張 潔

建筑作為人類賴以生存的重要環(huán)境要素之一，其設(shè)計(jì)對(duì)于生態(tài)節(jié)能具有重要意義。目前，我國(guó)冬冷夏熱地區(qū)的建筑能耗較高，節(jié)能潛力巨大，通過(guò)綠色建筑設(shè)計(jì)可以有效降低能耗。被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法是一種結(jié)合了綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展思想的技術(shù)手段，是在滿足功能要求的前提下，盡量采用自然通風(fēng)和采光，以降低建筑能耗。

1 被動(dòng)式設(shè)計(jì)的基本理念

被動(dòng)式設(shè)計(jì)是指以盡量減少建筑對(duì)周圍環(huán)境的影響和浪費(fèi)為目標(biāo)，通過(guò)合理的建筑空間和形體設(shè)計(jì)，在保證建筑安全性和舒適性的前提下，最大限度降低能源消耗、提高能源利用效率的一種建筑設(shè)計(jì)方法[1]。

被動(dòng)式設(shè)計(jì)是一種具有綜合優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)方法，其基本理念是：通過(guò)建筑空間和形體設(shè)計(jì)，盡量減少建筑對(duì)周圍環(huán)境的影響，降低能耗，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)節(jié)能。被動(dòng)式設(shè)計(jì)是綠色建筑的基本理念之一，通過(guò)對(duì)自然條件、建筑空間和形體等方面進(jìn)行優(yōu)化和組合，最大限度降低建筑能耗。

被動(dòng)式設(shè)計(jì)思想主要包括4 個(gè)方面：第1，充分利用自然條件，充分利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源；第2，合理進(jìn)行形體設(shè)計(jì)，通過(guò)空間組合提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度；第3，建筑空間與形體要充分考慮節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和保護(hù)環(huán)境等內(nèi)容，而且要考慮熱舒適度的要求；第4，通過(guò)合理的選址降低建設(shè)成本。

2 基于被動(dòng)式設(shè)計(jì)的建筑空間

被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法是在建筑設(shè)計(jì)階段，根據(jù)自然條件的限制，利用建筑設(shè)計(jì)手法提升室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)，不僅可以減少對(duì)能源的依賴，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。建筑空間的節(jié)能與通風(fēng)采光有著緊密聯(lián)系，通過(guò)對(duì)建筑空間的合理布置可以降低能源消耗，而空間布局應(yīng)充分考慮氣候因素。不同地區(qū)可利用不同的建筑空間形式進(jìn)行被動(dòng)式設(shè)計(jì)，其中寒冷地區(qū)可采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、遮陽(yáng)和隔熱等措施來(lái)提高室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量；冬冷夏熱地區(qū)可利用屋頂和墻面作為保溫隔熱構(gòu)件，并合理設(shè)置通風(fēng)采光口以充分利用太陽(yáng)輻射熱，保持室內(nèi)空氣流通；溫暖地區(qū)可利用屋頂和墻面作為隔熱構(gòu)件，并充分利用自然通風(fēng)；炎熱地區(qū)可利用屋頂和墻面作為遮陽(yáng)構(gòu)件，并合理設(shè)置通風(fēng)口以充分利用自然通風(fēng)[2]。

通過(guò)形體被動(dòng)式設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造出一些獨(dú)特的建筑形式和空間特征。例如，使用建筑殼體或開放的天井可以為空間引入更多的自然光線，促進(jìn)空氣流通。同時(shí)，利用材料的自重可以創(chuàng)造出更具有動(dòng)態(tài)感的建筑形式[3]?？偟膩?lái)說(shuō)，基于形體被動(dòng)式設(shè)計(jì)的建筑空間具有很多優(yōu)點(diǎn)，可以為人們提供更好的室內(nèi)環(huán)境和更具創(chuàng)意的建筑形式，能夠大幅減少能源消耗和對(duì)環(huán)境造成的影響。

3 建筑空間及形體的影響因素

3.1 氣候

建筑空間及形體的設(shè)計(jì)會(huì)受到氣候因素的影響。在冬冷夏熱地區(qū)，冬季太陽(yáng)高度角較低，太陽(yáng)光通過(guò)門窗照射到室內(nèi)需要消耗更多的能量，因此為了減少冬季室內(nèi)熱量損失，建筑可以采用東西向布置。而在夏季太陽(yáng)高度角較高時(shí)，由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較高，如果建筑采用東西向布置會(huì)給室內(nèi)帶來(lái)很大的陰影面積，影響采光和自然通風(fēng)。因此，在夏熱冬冷地區(qū)，建筑的朝向和外形設(shè)計(jì)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。

在建筑中合理利用自然通風(fēng)和采光可以有效提高室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要注意以下3 點(diǎn)：

