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不锈钢遮阳体系
与建筑物生态气候外立面有机结合
Designing Stainless Steel Sunshades into Bioclimatic Façades
撰文 凯瑟琳• 胡斯卡（Catherine Houska）
生态气候建筑（Bioclimatic architecture）充分利用当地气候条件
来提高建筑的能效和视效，在夏季保护建筑免遭太阳暴晒，冬季减少
热量损失，并利用环境因素（例如太阳、空气、风、植物、水、土壤
和天空）给房屋供暖、制冷和照明，加强新鲜空气的流通，充分利用
自然光线，确保屋内居住者的舒适。混合式生态气候附加外墙层的设
计（Hybrid bioclimatic second-skin designs）是实现这些目标的重
要工具，它是在建筑外墙的内部或外部附加一层网或一层非玻璃材料
的屏蔽，从而把建筑外墙从相对简单的“抵御气候”的构造转化为更
加主动适应和利用气候的“建筑外衣”。
1 混合型附加外墙层
目前有两种附加外墙层：一种是主动的、随着环境变化不断进行
调节的电脑控制的系统；另一种是低技术的、被动式的固定系统，包括：
1）固定和活动百叶；2）编织物；3）穿孔板；4）绿色外墙屏障（例
如植物）。与更精巧复杂的幕墙相比，这些装置以更加合理的价格改
变了像混凝土和玻璃建筑这类低成本房屋建筑的外观。
附加墙层的张力支撑系统与内墙平行。轻重量的构架可调节内部
绝缘墙和外部混合附加层之间的距离，从而可使建筑物的外形呈现无
缝弯曲或者其他几何形状。对于现有房屋建筑，附加外墙层可经济有
效地减少能源消耗，同时改善了外观。对于新的建筑，与构造异形承
重墙相比，附加外墙层可以更低的成本提供独特的外观，还能提高房
屋建筑的安全性。
当使用固定编织网、穿孔板或百叶时，孔径的大小影响着遮阳和
房屋内自然照明的水平。因此，为了使设计达到最佳效果，需要四季
日光的模型。例如，在阳光角度随季节有明显变化的地区，使用固定
百叶可在冬季让阳光照射进屋，而在夏季却把阳光遮挡在外。
在炎热气候条件下，遮阳可产生更大的节能效果。 一项编织物附加
外墙层的热性能研究表明，它在德国每年可节约用于制冷的 1 000 万度
电能，在迪拜每年节能约 亿 ~ 亿度电。1 在较寒冷地区，冬季
的保暖可能更加重要，应该根据当地气候来设计和选择最合适的系统。
主动式附加外墙层
许多种主动式附加外墙层是不锈钢张力系统或构架支撑的活动金
属百叶窗、木板条或穿孔板。它们都有电脑控制的机械系统配合房屋
的供暖和制冷系统工作，这样可在不同环境下主动做出反应。在夏季
炎热时，按照太阳的轨迹来调节遮阳系统，可最大程度地利用太阳辐
射或光照，同时让进入屋内的热量达到最小。在冬季暴风雪时，关闭
遮阳系统保护内墙，降低了热量损失。最大程度的自然通风也有利于
屋内人员的健康和室内温度的控制。
应用主动性附加外墙层的一些建筑最早出现在北美洲，例如 1980
年在纽约州尼亚加拉大瀑布建成的西方化学中心（Occidental Chemical
Centre），后来它们在欧洲、亚洲和澳大利亚得到了更加广泛的应用。
（1）蒂森克鲁伯公司楼群
TKQ 建筑师联盟的 JSWD Architekten 和 Chaix & Morel 建筑事务
所为蒂森克鲁伯公司在德国埃森设计了 7 层高的办公楼群。该建筑荣
获了“德国可持续建筑”金奖。2 预计该项目的能源需求比法规要求的
标准还低 20%~30%。综合性电脑控制的环境系统根据天气变化自动调
节室内的自然通风和阳光照射。结合地热进行供暖和冷却，夏天无须
使用空调，冬天的供暖需求也大大减少（图 1）。
由于使用了 316 不锈钢的遮阳系统，所有建筑简单的玻璃外形都
变得生动起来。其中一栋大楼是该公司的会议和培训中心，安装了穿
孔的被动式遮阳装置。另外一栋大楼使用了主动式横向条板遮阳装置。
建筑外墙正在从相对简单地防御气候转变为更为主动地利用气候。介绍了结合遮阳系统的混合式生态气候外墙层在世界各地建
筑中的应用情况，并探讨了对其更广泛利用的可能性。
不锈钢 附加外墙层 遮阳体系 生态气候 被动式 主动式
摘 要
关键词
图1 蒂森克鲁伯公司办公大楼
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其他两栋大楼则使用了电动长方形、正方形和梯形散热片。横向条和
散热片朝外的一面进行了消光喷砂处理，朝内的一面则进行了高抛光
处理。调节它们的角度就可确定内部光线和温度水平。
（2）旧金山联邦大楼
旧金山联邦大楼是一幢 18 层塔楼，建筑面积 56 205m2，它与 4 层
的辅楼相连，毗邻一个公共广场。大楼建于 2007 年，是美国第一幢强
