可变建筑表皮对建筑能耗及室内环境的影响 ——以零能耗住宅"自然之间"为例

表皮作为物质能量交换界面,通过构件的动态变化,展现出对外界复杂气候的良好适应性,探索可变建筑表皮在建筑节能及室内环境调节方面的能力,为建筑表皮设计提供新的思路具有积极意义。“自然之间”从建筑室内光热环境入手,设计可变遮阳、智能通风、电动窗帘三种形式可变表皮,通过DesignBuilder 软件及EMS 脚本编辑工具,实现对可变表皮动态反馈机制的控制与性能模拟,结果显示可变表皮相对于普通模式可节能21.9%,相对固定表皮可有效改善室内采光、换气次数,为可变表皮在我国具体气候中的设计应用提供了参考。     

基于采光性能优化的可变建筑表皮生成研究——以厦门地区既有办公建筑为例

光环境是建筑室内环境的重要因素之一,充分利用自然采光是实现建筑绿色节能的重要策略。以厦门地区既有办公建筑空间为例,探讨通过可变建筑表皮的设计对室内的光环境进行优化。研究中设计了一种可变表皮系统,通过表皮形态的变化适应不同的室外光环境,利用参数化性能模拟工具——Ladybug工具包对表皮进行逐时的形态生成,并比较分析六种不同表皮形式下的室内光环境,对室内光环境质量中的照度水平、采光质量、眩光等方面进行评价。分析结果表明,设计的可变表皮能改善室内采光分布不均匀的问题,增加室内舒适采光的时间,减小室内不舒适眩光出现的概率,较好地调节自然采光的效果。     

基于风环境的参数化建筑表皮设计方法——以哈尔滨E-14地块项目概念设计方案为例

"绿色建筑"与"参数化设计"是当今建筑领域的两个研究热点。参数化设计在创造各种新奇造型的同时,也可以结合气候、环境等条件,对提升建筑舒适度以及节约资源做出贡献。以哈尔滨E-14地块项目概念方案设计为例,提出了一种基于风环境的可行的参数化表皮设计方法,倡导一种新型的基于气候适应策略的建筑设计方法,以更好地满足可持续发展的绿色建筑要求、     

基于环境因素动态调控的可变建筑表皮设计策略分析——以国际太阳能十项全能竞赛作品为例

可变建筑表皮通过对表皮上可变化构件的动态控制,能够对各个环境因素进行调节,从而适应不断变化的建筑外界环境,创造舒适的室内环境,可更好地体现建筑的气候适应性,符合绿色节能的设计理念。对历届国际太阳能十项全能竞赛的参赛作品进行分类整理,针对不同的环境因素将可变建筑表皮分为风环境调控、热环境调控、光环境调控、太阳能调控、综合型调控五个类别,并对各个类别的设计策略进行分析,为可变建筑表皮在建筑中的应用提供参考。     

气候适应性可变建筑表皮单元的运动形式研究

该文对气候适应性可变建筑表皮单元的运动形式进行了分类研究,使用节点法表示方法,根据表皮单元运动形式的特点将其分为五种类型:旋转型、滑动型、折叠型、可变型、材料自适应型,同时对每种运动形式的运动机理进行了阐述,结合案例分析进行了探讨,以期为可变建筑表皮在建筑实践中的应用提供参考。     

可变建筑表皮的热环境调控策略分析

可变建筑表皮通过对表皮上可变化构件的动态控制,调节建筑的太阳辐射得热量、通风量、蓄热量和传热系数,从而实现对室内热环境的调节,以适应不断变化的建筑外界环境。依据上述四个调节因素,对国际太阳能十项全能竞赛参赛作品中基于热环境调控的可变建筑表皮进行归类,并分析其设计策略,以期为可变建筑表皮在建筑实践中的应用提供参考。     

短程可变建筑的自适应性

适应性揭示了系统与环境之间的动态干扰、协同、演化的机制。建筑适应性,包含简单关联适应机制、动态适应机制、长时段复杂适应机制三个不同的层次。当人的主观性纳入建筑的研究范畴,建筑将不再是一个静止的孤立系统,而是一个可以随着环境要素变化的可变体系。本文基于建筑的可变性,对建筑物的短程可变(构件可变、空间可变)、长程可变(新陈代谢、非正规营造)现象进行了分析,着重研究了"短程可变"中的两方面内容:构件即时可变(响应式建筑、可扩张结构、可变适应性建筑);空间可变建筑的适应性,指出不同周期建筑可变性在适应能力、方式、范畴上的差异,并将其归纳为不同时空尺度上相应的设计方法。     

