摘要作为物质疆环和能量转接的界垂，建航表皮的气候还应性设计已成为合理应对气候变化，实现低碳发展的新趋势.文意以气候适应性建筑表皮为切入点.在阐述基本理念的基础上，提出其独特的运行机制和调控系统，并结合具体案例进行系统分析，归纳出气候透应性建筑表皮的设计路线，以期对其在表皮 胆件和调控方式等方面的应用提供瘤导.
关调气候适应性建筑表皮运行机制表皮组件调控系统设计路线
climate change 8nd resize lowcarbon development. Iin terms of climate responsive buildingskin this peper sets out to expicate the basic concept and puts fonward the unigue operatingmechanism and control system. With an systematic analysis of specific cases the paper Summarizes design strstegy of climate responsive bulding skin in order to instruct the possibleappications in building skin ponents and regulaion and control mode.
KEY WORDS climale responsive builcing skin operating mechanism ponents of buildingskin control system design routeDOI10.12069j.na.201806092
基金项目江苏省建设系统科技计划项目（201507240004）
舒欣SHU Xin
气候适应性建筑表皮
一应对气候变化的设计研究
Climate Responsive Building Skin: Design Research in Responseto the Climate Change
建筑表皮是处于自然界与人类居住的室内环填之皮解决方案，希翼以此保证建筑的高能效和环境友间的物质界面，用于分离和过滤外部与内部环境.好型输出.这一突发形势也给气候适应性建筑表从历史的现点看，在内外环境间构建一个有效的屏皮的发展带来新的契机，建就薄们一方面向乡土建障，主要是为了抵着恶劣的外部环确和严酷的气候算学习，重新审视其被动式技术手级所承截的气候 条件.乡土建筑历经地方文化的黑染和气候环境的适应性功能：另一方面借助先进的主动式建筑表皮考验下，经过长年试错，行生出集资源、气候和技组件来助助维持室内所气橘响的平衡，并以可调控的术于一体的建筑表皮.因此，乡土建筑表皮可谓方式应对内外气娱环填和人为干预，然时至今日，无论在全球或区域层蛋，气候速应性建筑表皮及其替代 用谐既来形成期确的定义，地没制定统一的法规及设计战路框架来指导这类建氧表皮的没计.
技术和形式有效地应对不异的气候特征. 气候适应性建筑表皮的原型，它能通过各自独特的论
20世纪以来，科技的迅猛发展、快速城镇化以及人们对舒适度需求的日益提升，都对传统建筑表适应性功能也开始从建筑本体剥离，转而求助于设题带来的巨大挑战，尝试探寻与环境交互的建氧表度、温度、光、风、水等气候因子的协调应对.
皮的设计和构建模式带来巨大冲击，其其备的气候一理念生成
气候适应性理念源自生物学.就生物学角度备前决室内气候调控问醒、然而极为耗能的机械设而言，气候适应性（climaleadaptation）是照备对环境带来一系列负面影响，直至1973年能源在外界气候条件变化的情况下，保持自身状态在危机想发，建筑学界才开始正视能源危机和环填问一定范图内的稳定的适应特性，其体表现为对温
[作老单位]南京工业大学建筑学院（南京，21816）
建筑学研宽语境下的“气候适应性”并不完全与response”的含义更为贴近，因而后者通常被译 *cimate adaptation”相对应，而是与*cimate作“气候响应”或“气候应答”，建筑的气候适应性研究不仅涉及气候因素对室内警理环境和舒适度的影响，而且包含气候对建筑结构安全性和材料耐 久性的影响，以及为建筑组件和使用者行为提供调节的可能性等.
建筑系统，与气候环填联系最为紧密的也是建筑表的气候适应性机制类比框架（图1），可提炼出建筑表皮适皮气候的有效手段.
