當今社會，全球城市中心的摩天大樓建設正在迅速增長，原因多種多樣，包括工程技術的進步、城市密度的增加、空間限制以及為了爭奪最高建筑而產生的競爭欲望。全玻璃外立面的吸引力以及對大面積連續玻璃幕墻的追求，往往以犧牲功能性為代價。
在這些高樓中，開窗被為了美觀和寬廣視野而舍棄，建筑的中央核心布局最大化了360度的視野，卻也造就了“太陽熱增益怪獸”。沒有自然通風或交叉通風，這些玻璃摩天大樓在可居住空間內積聚了大量太陽輻射產生的熱量，幾乎完全依賴機械暖通空調系統來冷卻這些空間。這引發了一個問題：被動通風策略在高層建筑設計中是否正在變得過時，還是可以有效地將可開啟系統集成到我們的高科技塔樓中？
玻璃技術的持續進步是摩天大樓趨勢的一部分。我們從單層卷玻璃演變為浮法玻璃，現在發展到包含四層系統的多層玻璃，這些系統在腔體內含有不同類型的空氣，起到絕緣作用。現代玻璃的光透過率也有所提高，色調和色彩更少，幾乎變得隱形。與此類似，暖通空調系統也得到了更大的動力和效率提升，能夠管理熱量和濕度，這些因素如今被視為影響居住者舒適度的關鍵。然而，當我們在玻璃和暖通空調創新上投入大量資金時，是否忽視了其他預算友好的解決方案、材料和策略，這些方案可以與玻璃相輔相成，同時重新引入可開啟性呢？
將被動設計融入現代摩天大樓
玻璃摩天大樓在本質上無視建筑設計中的基本朝向原則。它們的朝向完全由視野決定，玻璃外立面在所有側面上都被視為統一的。這使得傳統的建筑朝向智慧變得無關緊要。在傳統的被動設計中，建筑朝向會最小化西面和東面的外立面暴露，以減少熱量增益，更傾向于在北立面上使用更多玻璃。然而，這種方法對于全玻璃塔樓而言無關緊要，它們忽視了基本的策略，例如選擇性地使用透明度來管理南、西和東立面的熱量增益。這并不是說玻璃摩天大樓應該被淘汰，而是可以重新設計，使其更好地融入城市景觀。
為了實現這一目標，可以重新詮釋和適應更多被動環境策略，以用于摩天大樓設計，從而為新一代高層建筑打開大門，實現可操作性與高科技吸引力的平衡。
響應式與可開啟外立面：重新定義摩天大樓的太陽熱管理
在摩天大樓中，特別是在炎熱氣候下，減少太陽熱增益的一種有效策略是使用響應式可開啟外立面。在幕墻玻璃前加入外部遮陽元素，可以減少對玻璃和暖通空調系統單獨進行溫度控制的依賴。這些遮陽元素有多種形式，可以開合，以平衡視野與熱保護。與內部窗簾或遮陽布不同，外部建筑遮陽能夠在陽光進入建筑之前反射陽光，從而顯著減少太陽熱增益，其效果遠優于僅在光線進入空間后進行攔截的內部解決方案。
一個顯著的例子是由Buesco-Inchausti & Rein建筑師設計的Plaza 13，在其玻璃前設置了一層額外的外部遮陽。這種盒式卷簾外遮陽系統提供了一種可控的被動方式來調節熱舒適度。通過沿著細鋼纜開合的動態畫布狀遮陽元素，它為原本統一的外立面增添了個性。
可開啟遮陽外立面已經經過數十年的測試，1987年，Ateliers Jean Nouvel的阿拉伯世界學院（Institut du Monde Arabe）在這一概念上進行了創新性的機械設計，開創了先河，并受到傳統實踐的啟發。在這里，一層可調節的開口——類似于相機的光圈——根據需要的熱隔離和視覺視野的要求進行開合。雖然該系統位于兩層玻璃之間，避免了風載荷或雨水等直接的環境挑戰，但維護或修復起來卻十分復雜且成本高昂。
盡管維護存在挑戰，這種光圈系統挑戰了傳統玻璃摩天大樓的觀念，其幾何機械美學為傳統玻璃塔樓提供了一種獨特的替代方案。這一概念的影響在后來的應用中得到了體現，激勵了其他自適應外立面設計，例如Aedas設計的阿爾巴哈爾塔（Al Bahar Towers）。