气候条件驱动下建筑计算性设计方法研究

适应气候的建筑形态是降低建筑能耗以及营造舒适微气候的主要方法之一。通过计算性设计方法,可以在方案设计阶段对建筑性能进行优化。将设计条件与决策过程向数据和算法进行转化,是实现这一优化过程的关键。以建筑体量为研究对象,基于既往气候驱动下计算性设计的相关研究,针对工作流程中气候驱动因子的多维度整合、环境性能的多元化评价以及影响因子的参数化建构三个核心环节,建立了由“特征认知-逻辑转化-方法择取”构成的决策框架,并对其中关键性技术方法进行解析。最终结合工程实践,验证计算性设计方法在气候适应性设计中的应用价值。     

生命周期视角下八合一住宅研究

从表皮的轻微变化到结构的剧烈变动,"形态可变"作为一种气候适应性设计策略逐渐得到广泛应用。这一策略虽能有效提高建筑运行性能,但常以物化阶段的高投入和高碳排放为代价。相对来讲,剧烈变形的建筑适应性更强,代价也更大,在实践和推广中受阻。因此,有必要从全新的角度评估这类建筑的环境效益和经济效益,评价其可持续性。文章以此类建筑的典型代表——八合一住宅为例,使用生命周期评价和生命周期成本方法分析其材料用量、能源消耗、碳排放及成本,并与静态情景对比。结果表明其既有可持续意义,也存在局限性,为未来形态可变建筑设计提供参考。     

寒冷地区住宅建筑动态适应性表皮设计研究

作为内外空间分隔和能量、资源利用的载体,建筑表皮越来越成为关注重点。通过分析影响建筑表皮性能的主要因素及存在问题,结合表皮构成要求及整合方式,提出了一种新的寒冷地区住宅建筑动态适应性表皮模型,并对模型的层(应变层、缓冲层、稳定层)区(控光区、可视区、能量集存区和连接区)构成和各层、区对应的主、被动技术策略进行了分析,并基于此进行了新的表皮构造设计。     

寒地绿色建筑的气候适应性设计研究--以山东地区某办公楼为例

真正的绿色建筑是根植于当地具体的气候环境而展开的,寒冷地区特殊的气候环境特征使得该地区绿色建筑不能照搬一般常用的绿色建筑设计策略,而应该针对寒冷地区严酷的气候环境进行适应性设计。本文探讨了寒地气候环境与寒地绿色建筑设计应变的关联机制并结合设计实践,从形态、空间、表皮三个层面,构建了寒地绿色建筑的气候适应性设计策略,并提出了具体的设计方法。     

基于U-wert模拟的建筑表皮绿化隔热性能分析方法构建

建筑表皮绿化是建筑生态化的重要形式,也是建筑节能的重要手段。目前对建筑表皮绿化隔热性能局限于定性描述和物理实验,对于数值模拟的量化方法相对较少,探索对建筑表皮绿化隔热性能建立一种数值化的分析方法。研究基于U-wert模拟技术,以德国维斯玛大学绿墙改造项目为例,从变量控制、参数设定、微观模型进行分析方法的构建,最终通过对热导系数定量计算的方法得出,建筑的表皮绿化可以提高外墙18.2%的隔热性能。通过利用U-wert技术数值模拟的构建,为更好地分析建筑表皮绿化的隔热性能提供了一种有效的定量方法和实验手段。     

整合介入——气候适应性建筑表皮的设计过程研究

气候适应性建筑表皮作为建筑物与空气、阳光、阴影和水的分界面。是协调内外环境的智能面层,已成为建筑表皮发展的新趋势。整合设计过程（IDP）也为可持续建筑设计（SBD）带来了新的契机。包括设计的创新以及设计决策的客观性。实际案例选择的建筑实践是将气候与地域文脉整合设计的典型案例,通过丰富的图例试图揭示气候适应性表皮构件复杂的层次关系。并体现出隐藏在建筑表皮外观下的建筑系统整合过程,凸显了整合设计的介入过程。     