1）避免建筑內(nèi)部的采光口和通風(fēng)口之間出現(xiàn)開口過(guò)大、過(guò)小及開口位置不合理等問題。

2）根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件合理選擇窗墻比和窗戶尺寸。

3）室內(nèi)盡量采用自然通風(fēng)方式，這樣可以避免空調(diào)等制冷設(shè)備帶來(lái)的環(huán)境問題。

3.2 布局

布局是指建筑物內(nèi)部空間的組織方式，如圖1 所示。合理的布局能改善室內(nèi)環(huán)境，減少能源消耗。從冬冷夏熱地區(qū)的氣候條件來(lái)看，該地區(qū)屬于濕熱氣候區(qū)，夏季炎熱干燥，冬季寒冷多雨。在規(guī)劃布局時(shí)應(yīng)充分考慮自然通風(fēng)和采光，合理利用建筑之間的空間關(guān)系。

圖1 建筑空間布局（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

例如，在冬冷夏熱地區(qū)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用“L”形平面或“凹”形平面的布局形式，以使室內(nèi)空間更加明亮、通透[4]。另外，在冬冷夏熱地區(qū)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)還可以利用屋頂來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境。例如，在屋頂上設(shè)置天窗或通風(fēng)裝置可以改善室內(nèi)的自然通風(fēng)和采光；在屋頂上設(shè)置太陽(yáng)能電池板等可再生能源系統(tǒng)也能提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度。

3.3 材料

在綠色建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，材料是非常重要的一環(huán)，優(yōu)質(zhì)的材料能夠給建筑帶來(lái)更加良好的使用性能。具體如下：

1）木材。木材是1 種天然材料，具有良好的保溫性能，而且具有自然的光澤和紋理，給人帶來(lái)自然舒適的感覺。

2）混凝土。混凝土具有良好的保溫和隔熱性能，在冬冷夏熱地區(qū)可以考慮將其作為主要的建筑材料。

3）墻體材料。墻體材料是影響室內(nèi)環(huán)境的一個(gè)重要因素，在綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先選擇保溫性能和抗凍性能俱佳的墻體材料，盡量減少能源與資源消耗。

4）遮陽(yáng)設(shè)施。遮陽(yáng)設(shè)施可以阻擋太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到降溫和降低能耗的效果。

4 空間及形體在綠色建筑中的應(yīng)用

綠色建筑是指在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，從節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材及保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源等方面，通過(guò)利用自然通風(fēng)、采光及遮陽(yáng)等技術(shù)，減少建筑對(duì)能源的消耗，實(shí)現(xiàn)與自然和諧相處的建筑。綠色建筑可以通過(guò)多種技術(shù)手段降低能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的?？臻g是建筑設(shè)計(jì)的核心，在綠色建筑中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)合理的空間設(shè)計(jì)，可以使室外新鮮空氣與室內(nèi)熱空氣進(jìn)行有效循環(huán)，避免室內(nèi)出現(xiàn)“熱島效應(yīng)”。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，良好的空間形態(tài)可以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、采光，改善室內(nèi)環(huán)境的舒適度。

4.1 建筑布局

建筑布局合理與否直接影響建筑的采光、通風(fēng)、采暖等性能，進(jìn)而影響整個(gè)建筑的能耗。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，不僅要考慮建筑的節(jié)能要求，還要考慮對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，因此需要合理進(jìn)行建筑布局。建筑布局方式有2 種：一是將空間劃分為多個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域都可以作為一個(gè)獨(dú)立的空間；二是將空間劃分為幾個(gè)單元，每個(gè)單元也都可以作為一個(gè)獨(dú)立的空間。通過(guò)合理的空間劃分可以有效提高室內(nèi)通風(fēng)、采光效果，降低能耗[5]。

4.2 室內(nèi)空間

室內(nèi)空間是綠色建筑中最重要的組成部分，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足使用要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。合理設(shè)置室內(nèi)空間尺度是保證室內(nèi)熱舒適性的前提，同時(shí)可以有效提高房間的采光、通風(fēng)效果。根據(jù)綠色建筑節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)要求，在保證室內(nèi)溫度適宜的前提下，要盡量減少空調(diào)、采暖等設(shè)備的使用時(shí)間，并在不同功能區(qū)域之間設(shè)置一定的過(guò)渡空間，避免室內(nèi)溫度過(guò)高。

4.3 形體在綠色建筑中的應(yīng)用

形體在綠色建筑中的應(yīng)用，是指將建筑的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與環(huán)境和能源利用相結(jié)合，以提高建筑的能效和環(huán)保水平。形體設(shè)計(jì)應(yīng)用于綠色建筑，可通過(guò)3 個(gè)方面來(lái)發(fā)揮作用：

