文/蘇州科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 宋 優(yōu) 楊穎汐 劉長春

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平提高，建筑能耗不斷增加，被動式建筑設(shè)計正是針對建筑節(jié)能目標(biāo)提出的[1]。在滿足室內(nèi)舒適度的要求下，被動式建筑設(shè)計與自然結(jié)合，使建筑具有良好的保溫、隔熱性能，同時可提升建筑節(jié)能效果、降低能耗。發(fā)展被動式建筑刻不容緩，但目前被動式設(shè)計在很多項目的中后期介入，無法與前期設(shè)計方案相匹配。本文結(jié)合國際太陽能建筑設(shè)計競賽方案，選取西藏那曲地區(qū)民居建筑為研究對象，在設(shè)計初期對當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居進(jìn)行分析，得出現(xiàn)存問題與可借鑒之處，并結(jié)合當(dāng)?shù)鬲毺氐臍夂驐l件，研究適用于西藏那曲地區(qū)的被動式設(shè)計策略，提升該地區(qū)居民的居住質(zhì)量，減少建筑能耗，為提高當(dāng)?shù)亟ㄖh(huán)境質(zhì)量與節(jié)能水平作出貢獻(xiàn)。

1 項目概況與現(xiàn)狀分析

1.1 項目概況

項目位于西藏自治區(qū)那曲市班戈縣青龍鄉(xiāng)東嘎村，北緯90.801°，東經(jīng)31.091°（見圖1）。距納木措景區(qū)約30km，省道S206班洛線于基地東側(cè)南北向穿過，交通便利。主辦方要求設(shè)計集居住、旅游接待等功能于一體的低碳社區(qū)，目前已建納木措國家露營區(qū)游客中心、畜牧品交易中心和合作社產(chǎn)業(yè)基地，希望通過旅游業(yè)的發(fā)展激活當(dāng)?shù)啬撩竦纳a(chǎn)及生活。本文以居住區(qū)內(nèi)的民居設(shè)計為主進(jìn)行被動式建筑設(shè)計研究。

1 地理區(qū)位

1.2 現(xiàn)狀分析

1.2.1 氣候

西藏那曲地區(qū)屬于高海拔嚴(yán)寒氣候區(qū)，氣候條件十分惡劣，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，由于地理位置等原因而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后[2-3]。西藏高原常規(guī)能源匱乏且交通不便，但卻有十分豐富的太陽能資源，基于此，在那曲地區(qū)開展被動式建筑設(shè)計十分必要[4]?；厮诘陌喔昕h年平均氣溫為0℃左右，氣溫較低，故需做好保暖御寒的工作。利用Weather Tool軟件監(jiān)測出那曲地區(qū)在夏季的被動式策略貢獻(xiàn)率較高，主要原因是高原地區(qū)空氣稀薄且太陽輻射量大，為被動式太陽能利用提供良好條件，使其民居建筑擁有舒適的室內(nèi)環(huán)境。當(dāng)?shù)亟涤炅肯∩偾艺舭l(fā)量較大，較為干燥的氣候使水資源極其匱乏。因海拔較高，當(dāng)?shù)仫L(fēng)環(huán)境惡劣，多為西風(fēng)、西北風(fēng)，故針對建筑布局營造良好的風(fēng)環(huán)境也有一定的必要性。

1.2.2 地域文化

西藏地區(qū)山脈眾多且風(fēng)環(huán)境惡劣，建筑多順應(yīng)山勢布局，藏族人民豪放的性格使得藏族建筑逐漸形成厚重的風(fēng)格[5]。宗教文化在藏族文化中占主導(dǎo)地位，故很多傳統(tǒng)建筑其有宗教文化的內(nèi)涵。因西藏各個地區(qū)的氣候特點不同，導(dǎo)致其生產(chǎn)方式也有區(qū)別。隨著納木措景區(qū)旅游業(yè)發(fā)展，以牧業(yè)為主的那曲地區(qū)產(chǎn)業(yè)開始向以牧業(yè)與旅游業(yè)為主的方向轉(zhuǎn)變。項目結(jié)合地域文化對當(dāng)?shù)孛窬舆M(jìn)行設(shè)計，既提高居民的生活舒適度，又為未來作為家庭旅館向游客提供高品質(zhì)的居住體驗奠定基礎(chǔ)。

