高建筑品質的被動房設計策略研究

李旖旎，陳淺然

（1、廣州大學建筑與城市規(guī)劃學院 廣州510006；2、廣東建科建筑工程技術開發(fā)有限公司 廣州510500）

0 引言

隨著人類文明的繼續(xù)演進，地球的生態(tài)環(huán)境所遭到的傷害日益嚴重，全球變暖已成為人類誕生之后所需解決的最重要問題和最大挑戰(zhàn)。在這一嚴峻的大背景下，建筑——作為人類在惡劣自然環(huán)境中進行自我保護、生存的發(fā)明物，也逐漸隨著世界環(huán)境的變化而做出相應改變。建筑開始謀求“綠色”之道。

在1970 年左右，在能源危機和環(huán)境危機的威脅下，建筑業(yè)逐漸開始注重節(jié)能問題，并在當時一并產生了被動太陽能建筑、低能量建筑、可持續(xù)建筑、生態(tài)建筑和地方建筑等類型的節(jié)能建筑，這些建筑都在踐行著可持續(xù)發(fā)展的概念。此期是最早使用“被動”一詞來定義建筑類型的時候?！氨粍印钡挠⒄Z意思是“服從”，并具有適應自然的含義?？梢哉f，正是由于人們對能源的關注，“被動”一詞才被清楚地用于定義建筑物的類型。

然而，在恪守技術標準時，建筑設計卻有時不免落于一味追逐技術指標的誤區(qū)，而忽略了傳統(tǒng)意義上建筑學所需要考慮到的因素，如空間質量、建筑美學等“建筑品質”的問題。

如今，建筑更多地被賦予了“綠色”與“可持續(xù)發(fā)展”的期望，綠色建筑技術也愈加成熟——這對建筑如何更適應當下地球與社會環(huán)境十分重要，但我們也必須明確地認識到，完全考慮技術先進性而不考慮空間及形體等“建筑品質”因素的建筑，是不能真正在人類社會中“可持續(xù)”的。因此，“如何設計出高建筑品質的被動房”，對當代建筑設計發(fā)展而言，仍是一個重要的命題。

1 被動房的認證標準及主要技術措施

1.1 被動房的認證標準

“被動房（Passivhaus）”，是由德國物理學家Dr.Wolfgang Feist 提出的一個建筑技術領域的名詞，指不使用供暖設備、冷卻設備等機械措施，而是通過自身的合理設計有效利用太陽和周圍自然環(huán)境的能量，來達到舒適的冬季及夏季室內環(huán)境的類型建筑。1996 年，被動房研究中心（PHI，Passive House Insti?tute）在德國達姆施塔成立，隨后，關于被動式房的認證評估標準也在德國面世［1］。被動式住宅應滿足以下幾個基本條件：采暖能耗水平不得超過15 kWh/（m2·a），每年的能耗合計值（包括空調、采暖、照明、生活用水、家電等方面）不超過120 kWh/（m2·a）［2］，熱負荷小于10 kWh/（m2·a），氣密性不超過0.6/h。

1.2 被動房的主要技術措施

在現(xiàn)有“被動房”項目中，建筑技術的專業(yè)人員主要著眼于解決“被動房”熱損失方面的問題，主要從以下4個方面的措施進行問題的解決：

⑴對建筑圍護體系的保溫能力進行增強

建筑圍護系統(tǒng)主要有外墻、屋頂和外窗這三部分?！氨粍臃俊痹O計和施工過程中，最需要設計與施工人員加以重視的一個問題，便是“加強圍護體系的保溫能力”［3］。圍護體系的主體是建筑物的外墻和屋頂。目前歐洲的“被動房”建筑中，xps 擠塑聚苯乙烯板材和巖棉是最常被用于外墻和屋頂?shù)慕^緣材料。為了滿足“被動房標準”，所用的2 種材料的厚度都非常大。

⑵對建筑的氣密水平進行提高

“被動房”中，室內外的空氣交換是可調控的機械設備系統(tǒng)來保證實現(xiàn)的。在“被動房”的定義和標準中，建筑物的密封性能非常重要［4］。良好的密封性能除了能保證建筑物熱量損失的減少外，還能控制室內環(huán)境的濕度，并且還能對建筑結構進行一定程度的保護。在“被動房”建筑的設計中，許多窗扇是固定的，人們一般不能將其打開。而那些可開口的窗扇，在處于關閉狀態(tài)時，也需要達到比較高的氣密程度。