生物的气候适应性主要依靠其表皮的调节能力.一方面，生物体通过表皮抵御不良气候环境来 保护自己：另一方面，通过表皮与外界气候环境进行物质和能量交换，以维持自身生态平备，反规皮.对外，建筑通过建筑表皮获取或屏蔽气候资 源：对内，依靠建筑表皮维持相对稳定的室内环票，满足人体的舒适度需求.对比生物系统和建筑系统，能够发现两者通过相似的途径和方式应对气持内部的稳定状态，涌过建立生物表皮与建筑表皮 候：它们都注重对外部气候资源的有效利用，以唯
气候适应性建筑表皮利用人为或自动控制等手段，通过表皮的构件运动、功能变化或改变材料性 能等方式，保持室内气候环境的相对稳定，满足使用者的需求.理想的气候适应性建筑表皮应如网一层可调节其张开程度的渗遗膜，有效地过滤气候资 源，控制室内的风、热量、日图和核光等，实现
1生指法波与建航未按的气报达皮性机制资优胆架
内部环填的动态平衡（图2）"，为了高度实现这种气假适皮性，建筑表皮的各种变量，如位置、范图、形状、覆盖程度、可调节程度以及使用者操作等因索都至关重要，它们直接影响着建筑最终的性 能表现”.
二运行机制
及调整.因此气候适应性建筑表皮应当建立在与气 气候适应性意珠著有能力对气候条件作出反应候相互合作的基码上，原应气候条件并结合自身特点，营遗出更好的室内环境.然而，室外气候条件少出现，故而要求健氧表皮作为室内外环填的螺冲 与室内舒适度要求之间的乎衡状态在自然票件下绝层和调节器，不断调整工作模式，实时采取不同的运行机制（图3）
1规避机制
减造成干扰时，建筑表皮应成为一道有效的屏障， 当严酯恶劣的室外气候对稳定舒适的室内环通过良好的保温隔热和气密性等措施抵御室外气候室内适宜的微气候，规避机制涉及保温、隔热、采 的侵囊：同时利用自动调控的主动式建筑没备维持暖、制冷等方面的技术，但这些技术往往须以高能耗为代价.
2调节机制
填间的过滤墨，以“积极”的方式将自然气候资源 当室外气娱宣人对，建氧表皮应作为室内外环引入室内，调节室内微气候.调节机制应最大程度地利用气报资源，以实现室内外环填更新为原则.主要利用自然通风，自然采光和遮阳装置等被动式 技术手领来满足室内的舒适度需求.以利于尽量障低建航照料.
气候适应性建筑表皮必须响应室外的气候波动，并根据室内使用者的需求不断调整运行机制， 宜采取以被动式技术为主，主动式技术为辅的混合
EROER温、.风等 生，皮们 人工元、提度，、民等:
运用模式.在一年四季中，这两种机制应当交替发挥作用，冬季严寒和震季酷暑要求建筑表皮启用规避机制：气候湿和的春秋两掌则可运用调节机制.在一天中的不同时段，两种机制应根据气候变化进 行切换，其切换绩率取决于当地的气候区划和天气条件，此外，规避和调节机制两者相辅相成，不可能废，更不可相互替代，且两种机制间转换效率越亮，建筑表皮的气候适应性也越强.
三调控系统
对建筑表皮而言，气候适应性可通过多种设计性的基础，建筑表皮的调控系统必须有效平衡室外复 方式和手段实现，其中调控系统是实现气候适应杂多变的气般资源和室内丰富多样的人体需求.相应地，其调控方式也须在权衡各种因素的基础上，导求一个综合解决方案.
1调控工具--表皮组件
调控系统的操作都建立于建筑表皮组件的基础之上.过去百年间，为了更好地适应气候环填，建筑表皮由一种相对固定的构件体系逐渐转变为一系列细件构成的多届次系统.一方面，每个 组件殖含着一个明确的物理功能，犹如过滤器一般将复杂多变的外部气候资源转化为舒清宜人的室内费气候：另一方面，这些组件与表皮的外面层建立联系后，赋予了表皮形式更多的可能性.
建筑表皮组件的内容通盖广泛，从被动式的遮阳、采光系统到主动式的太阳能、机械系统都属于这一范略，因此有必要根据功能和性能特征对表表皮而言，分类应从其工作原理入手.按照与自然 皮组件进行系统的模理和分类.对于气候适应建筑气候要素的对应关系，建筑表皮细件可分为日光组件、通风组件、热工组件和能源组件（图4）.各组件间丝浪好协作是提开建筑表皮性能的重要手段.
同时，由于气候透应性建筑表皮是一个相互
表1性调照三个不高腐次持年
简单的拼贴式操作，而应在考虑整个系统综合性能 关联的复杂系统，故表皮细件的运用方式不能采取的基础上，对表皮组件进行统若安排和合理布局.为了减少家皮组件间的“相互影响”（pushme- pullyou），可将建抗表皮从上至下划分为三个功能区间，并根据特定的需求将表皮短件整合于不同的功能区间内，从而建立起表皮绝件简良性的互动关系.