1.2.3 傳統(tǒng)民居模式

由于西藏地區(qū)獨特的氣候條件以及那曲人民的宗教信仰，傳統(tǒng)民居在建筑布局、建筑空間及建筑細(xì)部等方面存在與其他地區(qū)不同的特征（見表1）。隨著人民生活水平提高，傳統(tǒng)民居已無法滿足人們的生活需求。故在那曲傳統(tǒng)民居的基礎(chǔ)上進(jìn)行被動式設(shè)計，在不破壞其地域特點的前提下最大程度地提高空間舒適度并減少建筑能耗[6]。

表1 西藏傳統(tǒng)民居特色

2 傳統(tǒng)民居的生態(tài)智慧與現(xiàn)存問題

2.1 傳統(tǒng)民居的生態(tài)智慧

1）縮量布局 西藏那曲地區(qū)氣溫較低，傳統(tǒng)民居為減少住宅散熱面積，建筑布局較為緊湊，以矩形為主，坐北朝南，且層高較低。民居中間是客廳，其他房間圍繞客廳布置，此種布局方式有效地控制建筑體型系數(shù)，減少與室外環(huán)境的熱交換。

2）引入陽光 西藏處于高海拔地區(qū)，擁有良好的太陽輻射條件，當(dāng)?shù)鼐用駷閾碛凶銐虻娜照諘r長，在民居中通過院落、民居單體、窗3個層次逐漸加強(qiáng)光的攝入量。民居建筑坐北朝南，院內(nèi)普遍南低北高，不會對建筑造成遮擋，同時能抵擋外部強(qiáng)風(fēng)。

3）轉(zhuǎn)移空間 基于西藏地區(qū)氣候的特殊性，人們在傳統(tǒng)民居利用轉(zhuǎn)移式空間來生活。在氣溫較為舒適的夏季，人們選擇居住于臥室，在嚴(yán)寒的冬季，會到放置火塘的客廳居住。

2.2 現(xiàn)存問題

1）室內(nèi)溫度低、生活不便 人們?yōu)榫幼∩畹氖孢m性往往進(jìn)行生活空間的轉(zhuǎn)移，但這也增加了人們生活的不便。此外，即便利用轉(zhuǎn)移式空間，在寒冷冬季，室內(nèi)溫度也難以令人舒適[7]。

2）采暖能耗大、費用高 采暖設(shè)備雖提高室內(nèi)溫度，但同時加重居民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。西藏地區(qū)常規(guī)能源的缺乏導(dǎo)致采暖能耗大幅增加，被動式設(shè)計可利用建筑自身改善室內(nèi)熱環(huán)境，從而解決采暖設(shè)備費用高的問題。

3）缺乏對太陽能資源的有效利用 當(dāng)?shù)鼐用裨趥鹘y(tǒng)民居建造中有意識地引入陽光來提升建筑室內(nèi)溫度，但缺少對太陽能資源的認(rèn)識，導(dǎo)致目前對太陽能資源的利用并未實現(xiàn)最大化。

4）風(fēng)環(huán)境惡劣 那曲地區(qū)海拔4500m以上，當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速達(dá)8m/s，故室外風(fēng)環(huán)境十分惡劣。當(dāng)?shù)厝鄙俑叽蟮闹参?，僅能通過建筑群布局及朝向?qū)︼L(fēng)進(jìn)行一定阻擋。

3 基于地域特征的被動式技術(shù)應(yīng)用

3.1 場地布局

項目基地地勢平坦，有利于建筑采光與吸收太陽輻射。在場地整體規(guī)劃方面，基于前期的功能規(guī)劃形成路網(wǎng)，由環(huán)形步行道路串聯(lián)不同的功能體塊。考慮到場地的風(fēng)環(huán)境較為惡劣，西風(fēng)與西北風(fēng)對場地內(nèi)環(huán)境造成不良影響，設(shè)計將建筑圍合布置，既對場地西風(fēng)進(jìn)行遮擋，又根據(jù)建筑功能形成不同組團(tuán)（見圖2，3）。在設(shè)計過程中，利用Ecotect軟件進(jìn)行模擬分析，得到基地的最佳朝向為南偏東15°，綜合考慮主導(dǎo)風(fēng)向，民居建筑應(yīng)坐北朝南。通過以上綜合分析，得出該項目利用被動式太陽能技術(shù)將有利于營造更舒適的環(huán)境。對場地內(nèi)太陽輻射與風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，根據(jù)模擬結(jié)果對場地進(jìn)行布局，既可保證場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境得到改善，又能提高太陽輻射效率（見表2）。