⑶使用送新風機械設備并進行熱回收

在“被動房”建筑中，“新風量”是需要通過機械通風這一手段來達到指標［5］。利用建筑的機械排風系統(tǒng)，“被動房”對室外新鮮空氣進行預熱后送入建筑物中，在保證室內熱量的同時，為建筑內部輸送足量的新風——這是實現(xiàn)“被動房間標準”的關鍵技術之一?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，使用了換熱器的歐洲建筑，在冬季時的熱回收效率很高，熱回收水平大致位于75%～90%區(qū)間。因此，傳統(tǒng)建筑在冬季通風、換氣時所遇到的熱損失問題，在“被動房”建筑中得到了很大程度的解決。

⑷低熱負荷的采暖方式

使用太陽能是最常見的低熱負荷采暖方法［6］?！氨粍臃俊睒藴氏碌慕ㄖ铮梢栽诒粍邮教柲芊课菰O計或建筑立面設計的幫助下，從外界獲取熱量，讓足量的陽光直接照射到建筑物的內部，其中一部分也可用于采暖。

2 建筑品質的基本概念及組成要素

2.1 基本概念

按照康德在《判斷力批判》［7］中的闡述，“建筑品質”是指——在建筑設計和施工中，物質基礎（包括材料、工具、力量等）與人為因素（建筑師或工匠）在參與物質活動中投入的能量和情感相結合的結果呈現(xiàn)。這些成果可被體現(xiàn)在方方面面，而相對純粹理性的技術指標，這些成果同樣側重于“美”的體現(xiàn)。本文所論的“建筑品質”，也是以美學為基礎的“建筑品質”，與技術、環(huán)境、藝術、心理相關，而具有高建筑品質的被動房則應在以上四部分都表現(xiàn)出色。

2.2 建筑品質的組成要素

2.2.1 技術

從方案設計到施工階段，建筑都無法與技術指導劃清界限。在建筑設計過程中，無論是設計師還是工程師，都應充分考慮建筑物建成所需要的技術條件。同時，建筑技術也漸漸趨向于在保證“硬指標”的同時，促使建筑本身更具美感。技術已漸漸成為建筑品質中不可缺少的一部分［8］。

2.2.2 環(huán)境

建筑的高品質在于建筑物能與周圍環(huán)境渾然一體，也在于建筑物能反映自身所處地區(qū)的文化背景和意識形態(tài)。不同的民族、不同的歷史時代、不同的地區(qū)，他們的建筑都應有不同的表達、演繹方式。一件優(yōu)秀的建筑作品，能夠把握城市空間系統(tǒng)中自然環(huán)境與人為因素之間的邏輯，在升華歷史文化價值的同時，增強生活環(huán)境的藝術性。

2.2.3 藝術

建筑品質是功能美、形式美和技術美的有機統(tǒng)一，高水平的建筑品質離不開得當?shù)慕ㄖ囆g。

⑴情感和精神是所有美麗和藝術的基本元素。合理地對情感和精神進行表達，讓身處其中的人們感受到心理上的共鳴或呼吁、抗爭......該建筑作品才有資格被稱為是一件高品質的建筑作品。

⑵同時，高建筑品質的“被動房”，亦應體現(xiàn)建筑形式美的基本原則，不應只顧及技術的參數(shù)，而完全不遵循建筑形式美的法則。

2.2.4 心理

海德格爾說：“結構或形式的奢華和夸張造成了‘親密’的缺失”。因此，考慮到建筑中用戶的心理感受是非常必要的，盲目追求建筑功能的合理性是片面的。在這一層面上，建筑師斯卡帕做得非常出色。他非常重視建筑美感和人文心理。對建筑細節(jié)進行美學上的細致處理，并基于他對人性的深刻思考，在具體部位上進行相應的設計。在他的建筑作品中，即使是地板，也必須被細致地進行過人體尺度上的考慮，并必須富含一些獨具匠心的設計概念。他設計的建筑讓人們更愿意接近，并更容易產生親切感。

3 高建筑品質的被動房實例分析：某超低能耗建筑主題館

某超低能耗建筑主題館位于河北高碑店列車新城。在主題館被建造前，所處地塊被一片小楊樹林覆蓋，環(huán)境優(yōu)美，自然資源優(yōu)越。因此，在設計之初，到現(xiàn)場進行勘察后的設計師便設想這一展廳能成為1個與周邊環(huán)境渾然一體的建筑物——隱于環(huán)境，與環(huán)境共呼吸。