气候适应性形态可变建筑的生命周期性能评价

气候适应性形态可变建筑能有效利用气象资源,在运行阶段降低运行能耗、提高舒适度。但由于可变体系的构造和运动方式较为复杂,形态可变建筑在物化阶段往往存在制造困难、成本过高等问题。研究根据气候适应性形态可变建筑的生命周期特征,归纳了实现可能性、维护便捷性、变形效果、环境效益和经济效益这5项评价指标,提出了相应的评价标准、流程和方法,并将其用于2个典型实例的评价。结果表明,使用结合定性分析与定量计算的生命周期性能评价方法来辅助设计,有利于权衡变形策略的利弊,进而促进气候适应性形态可变建筑的可持续发展及推广应用。     

参数化表皮设计中基于性能的洞口生成

数字技术日渐成为影响建筑最终效果的重要设计工具,并改变着建筑的设计和建造过程。当前很多建成作品均是通过参数化方法来生成表皮的整体形态、部件、洞口和细节,再将其材料化(即能够以现实材料进行建造)。随着建筑技术的发展,环境要素(光、热、空气等)逐渐参与到设计过程中,成为产生或发展建筑表皮形态的新依据。通过三个案例的比较研究,介绍了参数化表皮设计中形态、构造、技术等因素如何进行有效的整合或转译,并讨论了基于性能生成参数化形态时洞口这一关键要素的设计策略。     

环境性能导向的建筑数字设计研究

建筑行业是高能耗和高资源消耗的行业,因此提高建筑设计效率以及降低建造和运营阶段的能耗有着重要意义。同时建筑数字化的发展使得参数化设计在建筑领域特别是BIM和表皮、结构等方向有了诸多应用,但是在建筑环境性能方面才刚刚起步,而在建筑设计初期考虑环境性能的设计方式相比后期再补救更为高效,因此环境性能导向的建筑数字设计会是将来的发展方向。通过现阶段以优化建筑环境性能为目的的参数化研究,总结了各研究采用的方法和成果并分析其局限性和未来潜力,旨在帮助读者把握建筑环境性能导向的数字设计的发展现状,并为今后的研究方向与课题研究提供一定的参考。     

气候适应性建筑表皮的仿生设计研究

气候适应性建筑表皮对建筑节能减碳以及室内舒适性的提升均有着积极的作用，因而也成为了近年来的研究热点之一。而自然界中的生物在长期的进化中形成了多种多样的气候适应性策略，这对于提升建筑表皮性能有着极大的参考价值，因此，仿生学能够为气候适应性表皮的设计带来新的切入点。基于仿生学的建筑表皮设计的核心还是在于对自然界中的相关策略进行转化设计，而对自然案例和表皮案例从仿生角度进行分类能够有助于更有效率地寻找相关策略，从形态、结构、材料、行为和系统仿生五个方面进行分类是当前较为全面的一个视角。     

镶嵌表皮:基于多边形周期性镶嵌的参数化建筑表皮设计方法

平面镶嵌是用于研究几何图形模式的数学方法。这种数学方法在设计领域得到广泛应用。随着计算机辅助设计手段的不断进步,当代建筑表皮形式呈现出不同往日的"复杂性"美学特征。一些建筑表皮的设计实践就是以平面镶嵌的方法作为基础。多边形周期性镶嵌是平面镶嵌的一种重要类型。该文以两个建筑案例作为引导,以对多边形周期性镶嵌的数学分析作为基础,试图用算法实现一种基于多边形周期性平面镶嵌模式的建筑表皮参数化设计方法。     

基于快速反馈的建筑方案数字设计方法研究

结合参数化模型和建筑性能模拟等数字设计方法,提出一种基于快速反馈的建筑方案设计流程。而后以音乐厅为例探讨了实现所提出设计流程的技术方法,并开发了工具雏形(含基于组件的鞋盒形音乐厅参数化模型、连接建模软件Rhinoceros与音质模拟软件CATT的接口)。     

夏热冬冷地区既有建筑改造的气候适应性设计策略——以武汉建设大厦综合改建设计项目为例

以较低的能耗获得良好的室内热舒适环境是建筑设计的目的之一。本文结合武汉建设大厦综合改造的设计实践，根据武汉市气候特征，提出基于建筑气候适应性的被动式设计策略，进而利用CFD、PKPM模拟等方法评定建筑气候适应性设计策略的效果，探索一套基于计算机分析模拟技术的实践性较强的气候适应性设计方法及结合气候的建筑设计策略，为建筑师在今后方案设计阶段提供一些经验支持。