调自然通风的办公大楼（图 2）。由电脑控制通风的附加内墙层根据每
日和季节性天气变化进行调节，为大楼进行自然温度控制；大约 70% 的
工作区域使用自然通风而不是空调，大约 90% 的工作站使用自然照明。
大楼的东南外墙装有孔径 mm 的固定折叠式 316 不锈钢遮阳
板（进行了灰色消光处理），完全遮住了玻璃窗，比美国总务管理局
规定的能效标准还节能 50%，预计每年节能费用为 50 万美元。3
（3）41 号库珀大楼
建于 2009 年的 41 号库珀大楼是位于曼哈顿库珀联盟学院的工程
教学大楼，这是纽约市第一幢荣获美国绿色建筑委员会颁发的 LEED
白金证书的教学楼（图 3），面积为 16 258 m2。
半透光的 304 不锈钢穿孔板布置在玻璃和铝制窗墙的外面。穿孔的
直径为 ，不锈钢板 50%~90% 的面积上都布满了穿孔，所以不论
打开还是关闭，屋内人都能看到窗外的景色。该幢大楼的电脑控制环境
系统调节着这些不锈钢穿孔板的角度，从而在夏季减少了向内的热辐射，
冬季则对内墙起着挡风和保暖的作用，并让自然光进入。4 虽然大楼外
形比较传统，但这种附加外墙层造成的光影使它具有了一种引人注目的
雕塑般的效果。
与同样类型的标准建筑比较，具有雕塑效果的遮阳装置、自然通
风、屋顶种植植物以及具有辐射热量和冷却功能的天花板使大楼节能
40%，大约 75 % 的内部空间都用自然光照明。
被动式附加外墙层
当大楼要求的是最低程度的维护或供电不太可靠时，被动式附加外
墙层系统就是很理想的装置。它们与大楼内部的温度管理系统并没有固
定的连接。位于阿联酋阿布扎比的首都门大厦是个典型的例子，大厦的
整个南侧用不锈钢遮阳网罩住，阳光热能减少了 30% 以上（图 4）。
（1）亚利桑那州立大学的新闻和大众传播学院
图 5 是位于洛杉矶由 Ehrlich Architects 建筑事务所设计的亚利桑那
州立大学沃尔特 • 克朗凯特新闻和大众传播学院。这幢学院大楼使用了不
同的颜色和结构来增强视觉效果，采用了 316 不锈钢制成的编织遮阳篷，
从而减少了太阳照射的热量，让自然光进入室内，为玻璃墙增加了美感。
这幢大楼西侧大片墙上的 64 扇窗户被 223m2 的不锈钢编织遮阳
网覆盖。透光的不锈钢遮阳网使楼内的人仍然能看到凤凰城的市中心。
这幢大楼荣获美国“能源与环境设计先锋奖（LEED）”银奖，并获得“2009
年世界建筑节奖（2009 World Architecture Festival Award）”。
（2）沙特器官移植中心
位于沙特阿拉伯利雅得市的撒尔曼王子器官移植和透析中心由
图2 旧金山联邦大楼 图3 41号库珀大楼
图4 阿布扎比首都门大厦 图5 亚利桑那州立大学克朗凯特新闻和
大众传播学院大楼
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Omrania & Associates 建筑事务所设计。该中心是一幢由厚砖墙
建成的建筑，设计目标是最大限度地降低制冷需求。这幢建筑建于
1998 年，在建设过程中，就把 316 不锈钢编织遮阳网安装在内凹的
窗户之外（图 6）。
（3）广州第二儿童活动中心
2006 年完成建设的广州第二儿童活动中心（图 7），由美国
Steffian Bradley Architects（SBA）建筑事务所设计，建筑面积为
42 735m2。316 不锈钢遮阳网使这座用水泥和玻璃建成的房屋具有了
引人注目的、无缝的复合外曲面。
这幢建筑从一层高的柱网向上构建，保持了街道的流通。建筑的
布局考虑了主导风向和开阔地的走向，上部楼层可自然通风，从而让
公共空间无须空调。明亮的曲面遮阳网保护着线型的内墙，同时又可
以最大程度地获取自然光，形成与众不同的建筑风格，在炎热的夏季
也最大程度地降低了对空调能源的需求。
（4）斯德哥尔摩会议中心
位于港口区域的斯德哥尔摩滨水会议中心是一幢节能的多层建筑。
沿等高线布置的带状附加外墙层由柔和反光的不锈钢制成，与玻璃主
墙成一定倾角，选用了 3 500 个 Z 形的 2 205 双相不锈钢组件（图 8，
半反光糙面精整），长度 3~16 m 不等。这幢大楼 2011 年初建成，荣
获瑞典绿色建筑奖（Swedish green building certification）。
植物型被动外墙层
植物型外墙层是低技术的选择，它被动地随季节进行调节，夏天
为建筑窗户遮挡阳光，冬天植物叶落后，又方便阳光照射进室内。欧
洲和澳大利亚的研究表明，植物型外墙具有显著降低能源需求的潜力。
当建筑外墙被植物完全覆盖后，还可以减少噪音和电磁污染，增加绿
色空间，改善空气质量，抵消碳税。植物型外墙的成功与否取决于是
否选择到合适的藤本植物。支撑结构不应该靠油漆来抗腐蚀，因为重
新刷漆会损害植物屏障。
（1）墨尔本市府 2 号楼
