蘇　鵬，湯仁赫，韋寶畏

基于被動式設(shè)計策略的寒地住宅設(shè)計探索*
——以長春市某小區(qū)住宅設(shè)計為例

蘇鵬，湯仁赫，韋寶畏

（吉林建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130118）

被動式建筑設(shè)計是現(xiàn)代建筑設(shè)計研究領(lǐng)域的重要課題。在分析長春地區(qū)氣候特征的基礎(chǔ)上，通過住宅朝向的選擇、體形系數(shù)的控制、群體布局的形式和戶型設(shè)計等方面探討了被動式設(shè)計策略在寒地住宅規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中的應(yīng)用，以期能為寒地其它地區(qū)居住建筑的設(shè)計提供有益借鑒。

被動式；寒地；住宅設(shè)計

隨著科技的發(fā)展與社會的進步，人們對于居住環(huán)境品質(zhì)的要求不斷提高，住宅設(shè)計的理念也由最初的“安全、適用、經(jīng)濟、美觀”逐漸向“綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能”轉(zhuǎn)變。這極大地促進了被動式建筑在我國的發(fā)展與應(yīng)用。被動式建筑設(shè)計是指建筑方案設(shè)計過程中，根據(jù)建筑所在地的區(qū)域氣候特征，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)的基本原理，綜合建筑功能、形態(tài)等需要，合理組織和處理各建筑元素，使建筑物具有較強的氣候適應(yīng)和氣候調(diào)節(jié)能力［1］。這種建筑可以用非常小的能耗將室內(nèi)調(diào)節(jié)到合適的溫度，不僅符合現(xiàn)代住宅設(shè)計的理念，而且有利于節(jié)能環(huán)保，是現(xiàn)代建筑設(shè)計研究領(lǐng)域中的重要課題之一。

圖1　地段位置示意圖

筆者擬以長春市朝陽區(qū)前進大街以西，湖光路以南，前進西街以東地段（如圖1所示）的住宅規(guī)劃設(shè)計為例，探討被動式設(shè)計策略的應(yīng)用，以期能為東北寒地居住建筑的被動式設(shè)計提供有益借鑒。

1　長春地區(qū)的氣候特征

長春地處中國東北平原腹地，地勢平坦開闊，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，在建筑氣候分區(qū)上屬于嚴(yán)寒地區(qū)的范圍。氣溫自東向西遞增，降水自東向西遞減。春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長，具有四季分明，雨熱同季，干濕適中的氣候特征。長春市年平均氣溫4.8℃，最高溫度39.5℃，最低溫度-39.8℃，日照時間2，688小時。夏季，東南風(fēng)盛行，也有渤海補充的濕氣過境。年均降水量522～615亳米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最熱月（7月）平均氣溫23℃。秋季，可形成持續(xù)數(shù)日的晴朗而溫暖的天氣，溫差較大，風(fēng)速也較春季?。?］。氣溫和風(fēng)環(huán)境對寒地住宅設(shè)計影響較大，直接影響到建筑朝向的選擇。因此，從住宅建筑節(jié)能基本要求出發(fā)，運用被動式建筑設(shè)計策略，營造良好舒適的室內(nèi)環(huán)境就成為當(dāng)?shù)刈≌O(shè)計所必須考慮的重要問題。

2　被動式設(shè)計策略在住宅設(shè)計中的應(yīng)用

通過對長春地區(qū)氣候因素的分析，形成了住宅建筑被動式設(shè)計的基本思路。即，通過選擇利于節(jié)能的建筑朝向，再結(jié)合日照間距要求對住宅布局進行設(shè)計。針對熱輻射量、建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能、建筑圍護結(jié)構(gòu)面積、室內(nèi)外換氣量等影響住宅能耗的基本因素，對住宅體型系數(shù)進行控制和優(yōu)化。同時，通過住宅室內(nèi)設(shè)置陽光房增加緩沖空間以及將陽光房、豎廳、開敞廚房設(shè)置成南北一線式組織穿堂風(fēng)的方式，對室內(nèi)外換氣量進行控制。