2调控原理--适应性
适应性意珠着有能力对新情况或新局势作出反应和调整，而基于遗应性的调控方式则通常是赋予间段内功能或性能的改变，基至物理性质的变化. 一种变化的能力，这种变化涉及建筑表皮在一定时根据变化维度的差异，适应性调控可以分为三个屋次：灵活性（二维变化）、转换性（三维变化）和响应性（四耀变化）.每个鼠次的调控名具特点，在层次递进的同时，适应性功能表现也逐级增强 （表1）.
此外，根据气报环境的变化规律和复杂状况，宜采取不同的调节周期及形式各异的调控方式：灵的非机械系统或易于调节的机械系统：转换性调控 活性调控通需针对较长的调节周靶，采用手动控制则适用于登夜调节的建筑表皮，常使用电动机械控制和自动控制的可变构件：确应性调控作为实时控
灵活性 2D变化：滞及建筑激度配量的变化 布元、外底、采光、糖体、星户、可摄作元素、组件、（满整键式兼皮的频定元素，始布降、相件配加 等、这些调整通常由他用者强作.1辅换性 长调尾期 30变化：涉及建氧表放空间、形式和结构的改查 动式接术 空间、形式、结构、碾式等（间转换） 被动式与主政式相结合的技术响应性 4D变化：涉及实时的动能变化 系统，材料、环境，老用老需求、传感据和能动器等（题时间而改空应测外需减道] 实时调节 主动式技术
制模式，须运用智能控制系统，利用传感器、处理 器和执行器等设备进行动态调控，并可对控制模式退行优化"
四设计路线
前文分析了气候适应性建筑表皮的理念生成、运行机制和调控系统.为了更好地指导具体的建筑实践，笔者制定了一个设计速线，并结合清控人居表皮在采暖、制冷、采光、通风和能源等方圆应 科技示范楼这一近零能耗建筑案例详细闻述建筑对气候的设计步探.流路线中的设计过程包括对前人经验的概括和笔者教学实践的理论总结（表2）.
1建筑表皮的基本设计和优化
气候适应性建筑表皮设计的第一步应在对气候条件详想分析和评估的基础上，从形式整造、空间组织和构造设计等方面对建筑表皮性能进行优化. 该阶段善先应该通过调整表皮形式、合理的割户选型等方式改善自然采光和通风效果：其次，还可通过窗增比、分区、自遮阳和保湿隔热层的有效设置来控制建筑表皮的能耗.这一阶投的重点在于尽可 能地提升建筑表皮的基本性能：从而减少表皮组件的运用，节约成本"，建筑师在请控人居科技示始同决策，靠实时应对气候环填的复杂变化.与
设计来应对尚地的气候，在形体布局上，屋脊处拨高且设有果光通风天窗，不仅借助烟应效应增强了 室内报风效果，而且为展厅带来了良好的自然采光（围5）.
2合理选用被动式建筑表皮组件
那些节能环保性能更佳的被动式建筑表皮组件，以 在对建筑表皮进行基本优化之后，应优先选用进一步提升自然采光、透风、别冷和来暖等效巢.室外气候的季节变化和昼夜书律都直接关系到这地选用表皮组件十分重要，这是降低能耗的关键因 些组件的有效运作.因此在该阶段如何恰如其分素”.在该阶段，清控人居科技示范楼首展采用带通风口的简易玻璃幕墙，二层则以建筑表面太阳射和风压分布的模拟结案为参照，运用落密变化的 编双层表皮组件，安排了四种疏密的骤编单元布局在立面上，并配合构遗节点的设计，以保证立图的美观及其耐候性（图6）.
3优先选择低能耗建筑表皮组件
在上一步骤的基础上，为了更大程度上满足室内舒适度的需求，还应选用适用的低能耗建筑表皮组件.其特点主要表现为以太矩能系统为代表的可再生能源的有效利用，在该阶段中，可再生能源筑表皮最佳性能的关键因素，清控人展科技示范楼 的生成、分配和辅送全过程的优化和整合是实现建在星顶天窗采用彩色薄膜光电玻项组件进行太阳能室内增地面，取得了良好的富内光影效果（图7）. 光状发电，同时透过玻璃和木屋架的影色光线投射到
4高效运用主动式建筑表皮组件
当低能耗建筑表皮组件不足以满定都透性需求时则须求助于传统的主动式建筑表皮细件.但由于成一定的矛盾和冲突，因此该步的重中之重在 主动式表皮组件需要消耗大量的能量，且相互同易于理清各个组件系统的原理和特征，以确保各组件系揽的协调工作、高效运行.
