住宅立面节能构件浅析
——基于实证研究与计算机模拟
【摘 要】 文章通过对南京老城区住宅建筑外立面节能构件的实地调研，结合相关计算机软件进行模拟分析，总结出各种形式的遮阳构件、空调板构件和太阳能集热器构件，构建立面构件库并进行信息化整理，给出优选建议，为住宅立面设计中构件选型提供依据。
【关键词】构件库；立面构件；E cotect软件
张学荣，东南大学建筑学院在校本科生；潘文蔚，东南大学在校本科生；张梦澜，东南大学在校本科生。0 引言
住宅建筑的外立面是建筑内部与外部空间进行物质、能量及信息交流的重要媒介[1]。节能构件作为辅助性
构件，不但影响到建筑外立面的造型，而且对减少建筑能耗有显著作用[2]。
在建筑设计阶段，通过精心控制住宅外立面构件的形式，不仅能影响建筑立面的视觉效果，在很大程度上还会影响到建筑的节能效果。随着计算机辅助设计技术的发展，建筑光环境模拟逐渐成为建筑光环境设计的重要辅助设计手段[3]。本文通过对南京老城
区住宅建筑立面节能构件调研结果的分析扩展，结合Ecotect软件对不同遮阳构件的采光模拟，对住宅建筑立面上的遮阳构件、空调板构件与太阳能集热器构件进行归类归纳，构建立面构件库，为住宅立面设计中构件选型提供依据。
1 背景与意义
1.1 立面构件的概念
“构件”一词在《现代汉语词典》中的解释为：①组成机构的单元，可以是一个零件，也可以是由许多零件构成的刚体；②组成建筑物某一结构的单元，如梁、柱[4]。
本文所谈论的立面构件主要包括影响建筑遮阳与自然采光的遮阳构件、与空调摆放相关的空调板构件、与太阳能利用相关的太阳能集热器构件，
不包括墙体、门窗、屋顶等主要外围护结构。合理设计立面构件能够在获得美观立面造型的同时，有效降低建筑能耗。
1.2 立面构件库的概念
构件库是存放构件的储存库，其本质是实现构件与用户交互的一个系统。构件库是能够对构件进行有效管理，实现用户对构件上传、储存、修改，并对构件复用的过程[5]。本文所研究的立面构件库指的是某一类立面构件多种形式的集合，包含每种构件的各种信息及优选建议。将立面上的遮阳构件、空调板构件与太阳能集热器构件进行信息化，为住宅立面设计中的构件选型提供依据。
1.3 研究立面构件库的意义
将立面构件信息化，为住宅建筑外立面设计提供一定的依据。立面设计是一个综合性问题，不仅要考虑造型美观，还要考虑建筑内部的舒适度及节能的问题。利用立面构件库能够有效针对相应的设计需求，高效、快速地筛选出合适的构件类型，在提高设计效率的同时，又能获得美观的立面造型，还能在一定程度上减少能耗。
1.4 研究方法
1.4.1 调研分析法
（1）通过对南京老城区住宅建筑外立面的调研，得到立面构件库构件的基础信息。
（2）分析老城区住宅立面上被动式节能构件的形式特点，总结现有构件类型的优势及不足。
（3）结合住户的需求，提出更加多样的构件可能性类型。
1.4.2 计算机模拟分析法
利用Ecotect软件对不同遮阳构件进行采光模拟，并根据计算机模拟结果，对遮阳构件进行归类并给出最佳设计尺度建议。
1.4.3 总结归纳法
在实地调研的基础上，对立面构件的类型进行扩展，借助计算机模拟和综合分析，对各种类型的构件进行归纳总结，得到优选建议表，为住宅立面设计提供一定的依据。
2 实地调研
2.1 调研概况
2.1.1 调研对象与地点
现状调研的对象为老城区老旧住宅建筑外立面上的节能构件，地点位于江苏省南京市老城区中心居住区，东边以龙蟠中路为界，西边为中山路，南边为长江路，北边为北京东路。在这个范围内选择了39 栋居住建筑，建筑分布图如图1 所示。
2.1.2 调研目的与内容
现状调研的目的，一是从老旧的住宅建筑中提取被动式遮阳构件；二是了解南京地区居民对遮阳节能的真实需求。
调研的内容包括立面构件的形式、节能相关构件的朝向、构件与建筑高度的关系、与建筑的整体关系、构件的控制性与维护性能等各种信息。
2.1.3 调研方法