建于 2006 年、位于澳大利亚墨尔本的 10 层市府 2 号楼获得多个
奖项，也是澳大利亚第一幢满足绿色建筑六星级标准（Green Building
Council of Australia’s (GBCA’s) Green Star ‘6’ rating）的商业大楼。
与市府 1 号楼相比，市府 2 号楼节约电力 85%，节约天然气 87%，节
水 72%，CO2 排放量减少了大约 60%。
5
在墨尔本市，一般大楼能源消耗的 50% 来自空调。建筑设计公司
（Architect Design Inc.）利用被动式遮阳板、自然通风和传导式天花
板冷却来降低大楼的能源需求。在市府 2 号楼的北侧（接受阳光照射
最多的一侧），外挑 1m 的阳台为窗户遮挡了高角度的太阳，沿阳台侧
面蔓延的绿色屏障最大限度地屏蔽了低角度太阳的热量，过滤了炫目
的光线，既能让楼内人亲近大自然，同时也提供了隐秘空间。
图6 利雅得器官移植中心 图7 广州第二儿童活动中心
图8 斯德哥尔摩会议中心
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这幢大楼每层都有 316 不锈钢编织网和带有花盆的张力缆系统支
撑着植物屏障，一直延伸到楼顶平台，形成了类似藤架的遮阳篷，其
节能效果和屋顶种植植物相仿。
（2）慕尼黑理工大学宿舍楼
如图 9 所示，位于德国加尔丁的慕尼黑理工大学宿舍楼由总部位
于慕尼黑的 Fink+Jocher 建筑事务所设计，这幢大楼建有环绕通道，
而不是传统的阳台，以鼓励住在楼里的学生交流和互动。与传统的阳
台栏杆比较，316 不锈钢的编织物附加外墙层更加安全，并可支撑绿
色屏障。Kissler+Effgen Architects 建筑事务所在设计建造位于德国
法兰克福的圣乔治哲学与神学研究生院教学楼时，也采用了这种理念。
景观墙
景观墙与植物型外墙层理念相同，也可使室外空间更加舒适，更
注重个人隐私，更引人入胜。拉斯维加斯市中心城市胜地发展规划的
中心建筑物阿里亚酒店使用了 316 不锈钢编织物外墙层，它沿弗兰克 •
大道呈波浪状，形成一堵很有魅力的外墙，很好地为游泳者提供了隐
秘空间（图 10）。瑞士再保险公司在其慕尼黑总部三座公司大厦间
安装了一个“浮动篱笆”（图 11）。一层是开放的，以利于人们通行，
其上长满了紫藤和五叶地锦，蔓延在距离地面 ~17 m 高的地方。
图9 加尔丁慕尼黑理工大学宿舍楼
图10 拉斯维加斯城市胜地发展中心
图11 瑞士再保险公司大厦
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致谢：感谢国际钼协会（the International Molybdenum Association (IMOA) 和国际
镍协会（the Nickel Institute ）以及参与这些项目的公司为本文编写提供的帮助。
注释
1 参见2006年3月出版的 “日光反射，最终报告：萨尔布吕肯和迪拜光立方建筑
的热研究（Heliograph, Final Report: Thermical Research Study of the Expomedia
Light Cube in Saarbrüken and Dubai）”，可从GDK USA获得此报告。
2 可在 2010年10月出版的《蒂森克鲁伯公司季度报告（ThyssenKrupp
Quarter） 》和该公司的新闻发布会材料找到额外相关信息。
3 参见“莫弗希斯和阿鲁普建筑事务所（Morphosis and Arup）工程师在旧金
山创造的充满活力的美国联邦大楼”，作者约安•贡恰尔（Joann Gonchar），
《建筑记录（Architectural Record）》杂志2007年8月刊。 还可参考洛基山
研究所（Rocky Mountain Institute）编写的“高性能建筑──展望与实践：美
国总部事务局和旧金山联邦大楼（High-performance Building: Perspective
and Practice, . General Services Administration, San Francisco Federal
Building）。请登陆
4 参见库珀科学与艺术进步联盟（Cooper Union for the Advancement of
Science and Art）编写的“《41号库珀大楼简介（41 Cooper Square Fact
Sheet）》”和网站上的文章： “一座垂直堆积的广场──
围绕中庭的建筑以利于社会交流” 。
5 更多信息请查阅2007年1/2月号《澳大利亚建筑（Australian Architecture）》
杂志上的两篇文章：“六星级市府2号楼如何运作？”和“六星级市府2号楼是建
筑吗?”