2 總平面

3 場地布局

3.2 組團(tuán)布局

在整體的被動式設(shè)計基礎(chǔ)上，重點對民居建筑進(jìn)行組團(tuán)布局。項目要求在基地內(nèi)布置42棟民居，在場地路網(wǎng)限定下，將42棟居民建筑分為4個獨立圍合組團(tuán)，組團(tuán)又圍合形成供居民交流的大廣場，從而有效阻擋西風(fēng)。組團(tuán)規(guī)劃布局時，利用Ecotect軟件進(jìn)行模擬分析得出，場地對日照要求完全可以滿足，且適合布置太陽能集熱裝置。對民居建筑進(jìn)行圍合式布局，并增加圍墻擋風(fēng)后形成的居民區(qū)可阻擋強(qiáng)烈的西風(fēng)（見表2）。

表2 軟件模擬分析

3.3 建筑單體

3.3.1 建筑形體

被動式民居采用較方正的形體，體型系數(shù)約0.8。設(shè)計方案尊重地域特色，在保留當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居的院落、挑檐、曬臺基礎(chǔ)上，空間布局進(jìn)行局部改進(jìn)，增設(shè)陽光間且對建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行蓄熱設(shè)計，提高建筑的保溫性能。院落圍墻的設(shè)置既可形成良好的擋風(fēng)屏障，又有利于建筑的熱環(huán)境營造（見圖4）。

4 民居模型

3.3.2 建筑外墻

當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)民居使用邊瑪草對墻體進(jìn)行保溫，由于材料稀缺且制作過程復(fù)雜，不適合大規(guī)模使用。被動式民居利用集熱蓄熱墻，使建筑具有優(yōu)良的蓄熱性能，維持室內(nèi)日平均溫度高于室外日平均溫度。在冬季白天，打開通風(fēng)口使室內(nèi)冷空氣與空氣間層熱空氣交換從而實現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)；在冬季夜間，關(guān)閉通風(fēng)口使白天蓄熱墻體吸收的熱量釋放至室內(nèi)空間。

3.3.3 建筑屋頂

增設(shè)建筑平臺作為曬臺，滿足民居平時的晾曬及儲存需求，且在屋頂鋪設(shè)太陽能光伏板，利用主動式太陽能光伏系統(tǒng)減少建筑能耗。

3.3.4 建筑門窗

在西藏地區(qū)，窗戶不僅可通風(fēng)采光，且有裝飾意義，部分居民會在窗戶上懸掛楣簾，既阻擋太陽輻射，又能抵御風(fēng)沙。被動式民居嚴(yán)格控制各個朝向的窗墻比，南向加大窗戶面積，同時將窗墻比控制在0.5左右，有利于建筑收集、利用更多的太陽能。建筑進(jìn)深較小，可滿足建筑的基本采光與通風(fēng)需要，北側(cè)墻體盡量不開窗，減少熱損失，東西側(cè)山墻面結(jié)合功能要求開小窗。

3.3.5 附加陽光間

附加陽光間是集熱蓄熱墻與直接陽光間的結(jié)合體，并增加蓄熱地面，可以儲存更多的熱量[8]。在太陽輻射充足的那曲地區(qū)，附加陽光間對民居來說必不可少。白天，打開通風(fēng)口有利于熱壓通風(fēng)，同時使墻面與地面進(jìn)行集熱儲熱；夜晚，關(guān)閉通風(fēng)口，蓄熱墻體與地面將白天吸收的熱量放出，為室內(nèi)提供熱量，以保證室內(nèi)的舒適度（見圖5）。

5 附加陽光間

4 結(jié)語

當(dāng)前，被動式建筑技術(shù)在很多地區(qū)仍未得到廣泛應(yīng)用，很多人在設(shè)計初期并不會考慮被動式設(shè)計，在設(shè)計后期試圖介入?yún)s因方案成型而失去介入的空間。在很多特殊的氣候區(qū)，被動式建筑技術(shù)是解決當(dāng)?shù)亟ㄖF(xiàn)有問題的良好策略，但卻被很多人所忽略。本次“臺達(dá)杯”國際太陽能設(shè)計競賽作品設(shè)計結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡赜驓夂蛱攸c，在場地規(guī)劃初期介入被動式設(shè)計手法，再結(jié)合場地布局進(jìn)行建筑單體設(shè)計，使建筑本身具備西藏地區(qū)的特點，既反映當(dāng)?shù)氐奈幕厣?，又起到良好的?jié)能效果。綜上所述，被動式設(shè)計在建筑中的運用有助于節(jié)約能源及減少二氧化碳排放量，對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。