基于地域性的被動式建筑設(shè)計策略研究

摘要：以不同地域背景下的建筑為例，通過對被動式建筑設(shè)計地域性的分析與總結(jié)，從影響被動式建筑設(shè)計的環(huán)境因素、文化因素及技術(shù)因素這三方面進行探討，提出因地制宜的被動式建筑設(shè)計策略，以期為我國被動式建筑的設(shè)計提供幫助。

關(guān)鍵詞：被動式建筑設(shè)計 地域性 因地制宜

中圖分類號：TU2

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）09-0068-02

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，全球產(chǎn)生了能源危機。中國作為一個經(jīng)濟不斷增長的國家對能源的需求也與日俱增。由于我國建筑能耗占社會總能耗的比值約1/3，因此建筑節(jié)能成為我國節(jié)能的一個重要方面。建筑節(jié)能設(shè)計包含主動式設(shè)計與被動式設(shè)計。主動式設(shè)計往往造價不菲且維修成本高；被動式設(shè)計一般造價成本低且不消耗其他能源。相較于主動式設(shè)計，被動式設(shè)計更適合在我國這種發(fā)展中國家進行推廣利用。另外由于我國地域遼闊，各地自然、經(jīng)濟、文化條件復(fù)雜多樣且差異明顯，因此被動式建筑需要因地制宜的設(shè)計策略。

1被動式建筑設(shè)計及中德合作項目簡介

1.1被動式建筑設(shè)計概念

“被動式建筑設(shè)計是指在規(guī)劃建筑方案設(shè)計過程中，根據(jù)建設(shè)基地區(qū)域氣候特征，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)基本原理，綜合建筑功能要求和形態(tài)設(shè)計等需要，合理組織和處理各建筑元素，使建筑物不需依賴空調(diào)設(shè)備而本身具有較強的氣候適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，創(chuàng)造出有助于促進人們身心健康的良好建筑內(nèi)外環(huán)境”。

1.2中德被動式建筑合作項目簡介

“我國自2009年起，在住建部建筑節(jié)能與科技司的指導(dǎo)下，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化促進中心與德國能源署在中國推廣建設(shè)被動式低能耗建筑；2011年6月，中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和德國交通、建設(shè)和城市發(fā)展部簽署了《關(guān)于建筑節(jié)能與低碳生態(tài)城市建設(shè)技術(shù)合作諒解備忘錄》，進一步明確發(fā)展被動式低能耗建筑以最大限度降低建筑能耗的合作重點”。2014年全國住房城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議提出加大推廣被動式超低能耗建筑，提高建筑節(jié)能水平，同年7月中德生態(tài)園被動式建筑合作項目在北京簽約。截至2015年，國內(nèi)已有40棟被動式建筑列入了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項目計劃中，被動式建筑已越來越受到國內(nèi)建筑業(yè)的重視。

“在中德雙方技術(shù)人員的合作中，從方案設(shè)計、材料產(chǎn)品選擇、施工工法、驗收檢測等方位探索了適應(yīng)中國當(dāng)?shù)貤l件下建造被動式建筑的解決方案”。結(jié)合地域性特征，我國被動式建筑發(fā)展的優(yōu)勢在于“中國建筑師擁有深厚的地區(qū)建筑積淀，地區(qū)建筑在長期的實踐中積累了適應(yīng)自然氣候、地區(qū)風(fēng)俗及經(jīng)濟技術(shù)的材料運用和建造方式”，值得被動式建筑設(shè)計的吸取與借鑒。

2地域性對被動式建筑設(shè)計的影響因素

2.1環(huán)境因素

環(huán)境因素又分氣候、場地風(fēng)環(huán)境及場地地形環(huán)境三方面。一是氣候，我國地域遼闊，是南北、東西氣候特點差異很大的國家，不同的氣候特征直接影響著被動式建筑設(shè)計的側(cè)重方向。二是場地風(fēng)環(huán)境，良好的場地風(fēng)環(huán)境可以為住戶提供舒適的室外活動條件，有助于提升地塊的活力與凝聚力，能為單體被動式建筑設(shè)計減輕負(fù)擔(dān)。三是場地地形環(huán)境，常見類型包括平地及坡地，不同類型的地形環(huán)境需要適宜的被動式規(guī)劃設(shè)計，這樣不僅能減少用于平整場地的施工成本同時還能創(chuàng)造獨特的建筑形態(tài)。

