当今社会，全球城市中心的摩天大楼建设正在迅速增长，原因多种多样，包括工程技术的进步、城市密度的增加、空间限制以及为了争夺最高建筑而产生的竞争欲望。全玻璃外立面的吸引力以及对大面积连续玻璃幕墙的追求，往往以牺牲功能性为代价。
在这些高楼中，开窗被为了美观和宽广视野而舍弃，建筑的中央核心布局最大化了360度的视野，却也造就了“太阳热增益怪兽”。没有自然通风或交叉通风，这些玻璃摩天大楼在可居住空间内积聚了大量太阳辐射产生的热量，几乎完全依赖机械暖通空调系统来冷却这些空间。这引发了一个问题：被动通风策略在高层建筑设计中是否正在变得过时，还是可以有效地将可开启系统集成到我们的高科技塔楼中？
玻璃技术的持续进步是摩天大楼趋势的一部分。我们从单层卷玻璃演变为浮法玻璃，现在发展到包含四层系统的多层玻璃，这些系统在腔体内含有不同类型的空气，起到绝缘作用。现代玻璃的光透过率也有所提高，色调和色彩更少，几乎变得隐形。与此类似，暖通空调系统也得到了更大的动力和效率提升，能够管理热量和湿度，这些因素如今被视为影响居住者舒适度的关键。然而，当我们在玻璃和暖通空调创新上投入大量资金时，是否忽视了其他预算友好的解决方案、材料和策略，这些方案可以与玻璃相辅相成，同时重新引入可开启性呢？
将被动设计融入现代摩天大楼
玻璃摩天大楼在本质上无视建筑设计中的基本朝向原则。它们的朝向完全由视野决定，玻璃外立面在所有侧面上都被视为统一的。这使得传统的建筑朝向智慧变得无关紧要。在传统的被动设计中，建筑朝向会最小化西面和东面的外立面暴露，以减少热量增益，更倾向于在北立面上使用更多玻璃。然而，这种方法对于全玻璃塔楼而言无关紧要，它们忽视了基本的策略，例如选择性地使用透明度来管理南、西和东立面的热量增益。这并不是说玻璃摩天大楼应该被淘汰，而是可以重新设计，使其更好地融入城市景观。
为了实现这一目标，可以重新诠释和适应更多被动环境策略，以用于摩天大楼设计，从而为新一代高层建筑打开大门，实现可操作性与高科技吸引力的平衡。
响应式与可开启外立面：重新定义摩天大楼的太阳热管理
在摩天大楼中，特别是在炎热气候下，减少太阳热增益的一种有效策略是使用响应式可开启外立面。在幕墙玻璃前加入外部遮阳元素，可以减少对玻璃和暖通空调系统单独进行温度控制的依赖。这些遮阳元素有多种形式，可以开合，以平衡视野与热保护。与内部窗帘或遮阳布不同，外部建筑遮阳能够在阳光进入建筑之前反射阳光，从而显著减少太阳热增益，其效果远优于仅在光线进入空间后进行拦截的内部解决方案。
一个显著的例子是由Buesco-Inchausti & Rein建筑师设计的Plaza 13，在其玻璃前设置了一层额外的外部遮阳。这种盒式卷帘外遮阳系统提供了一种可控的被动方式来调节热舒适度。通过沿着细钢缆开合的动态画布状遮阳元素，它为原本统一的外立面增添了个性。
可开启遮阳外立面已经经过数十年的测试，1987年，Ateliers Jean Nouvel的阿拉伯世界学院（Institut du Monde Arabe）在这一概念上进行了创新性的机械设计，开创了先河，并受到传统实践的启发。在这里，一层可调节的开口——类似于相机的光圈——根据需要的热隔离和视觉视野的要求进行开合。虽然该系统位于两层玻璃之间，避免了风载荷或雨水等直接的环境挑战，但维护或修复起来却十分复杂且成本高昂。
尽管维护存在挑战，这种光圈系统挑战了传统玻璃摩天大楼的观念，其几何机械美学为传统玻璃塔楼提供了一种独特的替代方案。这一概念的影响在后来的应用中得到了体现，激励了其他自适应外立面设计，例如Aedas设计的阿尔巴哈尔塔（Al Bahar Towers）。