调研采用实地走访、实地测绘方法，后期对所调研成果进行归纳整理，利用数据分析的方法进行对比分析。2.2 调研成果
共获得39 栋住宅建筑外立面数据，其中，遮阳构件的形式主要有独立遮阳构件和整体式外遮阳两种。分别从这两个类型进行归纳整理，得到遮阳构件的调研数据。
2.2.1 独立遮阳
选取 9 栋外立面上采用独立遮阳方式的建筑进行归纳对比，如表1所示。
2.2.2 整体式外遮阳
选取 10 栋外立面上采用整体式
外遮阳方式的建筑进行归纳对比，如表2所示。
3 构件库建立
在调研统计结果基础上进行扩展，分析与节能相关的遮阳构件、空调板构件、太阳能集热器构件所有可能性，并通过计算机模拟分析得出遮阳构件的最优尺寸，构建遮阳构件、空调板构件、太阳能集热器构件的构件库。3.1 遮阳构件库
3.1.1 遮阳构件
遮阳构件分为水平式、垂直式、挡板式和综合式（表3 ～ 6）。
3.1.2 计算机模拟分析
分析软件为Ecotect，气象数据以
南京地区气候数据为参数，通过建立不同尺度遮阳构件的模型，进行多次模拟，得出如表7 所示结果。
3.1.3 优选建议
根据是否可调节、适宜的朝向、构件的结构与材料，对遮阳构件库进行归类总结，获得优选建议（图2）。可以看出，绝大部分类型的构件都不具备可调节性，水平式遮阳构件比较适合于南向，其他类型的几乎适合于多种朝向。
3.2 空调板构件库
3.2.1 空调板构件
空调是现代生活中不可缺少的元素，在住宅立面设计中空调板构件承
担着放置空调的作用，空调板构件对立面的美观起着不可忽视的作用。结合空调的功能特点，从结合窗、阳台等的一体化设计对空调板构件进行归类，得到表8。
3.2.2 优选建议
从空调板的位置、隐蔽性及可放置空调的数量将空调板构件进行归类，得到优选建议（图3），发现结合阳台的空调板构件往往隐蔽性相对较高。3.3 太阳能集热器构件库
3.3.1 太阳能集热器构件
太阳能集热器作为一种新型的能源装置，已经逐渐普及，太阳能集热器构件的形式对建筑的立面设计同样起着重要的作用，本文主要从结合窗、阳台、外墙及遮阳构件4 个方面进行扩展整理（表9）。
3.3.2 优选建议
从位置关系、维护的便捷性和可调节性三个方面对太阳能集热器构件进行归纳，其中结合阳台的太阳能集热器构件维护便捷，结合外墙设计的构件一般不可调节角度（图4）。
4 结语
本文通过实地调研并结合相关计算机软件进行模拟分析，总结出各种形式的遮阳构件、空调板构件和太阳能集热器构件，构建立面构件库，进行信息化整理，并给出优选建议，为立面设计中构件选型提供依据。从中，我们可以得到以下结论：
（1）针对不同立面造型与节能需求，可选择的遮阳形式有水平式遮阳、垂直式遮阳、挡板式遮阳及综合式遮阳。其中，水平式遮阳构件比较适合南向遮
阳，垂直式遮阳构件适合于东西南向的遮阳，挡板式适合于各种朝向，综合式也适合于各种朝向的遮阳；部分挡板式遮阳构件可设计为可调节式构件。
（2）针对不同立面造型需求，可选择的空调板构件有结合窗、结合阳台或结合外墙。其中，结合窗和结合阳台比较常见，多位于窗下、窗边、阳台一侧等；结合外墙，比如嵌在立面上的做法也比较常见，这种做法空调的隐蔽性相对较高。
（3）针对不同立面造型与节能需
求，可选择的太阳能集热器构件有结合窗、结合阳台、结合外墙和结合遮阳等。其中，结合窗和阳台的比较常见，与外墙一体化设计的缺陷是维护检修不方便；结合遮阳可以实现构件的功能复合，但也可能会造成检修不便及热损耗较大等问题。参考文献：
[1]夏晓敏,孔莹博,袁振霞.节能构件与外墙的一体化设计研究[J].河南科技 ,2014(09):177- 178.
[2]李芳.节能构件与建筑立面一体化设计研究[D ].同济大学 ,2007.
[3]云朋.建筑光环境模拟[M ].北京 :
中国建筑工业出版社 ,2010.
[4]覃悦.高层住宅立面构件的深入设计研究 [D ].华南理工大学 ,2012. [5]韩俊.装配式建筑参数化构件库设计研究 [D ].湖北工业大学 ,2018.