2.2文化因素

文化因素包括歷史、風(fēng)俗習(xí)慣及凝聚地方特色的事物這三方面。歷史指地區(qū)內(nèi)發(fā)生過的歷史事件、存在過的歷史事物及遺留的歷史事物例如傳統(tǒng)建筑等；風(fēng)俗習(xí)慣，指當(dāng)?shù)厝说膬r值取向、審美取向以及道德標(biāo)準(zhǔn)等；凝聚地方特色的事物主要指能代表地區(qū)精神或者該地區(qū)特產(chǎn)的事物等。這三項因素影響著被動式建筑設(shè)計中建筑朝向、平面選形及外窗遮陽等方面。因此在建筑方案初始階段，建筑師除考慮建筑整體性能外又要迎合地區(qū)文化，使被動式建筑設(shè)計既包含理性又包含感性。

2.3技術(shù)因素

技術(shù)因素主要包括結(jié)構(gòu)、材料及細(xì)部設(shè)計這三方面。結(jié)構(gòu)是建筑落成的首要條件，直接影響著被動式建筑設(shè)計中建筑形態(tài)設(shè)計及屋頂形式設(shè)計；材料如：墻體材料、玻璃材料、窗框材料等，直接影響著被動式建筑設(shè)計中圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計、采光設(shè)計及自身遮陽設(shè)計；細(xì)部設(shè)計如：屋面出挑、屋頂坡度、屋面材料等細(xì)部，直接影響著被動式建筑設(shè)計中建筑遮陽及排水設(shè)計。從這三方面可知，技術(shù)為被動式建筑創(chuàng)造了良好的外部殼體，成為決定被動式建筑設(shè)計成敗的前提條件。

3不同地域因素下被動式建筑設(shè)計策略

3.1不同環(huán)境下被動式建筑設(shè)計策略

3.1.1不同氣候下被動式建筑設(shè)計策略

我國氣候分區(qū)按照國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定劃分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)這五個氣候分區(qū)，其中嚴(yán)寒地區(qū)與寒冷地區(qū)的被動式建筑設(shè)計存在許多共通之處，因此將其放在一起進行探討。

（1）嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)：保證圍護結(jié)構(gòu)能滿足冬季保溫與夏季隔熱的需求；降低建筑體形系數(shù)；采取合理的窗墻比；盡可能地利用太陽能，有效地降低采暖與照明能耗；部分寒冷地區(qū)考慮外窗遮陽。

（2）夏熱冬冷地區(qū)：圍護結(jié)構(gòu)保證夏季隔熱并兼顧冬季防寒；不追求過于較小的體形系數(shù)，而是和采光、日照等要求有機結(jié)合；適當(dāng)加大外墻的開窗面積同時強調(diào)外窗遮陽；有效組織室內(nèi)自然通風(fēng)。

（3）夏熱冬暖地區(qū)：重點防止夏季太陽輻射，圍護結(jié)構(gòu)滿足隔熱保溫要求，同時在其外表面采取淺色粉刷或者光滑飾面裝飾；屋頂隔熱應(yīng)考慮通風(fēng)屋頂、蓄水屋頂、植被屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)形式；設(shè)計有效的遮陽方式；設(shè)計連續(xù)通風(fēng)改善室內(nèi)熱環(huán)境。

（4）溫和地區(qū)：圍護結(jié)構(gòu)選取中等蓄熱性能材料；屋頂采用淺色設(shè)計；南向窗設(shè)置外遮陽，東西窗設(shè)置活動遮陽。

3.1.2不同場地風(fēng)環(huán)境下被動式建筑設(shè)計策略

場地風(fēng)環(huán)境設(shè)計重點從兩個方面進行考慮。一方面，“冬季防風(fēng)設(shè)計：利用建筑阻隔冷風(fēng)，即通過適當(dāng)布置建筑物來降低風(fēng)速；設(shè)置風(fēng)障；避開不利風(fēng)向，主要開口部位和街道避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向”。另一方面，“夏季或過渡季通風(fēng)設(shè)計：建筑主立面宜以一定的夾角迎向過渡季和夏季的主導(dǎo)風(fēng)，建筑面寬不宜過大；建筑間距應(yīng)適當(dāng)避開前面建筑的漩渦區(qū)；為了促進通風(fēng)，建筑布局應(yīng)盡量采用行列式和自由式”。

3.1.3不同場地地形環(huán)境下被動式建筑設(shè)計策略

（1）平地，合理設(shè)計建筑布局及朝向；合理組織自然通風(fēng)；合理設(shè)計場地景觀，形成調(diào)節(jié)性的微氣候。

（2）坡地，除上述（1）內(nèi)容外：合理利用地形高差，如圖1大連大有恬園中建筑布局平行于地形等高線，將每兩棟住宅間因緩坡形成的平臺下方空間作為車庫使用，有效節(jié)約了土地面積；“對于坡度較大的地形要盡量保護地表原有的地形和植被，盡量采用少接地的被動式建筑設(shè)計；合理設(shè)計建筑形體達到與地段整體環(huán)境的和諧”。