2.1朝向的選擇

住宅建筑朝向的選擇首先應(yīng)考慮冬季能爭取更多的太陽輻射熱和夏季防止過多的太陽輻射熱，同時考慮避開冬季寒風(fēng)和便于夏季通風(fēng)散熱的要求。前文提到長春地處嚴(yán)寒地區(qū)，因此，建筑朝向的選擇必須考慮住宅能夠充分獲得冬季日照同時避開冬季寒風(fēng)的滲透這個關(guān)鍵問題。通過計算，筆者得出長春地區(qū)夏季得熱最多的朝向為西偏北10.14°或東偏北10.14°。因此，為減少夏季長時間的日曬，宜使住宅山墻朝向西偏北10.14°或東偏北10.14°。同時，應(yīng)考慮盡量避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向——西北風(fēng)，以減少建筑空氣滲透熱量，而選擇朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向——東南風(fēng)以利于建筑散熱通風(fēng)?；趯ψ≌脽岷屯L(fēng)的綜合權(quán)衡，筆者認為長春地區(qū)居住建筑朝向宜選擇南至西偏南10.14°或南至東偏南10.14°之間。再者，考慮到嚴(yán)寒地區(qū)避開冬季寒風(fēng)——西北風(fēng)為基本設(shè)計要求，故該地區(qū)住宅建筑最佳朝向應(yīng)確定為東偏南10.14°比較合理（如圖2所示）。這個朝向雖說解決了避開冬季寒風(fēng)的要求，但對夏季良好通風(fēng)散熱效果的取得稍顯不足，為此需通過其它方式加以解決?？梢?，在設(shè)計實踐中建筑朝向的選擇需要運用整體系統(tǒng)思維，與其它因素一起考慮以權(quán)衡利弊，片面的追求最佳建筑朝向，并不能取得良好的效果。

圖2　住宅朝向選擇示意圖

2.2體型系數(shù)的控制

由于地段條件的制約，規(guī)定該小區(qū)住宅為6層。根據(jù)《嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑的體形系數(shù)限值表》（見表1）可知，該小區(qū)住宅體型系數(shù)不宜大于0.30。考慮到本小區(qū)住宅為6層，可不設(shè)電梯，故建筑高度以17m為宜，長度則以長春地區(qū)建筑伸縮縫間距規(guī)定設(shè)置為60m為宜，由此可大致推算出住宅寬度宜大于9.6m。

表1　嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑的體形系數(shù)限值表［3］建筑層數(shù)

該小區(qū)最終設(shè)計的住宅高度約為17m，長度約為44m，寬度約為12m。將其代入上面建筑體形系數(shù)公式，可計算得出該小區(qū)單體住宅體型系數(shù)約為0.27，符合規(guī)定值，說明該住宅體型較為平整，十分有利于冬季保溫。

2.3群體布局的形式

影響建筑群體空間布局的氣候因素主要有風(fēng)向、日照、氣溫、降雨或降雪。通常來講，住宅群體平面組合形式主要有點群式、行列式、周邊式、院落式、混合式、自由式等六種基本方式［3］?？紤]到長春地域氣候的特殊性，為保證居室日照時間滿及良好通風(fēng)，故一般選擇行列式或自由式布置。行列式布局形式極易在建筑背風(fēng)面形成風(fēng)陰影，通風(fēng)不暢，雖對冬季防風(fēng)作用顯著，但難以滿足建筑夏季通風(fēng)要求。自由式布局形式可使建筑與室外風(fēng)向形成不同夾角，避免住宅區(qū)內(nèi)室外風(fēng)環(huán)境的不均勻性從而降低熱損失。但須引起注意的是，布局開敞的自由式空間不利于冬季防風(fēng)。所以，在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向處布局盡量開敞，而在冬季主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向處將建筑群體布局盡可能封閉［4］。

本設(shè)計住宅層高2.8m，所以建筑高度約為17m。根據(jù) 《長春市生活居住建筑日照管理暫行辦法》第十六條規(guī)定，筆者計算得出日照間距應(yīng)在33m以上。在此基礎(chǔ)上，本設(shè)計將住宅在場地東南向布置成自由式布局，在西北向布置成行列式布局，如圖3所示。這樣既利于夏季通風(fēng)又利于冬季保溫，一舉兩得。