阿爾巴哈爾塔（Al Bahar Towers）于2012年完工，推動了摩天大樓上可開啟遮陽裝置的界限。其獨特的外立面是響應性建筑的典范，利用與太陽路徑同步運行的遮陽元素來減少熱量增益和眩光。這些外立面由開放和閉合的三角形元素組成，打破了傳統全玻璃外觀的局限。此外，遮陽系統在陽光暴露的外立面上的選擇性應用，呼應了傳統建筑朝向設計，使其成為現代與經久不衰設計策略的良好結合。
綠色外立面與可開啟窗戶：摩天大樓遮陽的自然方法
另一種被動氣候控制的潛在策略是將綠色外立面與可開啟窗戶相結合。通過引入輕量級植被解決方案，如各種藤本植物和開花植物，設計師可以用一層自然棲息地包裹全玻璃摩天大樓，柔化原本冷峻的幕墻玻璃外觀。
對摩天大樓綠化的一個常見批評是土壤的需求，這可能增加建筑的結構負擔和成本。然而，通過精心選擇和對土壤依賴性較小的特定植物，可以避免這些問題。使用種植槽而不是完整的種植床可以減輕重量，使綠色外立面在摩天大樓中更具可行性。藤蔓和葉片作為自然遮陽元素，提供了額外的好處，如空氣凈化和提升建筑內部的熱舒適度和視覺舒適度。
多種附著方法使得綠色外立面的融入變得更加簡單。這些技術包括植物引導、耐腐蝕的不銹鋼網和支撐攀爬植物的結構框架，形成一種自然的遮陽層，這是傳統可開啟裝置無法復制的。
悉尼的中央公園（One Central Park）同樣由Ateliers Jean Nouvel設計，體現了綠色外立面作為美學特征和熱調節器的雙重功能，能夠在陽光照射到建筑外立面之前進行過濾。雖然與可開啟系統相比，綠色外立面在特定遮陽需求上的控制可能較弱，但其柔和、有機的外觀——通過可開啟窗戶和法式陽臺增強——創造出一種景觀優美、可居住的環境，這是任何機械系統所無法復制的。
在Ho Khue Architects設計的現代村莊辦公室中，混合了本地藤蔓、香蕉樹和黃色灌木，遮擋了建筑的玻璃開口，平衡了太陽熱增益與自然視野。盡管該項目使用了更傳統的種植床和不透明的外立面，但它展示了一種替代的綠色外立面應用，能夠為摩天大樓外立面設計提供靈感。
關于綠色立面的討論仍在持續，我們可以從探索這一設計策略優勢和局限性的試點項目中獲得許多啟示。植物的維護、成長控制和材料的耐候性等問題，將繼續影響綠色立面作為高層建筑管理太陽熱增益的可行性策略。我們是否能夠實現詹姆斯·溫斯（James Wines）及其設計團隊SITE提出的“高層住宅”可持續版本，仍然是一個懸而未決的問題，但綠色立面與可操作的玻璃幕墻相結合的潛力則令人期待。
超越玻璃：創新外墻，打造更綠色、更涼爽的城市未來
隨著城市中心的密度不斷增加，關于高層建筑立面系統的討論變得愈發重要，然而往往忽視了城市熱島效應以及因不可操作的玻璃幕墻所帶來的高能耗需求。建筑師和設計師不應僅僅將這些立面視為不可避免的結果，并僅依賴于玻璃和氣候控制技術的進步，而應承擔起探索被動設計解決方案的責任——例如可操作的遮陽裝置和綠色立面——以開發出更適合高大纖細建筑獨特挑戰的立面，充分應對其廣泛的表面積所帶來的問題。
像紐約現代藝術博物館（MoMA）的“新興生態”這樣的展覽將繼續推動這一討論，邀請設計師重新思考環境響應型立面，以挑戰傳統的玻璃幕墻。這些創新旨在提升舒適度，推動更可持續的建筑實踐，并減少對機械系統在室內氣候控制中的依賴，從而支持高層建筑更加節能的未來。
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