首先，形體設(shè)計(jì)能夠提高建筑的能源效率。通過(guò)設(shè)計(jì)建筑的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以更好地利用太陽(yáng)能和自然通風(fēng)調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的溫度。例如，改變建筑的朝向和設(shè)計(jì)建筑物外形可以更好地利用太陽(yáng)輻射的角度，最大限度提高太陽(yáng)能的利用率。

其次，形體設(shè)計(jì)能夠增強(qiáng)建筑的可持續(xù)性。對(duì)于綠色建筑，形體設(shè)計(jì)不僅需要考慮建筑的外觀和結(jié)構(gòu)，還需考慮室內(nèi)空間的功能需求以及建筑的碳排放和對(duì)周圍環(huán)境的影響。例如，通過(guò)應(yīng)用創(chuàng)新的建筑材料、工藝和構(gòu)造方式，可以實(shí)現(xiàn)建筑外形的可持續(xù)性和環(huán)保性。

最后，形體設(shè)計(jì)還可以提高建筑的美感和舒適度。優(yōu)秀的形體設(shè)計(jì)可以為建筑賦予獨(dú)特的觀感和空間感，而且良好的形體也能增加室內(nèi)空間的自然采光和通風(fēng)，為人們提供更加舒適和健康的生活環(huán)境[6]。

總的來(lái)說(shuō)，形體在綠色建筑中的應(yīng)用具有多重優(yōu)點(diǎn)，不僅能提高建筑的能效和可持續(xù)性，還能提高建筑的美感和舒適度。因此，在未來(lái)的綠色建筑設(shè)計(jì)中，形體設(shè)計(jì)將會(huì)越來(lái)越重要，成為一種創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)方向。

4.4 案例分析

案例項(xiàng)目位于上海市，地處 東 經(jīng)120°52 ′ ～122°12 ′、北 緯30°40′～31°53′，日照充足，雨量充沛，屬于典型的冬冷夏熱地區(qū)。案例示意如圖2 所示。

該案例北側(cè)為居住區(qū)，南側(cè)為商業(yè)區(qū)，建筑形體從南向北逐漸變小，進(jìn)深從東向西逐漸變大。在建筑物的內(nèi)部設(shè)計(jì)中沒有使用過(guò)多的空調(diào)設(shè)備，通過(guò)自然通風(fēng)和采光可達(dá)到降低室內(nèi)溫度和提高室內(nèi)舒適度的目的。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上海市建筑體型系數(shù)對(duì)空調(diào)和采暖能耗的影響沒有北方地區(qū)明顯，但也有一定影響。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合多方因素考慮建筑體型，宜采用規(guī)整體型，避免凹凸變化，且建筑層高應(yīng)合理。一般來(lái)說(shuō)，條式建筑的體型系數(shù)不宜大于0.35，點(diǎn)式建筑的體型系數(shù)不宜大于0.40。

該項(xiàng)目在被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)策略的運(yùn)用上，主要遵循如下指導(dǎo)思想：冬天盡可能利用太陽(yáng)輻射與地?zé)豳Y源對(duì)建筑進(jìn)行被動(dòng)式供暖，同時(shí)對(duì)外墻、門窗采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方法，降低熱量散失，避免室內(nèi)溫度的劇烈波動(dòng)；夏天利用多種遮陰方法阻隔多余的日光，并利用合適的建筑物外形進(jìn)行自然通風(fēng)，加速室內(nèi)空氣交換，從而實(shí)現(xiàn)夏天的制冷和除濕。由于該項(xiàng)目周圍是高密度的住宅開發(fā)和景觀資源，在一定的回旋半徑下最大限度向北遷移，一方面可以獲得湖景，另一方面可以保留較大的庭院和大面積的綠地，使得住戶能夠享受到室外的自然風(fēng)光，從而更好地維護(hù)小型區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

案例的研究結(jié)果表明：建筑空間和形體在冬冷夏熱地區(qū)綠色建筑中具有重要作用，空間形態(tài)和形體尺度決定了綠色建筑對(duì)環(huán)境的影響程度；通過(guò)有效利用自然通風(fēng)和采光，可以達(dá)到提高室內(nèi)環(huán)境舒適度的目的；在被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)下進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)，可以減少能耗，降低建筑運(yùn)行成本。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的學(xué)科眾多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能對(duì)建筑整體造成影響。在綠色建筑中，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論和方法的應(yīng)用，不僅可以使建筑內(nèi)部空間形態(tài)和形體尺度更加合理，更能有效改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。在冬冷夏熱地區(qū)的綠色建筑中，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論和方法可以有效降低建筑能耗，提高建筑室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)，為人們提供一個(gè)健康、舒適的生活環(huán)境。隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論在綠色建筑中將得到更廣泛的應(yīng)用。