3.1 結合地形、地貌及景觀實現(xiàn)被動房的高建筑品質

基于場地原有資源，設計師們在提出初步方案之時便確定了2個設計理念：“與自然成為整體”及“可持續(xù)發(fā)展”。不同于現(xiàn)有的被動房設計，該超低能耗建筑主題館并沒有執(zhí)著于對漂亮的綠色建筑技術指標的追求，而是將綠色建筑技術融于對建筑品質的打造中。如前所述，被動房建筑具有嚴苛的熱量方面的要求，基于此標準，建筑師們將展示館北面的高差進行了削減，使之與建筑自然相接，主體館仿佛從坡地中生長出一般。建筑對南側的小廣場呈“打開”的態(tài)勢，從側面看，整個建筑猶如一個不斷從南側吸收資源與景觀的吸納器，而這一形態(tài)與目的，由整個南面的玻璃幕墻來實現(xiàn)——冬季里，得以最大化地收集熱量（見圖1、圖2）。通過這種方式，外壁的散熱減少，加熱空間的體積也減小，傳統(tǒng)的外圍保護技術戰(zhàn)略被取代；此外，從建筑空間層面而言，建筑師們通過對高差的巧妙利用，打造了中庭的大臺階，使室內外、一二層以及人工與自然之間的界限模糊，使建筑在實現(xiàn)技術方面追求的同時，在建筑空間上亦達到了“與自然成為整體”的設計目標。

圖1 建筑北側壓低到景觀土坡里Fig.1 Reduce the Height of Sloping Land

3.2 結合自然采光實現(xiàn)被動房的高建筑品質

主題館的主展示廳有著一個光線條件極佳的“陽光中庭”。網(wǎng)格天窗在自然光的照射下，在中庭綠植中投下了斑駁而明亮的光斑，營造了極具詩意的中庭空間（見圖3）。

3.3 結合通風設計實現(xiàn)被動房的高建筑品質

在新風系統(tǒng)的幫助下，新風由北走廊和中庭臺階側等低處供給，在使用過程中逐漸升溫，向上移動，最后利用熱壓的基本原理從房間南側最高處返回，形成室內風環(huán)境的組織；南側的整體玻璃幕墻可以通過所有面積，充分吸收太陽熱量，在冬季，通過“太陽能”這一可持續(xù)能源為建筑室內進行加熱；在夏季，使用聯(lián)合百葉窗進行熱量防控。中庭頂部的天窗，則在日間對太陽光進行吸收，在晚間為建筑實現(xiàn)通風——成為該低能耗主題館的晝夜調蓄器（見圖4）。

圖3 陽光中庭Fig.3 Sunny Atrium

圖4 通風策略Fig.4 The Natural-ventilation Design Strategies

3.4 案例小結

通過建筑師的精心設計，該超低能耗建筑主題館不僅保證了高建筑品質，還達到了德國被動房的標準，成為亞洲第一個獲得被動房屋認證的項目。對于整個建筑團隊來說，本項目最大的意義在于，雖然被動住房的標準嚴格，但建筑師也沒有拘泥于對綠色建筑技術指標的盲目追求，而是在“與自然成為整體”及“可持續(xù)發(fā)展”的設計理念指導下，將被動房的建筑品質積極地與綠色建筑技術相適應。

4 高建筑品質被動房的具體設計策略

基于上文中對“被動房”標準、“高建筑品質”的建筑所具備的特征，以及1 個高建筑品質被動建筑的案例分析，可以得到以下的高建筑品質被動房設計策略：

4.1 策略一：從“所處場地”層面實現(xiàn)被動房的高建筑品質

4.1.1 從地形、地貌層面進行設計

在實際的被動房設計中，往往建筑師和工程師會面臨著對較為復雜的地形和地貌問題的處理。然而，對于一些被動房設計項目而言，復雜起伏的地形不僅不會給建筑師帶來麻煩，而且可以在建筑師的精心設計后，呈現(xiàn)出優(yōu)美的建筑造型和場地景觀，以實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。當遇到此類情況時：

⑴應盡量減少對建筑物所在的原始地形進行破壞，以降低平整場地帶來的投資和建筑量，也可利用場地的生態(tài)景觀為建筑的外部創(chuàng)造優(yōu)美而和諧的場地環(huán)境；

⑵在特殊情況下，當場地地形及地貌需要被大幅度改造時，建筑師和工程師應在工程結束后采取適當措施，對場地環(huán)境進行恢復，從更大層面上來說，這樣的措施可以避免過度的土地開發(fā)造成對整個城市環(huán)境的破壞。

