾高雄太阳能体育场［J］.城市建筑，2010(11):79-82.

［3］ 侯 易.托马斯赫尔佐格的生态建筑［J］.装饰，2008(6):74-75.

［4］ 赵国靖，赵敏荣.上海世博会太阳能光伏建筑［J］.建设科技，2010(12)，46-49.

［5］ http://www.chinagb.net/zt/jishu/taiyangneng/anli/20101015/70933.shtml.

［6］ http://www.archdaily.com/282880/zcb-zero-carbon-buildingronald-lu-and-partners/.

［7］ http://www.ksheji.com/jianzhu/3945.html.

［8］ http://www.herzog-und-partner.de/english/projects/projects_-_house_regensburg.html.

［9］ http://www.archdaily.com/196785/canmet-material-technology-laboratory-diamond-schmitt-architects/.

［10］ http://www.archdaily.com/89665/colorado-court-brooks-scarpa/.

［11］ http://baike.baidu.com/view/3487840.htm?fromId=472480＆redirected=seachword.

［12］ http://wenku.baidu.com/view/a9a17037ee06eff9aef80762.html.

［13］ http://www.szsolar.org/article-en1.php?id=2674.