阿尔巴哈尔塔（Al Bahar Towers）于2012年完工，推动了摩天大楼上可开启遮阳装置的界限。其独特的外立面是响应性建筑的典范，利用与太阳路径同步运行的遮阳元素来减少热量增益和眩光。这些外立面由开放和闭合的三角形元素组成，打破了传统全玻璃外观的局限。此外，遮阳系统在阳光暴露的外立面上的选择性应用，呼应了传统建筑朝向设计，使其成为现代与经久不衰设计策略的良好结合。
绿色外立面与可开启窗户：摩天大楼遮阳的自然方法
另一种被动气候控制的潜在策略是将绿色外立面与可开启窗户相结合。通过引入轻量级植被解决方案，如各种藤本植物和开花植物，设计师可以用一层自然栖息地包裹全玻璃摩天大楼，柔化原本冷峻的幕墙玻璃外观。
对摩天大楼绿化的一个常见批评是土壤的需求，这可能增加建筑的结构负担和成本。然而，通过精心选择和对土壤依赖性较小的特定植物，可以避免这些问题。使用种植槽而不是完整的种植床可以减轻重量，使绿色外立面在摩天大楼中更具可行性。藤蔓和叶片作为自然遮阳元素，提供了额外的好处，如空气净化和提升建筑内部的热舒适度和视觉舒适度。
多种附着方法使得绿色外立面的融入变得更加简单。这些技术包括植物引导、耐腐蚀的不锈钢网和支撑攀爬植物的结构框架，形成一种自然的遮阳层，这是传统可开启装置无法复制的。
悉尼的中央公园（One Central Park）同样由Ateliers Jean Nouvel设计，体现了绿色外立面作为美学特征和热调节器的双重功能，能够在阳光照射到建筑外立面之前进行过滤。虽然与可开启系统相比，绿色外立面在特定遮阳需求上的控制可能较弱，但其柔和、有机的外观——通过可开启窗户和法式阳台增强——创造出一种景观优美、可居住的环境，这是任何机械系统所无法复制的。
在Ho Khue Architects设计的现代村庄办公室中，混合了本地藤蔓、香蕉树和黄色灌木，遮挡了建筑的玻璃开口，平衡了太阳热增益与自然视野。尽管该项目使用了更传统的种植床和不透明的外立面，但它展示了一种替代的绿色外立面应用，能够为摩天大楼外立面设计提供灵感。
关于绿色立面的讨论仍在持续，我们可以从探索这一设计策略优势和局限性的试点项目中获得许多启示。植物的维护、成长控制和材料的耐候性等问题，将继续影响绿色立面作为高层建筑管理太阳热增益的可行性策略。我们是否能够实现詹姆斯·温斯（James Wines）及其设计团队SITE提出的“高层住宅”可持续版本，仍然是一个悬而未决的问题，但绿色立面与可操作的玻璃幕墙相结合的潜力则令人期待。
超越玻璃：创新外墙，打造更绿色、更凉爽的城市未来
随着城市中心的密度不断增加，关于高层建筑立面系统的讨论变得愈发重要，然而往往忽视了城市热岛效应以及因不可操作的玻璃幕墙所带来的高能耗需求。建筑师和设计师不应仅仅将这些立面视为不可避免的结果，并仅依赖于玻璃和气候控制技术的进步，而应承担起探索被动设计解决方案的责任——例如可操作的遮阳装置和绿色立面——以开发出更适合高大纤细建筑独特挑战的立面，充分应对其广泛的表面积所带来的问题。
像纽约现代艺术博物馆（MoMA）的“新兴生态”这样的展览将继续推动这一讨论，邀请设计师重新思考环境响应型立面，以挑战传统的玻璃幕墙。这些创新旨在提升舒适度，推动更可持续的建筑实践，并减少对机械系统在室内气候控制中的依赖，从而支持高层建筑更加节能的未来。
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