的空调系统，通风组件置于双星表皮空控和地下设 清控人居科技示范楼采用地道风取代了需规备突层，如此处理不仅便于对外展示并提高富内空问的灵活性，更能为后续实验平台中设备系统的增补、操作与检修提供空间与便利（图8）.
5整合决策调控方式
在上述设计领路的基础上，最后的步骤是选择合适的调控方式，它取决于气候条件、经济成本和统具有简便易行、操控灵活、经济环保等优势，但 业主需求等诸多因素.人工调控的非机械或机械系更适用于气候条件稳定、变化节律较长的地区智能调控系统具有动态性、交互性和响应性等特点.它利用先进的环填感应设备和复杂的控制期法将 建筑表皮细件与建筑管连系统联系起来，统等安排，范楼的设计中號优先通过建筑布局、形态和材料的此网时，智能调控系统应建立在对室外气候条件和
表2气候选应建式末安的计务
1 采暖 深排热量 近免热量 果光 白然至光 自然通A 良取太柜 E基本的表皮资与优化 分 控比 -S 窗户（形式知位置） 窗户和通风口 直接太E能联取隔 控期内部热获取 控空气分布92 液范式采要组件 特怡墙 核式制冷组件 直标化系 自然房优化与调的组件 返阳系桃 自速优化地件 通只翼片 大阳能优化用件 通隔的组件（T）阳光间 水理 特伦布墙 变材科相件 光选重定向系院 限通风组件 可控通风组师低温加热系统 流速谢冷系院 高效的人工原明 松源生成系统大尼指单药系统 LED 光状电板胞件（PV核）β4 冷细腻统 人工南明 机械通风买施高然运用注运式能机表皮组件 对教热器 排式对混酸的器 空调系统 分推式通风系线85 账合决策调控方式 人工调控：角使息行、节期环保，提控灵活，但居节性糖润，症以调定多空的气操条传和使用者费求 暂能润控：具动态性、变互性，电皮性等特点，提感实粒应对外转登化的气级环填，其实际调节放果联决于对使用者和气级表件的理解状况，以及各类技术的远用成熟度
室内舒适度需求充分理解的基码上，其中各类技术的城熟运用度、使用者和智能系统间的交互状况等 因素都会影响实际的调控效果，为了较好应对气候的变化，请控人展科技示范棱采取简易的机械系统对双层建筑表皮在不同季节和昼夜下的状况进行调的空气状况进行智能通风调控，以提升室内舒适度 控：同时在量顶采用智能电动开后玻璃蟹，对案内（图9）.
5请控人因料挂示范植的热形体说计和布院8通控人愿来技示形
6被动式激皮细料--最编组湿农皮抵统5根满太期能能航风压分布对单辐象皮进行排布 四肿殖密的睡表皮
五结语
上，剖析了其运行机制和调控系统，初步建立了气候适应性建筑表皮的设计路线，但研究对气候适皮性建筑表皮的思考尚欠深入.题着社会发展和科技进步：气候适应性建筑表皮的相关内容也将逐新丰 富起来，井行生出新的内涵和要求一 一如何减小雾的影喘，与此同时，现有的设计路线也仅为阶段性成果，未来新观念、新方法和断工具的不断涌现必将藏予该研究更多的可能性，从而提炼出更为系 统的研究成果.口
cn/799063/sing-kong-ren-u-ke-j-sh-fan-lou-su- 图片来器：图4851自htps:/
①建筑表皮的内通丰富，从广义上洪，凡是围合限定空间 的建筑构件、系能域构筑隐均可期入建筑表皮的范碍.本文中的键筑表皮是指除屋顶和条空底核之外，承担建为显著的建筑立雷，文中梅其称为“建机表皮”燕非 氧外部图护界面的是句物质系境，即与气候环境交互最“建筑立面”，指在凸经其如同生物度肤一般，诉级、
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收镇日期2018-06-10