3.2不同文化下被動式建筑設(shè)計策略

不同文化下被動式建筑設(shè)計策略需要從文化內(nèi)容中的多個角度出發(fā)。首先，從歷史的角度出發(fā)，從歷史中存在或者遺留下的事物中吸取被動式建筑設(shè)計經(jīng)驗，如傳統(tǒng)民居中建筑布局、建筑形式及材料運用等方面值得現(xiàn)代被動式建筑的學(xué)習(xí)與借鑒。其次，從風(fēng)俗習(xí)慣的角度出發(fā)，在保證建筑整體性能的情況下，被動式建筑設(shè)計盡量迎合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗習(xí)慣，如：建筑布局及朝向盡量迎合當(dāng)?shù)厝说膫惱淼赖?；建筑形體盡量迎合當(dāng)?shù)厝说膶徝?；材料選取盡量迎合當(dāng)?shù)厝说纳鐣L(fēng)俗。再次，從凝聚地方特色事物的角度出發(fā)，被動式建筑設(shè)計向凝聚地方特色的事物靠攏，如圖2大連貝殼博物館建筑形體從大連海邊盛產(chǎn)的貝殼中獲取靈感，設(shè)計了貝殼外形的屋頂，該屋頂形式不僅為建筑提供了較好的遮陽效果，同時也迎合了大連海濱城市的特色。

3.3不同技術(shù)下被動式建筑設(shè)計策略

由于我國各地區(qū)的發(fā)展情況不同，因此各地區(qū)建筑建造的可利用條件也不同，以下從結(jié)構(gòu)、材料及細(xì)部構(gòu)造這三方面研究不同地區(qū)被動式建筑設(shè)計策略。一從結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合地區(qū)建筑的設(shè)計水平、建筑構(gòu)件及建筑材料的生產(chǎn)情況，采用高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計及經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)形式，如：我國建筑工業(yè)化的發(fā)展存在地域限制的問題，其中混凝土預(yù)制件工廠多數(shù)存在經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)，形成區(qū)域發(fā)展；在此背景下，建筑工業(yè)化較發(fā)達的地區(qū)可以利用這一優(yōu)勢，在BlM技術(shù)的設(shè)計下，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的高效、經(jīng)濟的建造。二從材料出發(fā)，各地區(qū)建筑盡量采用本地生產(chǎn)的建材，避免從外地區(qū)運輸材料，從而產(chǎn)生能源浪費。三從細(xì)部設(shè)計出發(fā)，結(jié)合各地區(qū)的環(huán)境及文化特征采用適宜的被動式建筑設(shè)計，如：我國西北一帶的傳統(tǒng)民居，由于當(dāng)?shù)貧夂蚋稍锝涤晟?，屋頂防水、排水設(shè)計考慮的較少，屋頂坡度較緩，屋面一般用秸稈或高粱稈抹灰；而長江以南地區(qū)，雨水較多，一般屋頂坡度較大，屋面用青瓦。

4結(jié)語與展望

生活水平不斷提高的同時，建筑能耗總量也在不斷增加，只不過速度減慢而已。被動式建筑成為解決這一問題的重要渠道，既能較小地使用能源，又能達到滿足人們舒適的室內(nèi)環(huán)境條件。在我國，隨著被動式建筑的發(fā)展，因地制宜的被動式設(shè)計成為推廣建設(shè)被動式建筑的重點難點。因此分析影響被動式設(shè)計的地域性，研究不同地域因素影響下的被動式設(shè)計策略對我國被動式建筑的發(fā)展具有重要的意義。此外隨著科技的進步，先進的被動式建筑技術(shù)也相應(yīng)產(chǎn)生如：光導(dǎo)照明技術(shù)及高效圍護結(jié)構(gòu)保溫技術(shù)。先進技術(shù)的產(chǎn)生同時也促進了相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展如：光導(dǎo)管、模擬分析軟件及建筑氣象數(shù)據(jù)庫。在此背景下，一方面建筑師應(yīng)緊跟時代的潮流，學(xué)習(xí)了解及利用這些產(chǎn)品和技術(shù)；另一方面國家應(yīng)完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如：建筑氣象參數(shù)、自然通風(fēng)、計算機軟件模擬分析等方面，使這些技術(shù)更加規(guī)范化，有標(biāo)準(zhǔn)可依。