圖3　總平面示意

2.4住宅戶型設(shè)計

嚴(yán)寒地區(qū)的建筑節(jié)能核心是在降低冬季采暖能耗基礎(chǔ)上兼顧夏季降溫要求。其中，熱環(huán)境需求量和采光量是影響房間布局的主要因素。臥室是主要居住空間，而起居室是除臥室之外的第二活動空間。它們對熱需求和采光需求較高。而廚房、衛(wèi)生間對室內(nèi)釆光要求相對較低。綜合分析可知，居住空間的主次排序為：主臥室、起居室、次臥室、衛(wèi)生間、廚房。因此，在戶型設(shè)計中宜將臥室和起居室集中布置，廚房和衛(wèi)生間集中布置。根據(jù)以上原則，筆者對戶型進行了如下設(shè)計，將起居室和主臥室朝南設(shè)置，并將廚房、餐廳、起居室三室相串，且增加室內(nèi)花園作為緩沖空間，最后將衛(wèi)生間布置在次要方位的角落處。此外，A戶型中北向的衛(wèi)生間設(shè)計成三分離式布局，將使住戶的生活舒適性得到一定提高。如圖4所示。

圖4　戶型設(shè)計

在通風(fēng)設(shè)計方面，如果在南北方向上沿同一軸線對開風(fēng)口時，風(fēng)會沿著直線運動，此時氣流活動比較明顯，風(fēng)速較大，而且在偏離軸線的地方氣流量非常小。當(dāng)進風(fēng)口和出風(fēng)口之間的距離加大時，風(fēng)壓差會因此而加大，在室內(nèi)空間容易形成絮流，房間內(nèi)的空氣沿著四周的墻體而環(huán)流，避免了通風(fēng)死角的形成［4］。因此，可將室內(nèi)花園（陽光間）、客廳、餐廳、廚房進行一線式布局，組織通風(fēng)形成穿堂風(fēng)并帶動兩側(cè)房間的通風(fēng)，此外，門窗洞口的高度也是影響住宅室內(nèi)空間氣流的一個重要因素。通過將客廳窗洞口高度控制在人正常坐臥的高度附近，即離地高度不大于臥室窗臺高度。這樣，氣流的活動范圍在住戶活動范圍內(nèi)，起到通風(fēng)效果。

考慮到長春冬季嚴(yán)寒的氣候特性，筆者在戶型設(shè)計中引入緩沖空間的概念。這里的緩沖空間是為防溫差過大而設(shè)置的特殊空間。一般而言，該空間中人的活動量較小，在住宅戶型設(shè)計中，可通過將廚房和凹陽臺稍作處理就能符合上述要求。將凹陽臺改成室內(nèi)花園，這樣既提升了居者的生活品質(zhì)又有利于冬季保溫和夏季通風(fēng)散熱；把廚房的門做成大面積的推拉式玻璃門，由于廚房作業(yè)的短暫性和非持續(xù)性，故可選擇合適的時間通過推拉門的啟閉來控制室內(nèi)的保暖和通風(fēng)散熱，并可將室內(nèi)花園和廚房設(shè)置為一級緩沖空間，餐廳和客廳設(shè)置為二級緩沖空間（如圖5所示），這樣可使臥室與書房獲得較好的保溫效果。

圖5　緩沖空間的設(shè)置

3　結(jié)語

綜上，通過對長春地區(qū)氣候特征的分析，結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑節(jié)能要求，以長春市某小區(qū)住宅規(guī)劃設(shè)計為研究對象，通過住宅朝向的選擇、體形系數(shù)的控制、群體布局的形式和戶型設(shè)計等方面探討了被動式設(shè)計策略在寒地住宅規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中的應(yīng)用，以期能為寒地其它地區(qū)居住建筑的設(shè)計提供有益借鑒。

［1］ 夏偉.被動式設(shè)計策略的適用性研究［J］.建筑學(xué)報，2009，（S1）：9-11.

［2］ 孫楠楠.長春市既有居住建筑節(jié)能構(gòu)造體系研究——以長春市既有住宅建筑為例［D］.長春：吉林建筑大學(xué)，2015.

［3］ 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（JGJ26-2010）［Z］.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］ 胡紋.居住區(qū)規(guī)劃原理與設(shè)計方法［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［5］ 趙夏.住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2013.

F287.8

吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目（項目編號：201410191005）。