4.1.2 從景觀層面進行設計

對于被動房設計而言，其周遭的綠色建筑場地植物系統(tǒng)配置應遵循以下原則：

⑴植物系統(tǒng)對所處地域的適應原則；

⑵植物群落層次的合理布置原則；

⑶生態(tài)恢復和生態(tài)重建相結合的原則。

4.2 策略二：從“建筑本體”層面實現(xiàn)被動房的高建筑品質

4.2.1 從建筑空間層面進行設計

⑴通風設計

國內外許多建筑都在通風設計方面探索提高建筑品質方面的創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在結合建筑所在區(qū)域的地理環(huán)境和氣候特征，在建筑空間上下功夫，設計出各種通風形式。本文所要論述的通風設計打造高建筑品質的被動房的做法有表1所示的幾種。

⑵自然采光

從表面上看，光的引入只是一件很簡單的事情，但實際上，要達到好的效果，需要精心通過對各種功能和美學因素的結合來規(guī)劃，使“被動房”既能滿足節(jié)能環(huán)保的要求，又能滿足人們的審美需求。被動房的自然采光技術主要有3種：天窗照明、通過空間設計改善采光和使用透光材料改善采光情況。

①天窗采光

在合理控制的前提下，被天窗引入的光線可讓人充分感知建筑物的內部空間。把握天窗的形式特征，充分展示，能創(chuàng)造出建筑造型的設計需求和藝術表現(xiàn)。

為什么陳油坊葡萄產業(yè)能夠發(fā)展如此之好呢？沛縣葡萄產業(yè)協(xié)會會長聶建軍解釋說，只有好的產品才能在競爭如此激烈的市場上站住腳，農產品如此，肥料也是如此。想要種出高質量葡萄，需要科學管理模式、綠色生態(tài)種植理念和合理控制產量。此外，肥料使用尤為重要。

②空間設計

合理的光線引入可以增強建筑風格的立體感，增強藝術性。通過對光線強度的細微變化設計，即使是要求嚴苛的“被動房”，也能擁有不同層次與質感的空間。而從空間設計對高建筑品質的被動房自然采光進行設計，需要從以下3個方面著手：中庭、灰空間（如架空層、陽臺等）、地下空間。

③使用透光材料

現(xiàn)代主義建筑中，建筑外立面中的玻璃等透光材料，被認為是建筑融于自然環(huán)境的重要媒介，亦是營造良好建筑空間的重要因素。而為了平衡節(jié)能與空間設計，保溫性能良好的三層Low-e 玻璃窗則是高建筑品質被動房必不可少的一部分。

4.2.2 從材料運用層面進行設計

材料是建筑活動的物質基礎，一方面材料構成了堅固、實用的物質載體，另一方面材料呈現(xiàn)出的形態(tài)、質感、顏色又直接外化成為工藝表現(xiàn)的一部分。材料的選擇和應用能直接地影響被動房的建筑品質。

從宏觀來看，建筑活動中最常見的材料主要分為自然材料和人工材料2種。自然材料是手工藝時期的主要建材，泛指直接取材于自然的建筑材料，如土、木、磚、石等。人工材料指經(jīng)過工業(yè)生產或加工的建筑材料，如混凝土、鋼鐵、玻璃等。

當進行高品質的被動房設計時，建筑師運用建筑材料應留意以下方面：

⑴對于自然材料：注意材料藝術的“真實性”、使用與當?shù)靥厣鹾系牟牧希?/p>

⑵對于人工材料：注重人的感受、適當表現(xiàn)技術的精美。

5 結語

被動房在建筑技術層面的要求十分嚴苛。但當代建筑師應意識到，對被動房進行打造時，如若希望打造出真正能被使用者所喜愛、真正“可持續(xù)”地被使用的建筑，不應緊抓技術指標不放，而應從建筑品質的不同組成因素——技術、環(huán)境、藝術和心理等出發(fā)，考慮建筑使用者對建筑在精神層面的“美”的感知，結合各類被動房標準，設計出既“綠色、被動”又“高品質”的建筑。經(jīng)過分析、研究，筆者認為，建筑師們在進行高建筑品質的被動房設計時，可以使用2大設計策略：①從“所處場地”出發(fā)，實現(xiàn)被動房的高建筑品質——即充分對場地現(xiàn)有的地形地貌及景觀資源進行設計；②從“建筑本體”設計層面出發(fā)，實現(xiàn)被動房的高建筑品質——即從建筑內部空間及建筑材料層面進行設計。如此，可使所設計出的建筑既滿足“被動房”的標準，又能呈現(xiàn)出較高的建筑品質，使“被動房”得以與人類對“建筑美”層面的心理感受相結合，真正地實現(xiàn)“可持續(xù)”。