6 关于不锈钢选择和设计的更详细信息，请参见本文作者在 《建设规范（The
Construction Specifier）》杂志上发表的数篇文章。它们包括“用于恶劣海
岸环境建筑的不锈钢（Stainless Steel for Severe Coastal Environments）”
（2011年9月）、“水滨建筑设计（Designing on the Waterfront）”（2007
年11月）和“推动建筑设计使用结构性不锈钢（Pushing the Design Envelope
with Structural Stainless Steel）”（与Kirk Wilson合写，2007年4月）。请登
陆 网站并选择“档案（Archives）”。可在
国际镍协会编写的《腐蚀预防指南（Guidelines for Corrosion Prevention）》
（出版号 11 024）和IMOA编写的 “建筑外墙应该使用什么样的不锈钢
（Which Stainless Steel Should be Specified for Exterior Applications）”
找到更多有关信息。
7 请登陆国际不锈钢论坛（the International Stainless Steel Forum，ISSF）的网
站。
2 不锈钢的选择
“不锈钢”这个术语指的是具有不同的耐腐蚀性、强度和可成形
性的一大类合金。最常见的不锈钢是 304/304L 型和 316/316L 型不
锈钢，在较窄的范围应用的是 2 205 型不锈钢，但建筑也使用了许多
其他钢号的不锈钢。与常见的建筑用金属相比，不锈钢具有更强的耐
腐蚀性，特别是在暴露于污染和氯盐（例如除冰盐或沿海岸的盐分）
的环境中。 有许多篇文章和行业协会的宣传册可帮助人们选择合适的
不锈钢。6
附加外墙层至少部分阻挡了雨水对大楼的冲刷，特别是建筑物
外墙的内面。人在室内常常能看到这些部位。受到遮蔽的建筑表面
可能积累更多的腐蚀性污染物、盐和细微颗粒物，这增加了腐蚀的
可能性，除非对其定期清洗。应该小心地选择紧密编织物和支撑缆
的钢号，为了防止可能发生氯化物缝隙腐蚀，应选择耐腐蚀性能更
强的不锈钢钢号。
一般而言，304/304L 型不锈钢适用于气候温和、城市污染较低的
地区。建议 316/316L 型不锈钢用于以下暴露环境中：1）低到中等程
度的腐蚀性海岸环境和除冰盐环境；2）中等程度的工业区；3）城市
污染较高的地区。除非定期清洗，316/316L 不锈钢并不能对富含氯盐
或污染物累积环境下的应用提供足够的耐腐蚀性，在诸如受到遮蔽或
更严酷环境中仍可能发生腐蚀。
在腐蚀性环境或受到遮蔽的情况中，2205 双相不锈钢一般是最
经济高效的选择。可能暴露于易受氯盐缝隙腐蚀的支撑缆和编织物
可使用 904L 和 317LMN 不锈钢，它们具有同 2205 不锈钢相同的
耐腐蚀性。在看上去比较严峻的环境下，应该采纳不锈钢耐腐蚀专
家的建议。
平均而言，世界上不锈钢大约 60% 的原料来自回收的废钢。另外，
建筑、房屋和建设项目使用的至少 92% 的不锈钢都可在服务年限结束
时回收，炼成新的不锈钢。7 世界上针对各种材料（如沥青、金属、砖
瓦和混凝土）的径流进行了无数的研究，结果表明不锈钢的径流水平
极低（通常低于探测限），对植物或环境没有毒害。
3 结论
成功的可持续生态气候设计需要选择合适的建筑材料，以达到建
筑或项目的寿命，并要充分考虑暴露于污染、腐蚀性盐和进行人工或
雨水清洗的可能性。不锈钢是容易获得的耐腐蚀性能最好的建筑金属
材料，因此不锈钢现在广泛用于从遮阳板到景观墙等用途。如果对不
锈钢合金及其表面进行合理恰当的选择，它们就能在整个房屋寿命期
间都表现出引人注目的优良性能。
作者简介
凯瑟琳 • 胡斯卡（Catherine Houska），TMR 咨询公司高级发展经理，冶金工程顾问，专业是建筑用金属的选材、修复和失效分析。
她是超过 135 份出版物的作者。Email：chouska@。
