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)計對于生態(tài)節(jié)能具有重要意義。目前，我國冬冷夏熱地區(qū)的建筑能耗較高，節(jié)能潛力巨大，通過綠色建筑設(shè)計可以有效降低能耗。被動式設(shè)計方法是一種結(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 被動式設(shè)計的基本理念

被動式設(shè)計是指以盡量減少建筑對周圍環(huán)境的影響和浪費為目標(biāo)，通過合理的建筑空間和形體設(shè)計，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)計方法[1]。

被動式設(shè)計是一種具有綜合優(yōu)勢的設(shè)計方法，其基本理念是：通過建筑空間和形體設(shè)計，盡量減少建筑對周圍環(huán)境的影響，降低能耗，從而實現(xiàn)生態(tài)節(jié)能。被動式設(shè)計是綠色建筑的基本理念之一，通過對自然條件、建筑空間和形體等方面進行優(yōu)化和組合，最大限度降低建筑能耗。

被動式設(shè)計思想主要包括4 個方面：第1，充分利用自然條件，充分利用太陽能和風(fēng)能等可再生能源；第2，合理進行形體設(shè)計，通過空間組合提高室內(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)材和保護環(huán)境等內(nèi)容，而且要考慮熱舒適度的要求；第4，通過合理的選址降低建設(shè)成本。

2 基于被動式設(shè)計的建筑空間

被動式設(shè)計方法是在建筑設(shè)計階段，根據(jù)自然條件的限制，利用建筑設(shè)計手法提升室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)，不僅可以減少對能源的依賴，還可以實現(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，通過對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行被動式設(shè)計，其中寒冷地區(qū)可采用圍護結(jié)構(gòu)保溫、遮陽和隔熱等措施來提高室內(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]。

通過形體被動式設(shè)計可以創(chuàng)造出一些獨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，促進空氣流通。同時，利用材料的自重可以創(chuàng)造出更具有動態(tài)感的建筑形式[3]。總的來說，基于形體被動式設(shè)計的建筑空間具有很多優(yōu)點，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)計會受到氣候因素的影響。在冬冷夏熱地區(qū)，冬季太陽高度角較低，太陽光通過門窗照射到室內(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。而在夏季太陽高度角較高時，由于太陽輻射強度較高，如果建筑采用東西向布置會給室內(nèi)帶來很大的陰影面積，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，在實際設(shè)計中需要注意以下3 點：

1）避免建筑內(nèi)部的采光口和通風(fēng)口之間出現(xiàn)開口過大、過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（來源：網(wǎng)絡(luò)）

例如，在冬冷夏熱地區(qū)進行綠色建筑設(shè)計時，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)進行綠色建筑設(shè)計時還可以利用屋頂來調(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)計過程當(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，給人帶來自然舒適的感覺。

2）混凝土?；炷辆哂辛己玫谋睾透魺嵝阅?，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)境的一個重要因素，在綠色建筑設(shè)計過程中應(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）遮陽設(shè)施。遮陽設(shè)施可以阻擋太陽輻射進入室內(nèi)，達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)材及保護環(huán)境和節(jié)約資源等方面，通過利用自然通風(fēng)、采光及遮陽等技術(shù)，減少建筑對能源的消耗，實現(xiàn)與自然和諧相處的建筑。綠色建筑可以通過多種技術(shù)手段降低能耗，達到節(jié)能減排的目的?？臻g是建筑設(shè)計的核心，在綠色建筑中發(fā)揮著重要作用。通過合理的空間設(shè)計，可以使室外新鮮空氣與室內(nèi)熱空氣進行有效循環(huán)，避免室內(nèi)出現(xiàn)“熱島效應(yīng)”。在綠色建筑設(shè)計中，良好的空間形態(tài)可以實現(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，進而影響整個建筑的能耗。在綠色建筑設(shè)計中，不僅要考慮建筑的節(jié)能要求，還要考慮對室內(nèi)環(huán)境的影響，因此需要合理進行建筑布局。建筑布局方式有2 種：一是將空間劃分為多個區(qū)域，每一個區(qū)域都可以作為一個獨立的空間；二是將空間劃分為幾個單元，每個單元也都可以作為一個獨立的空間。通過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)計應(yīng)滿足使用要求，實現(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)備的使用時間，并在不同功能區(qū)域之間設(shè)置一定的過渡空間，避免室內(nèi)溫度過高。

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)計應(yīng)用于綠色建筑，可通過3 個方面來發(fā)揮作用：

首先，形體設(shè)計能夠提高建筑的能源效率。通過設(shè)計建筑的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以更好地利用太陽能和自然通風(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)計建筑物外形可以更好地利用太陽輻射的角度，最大限度提高太陽能的利用率。

其次，形體設(shè)計能夠增強建筑的可持續(xù)性。對于綠色建筑，形體設(shè)計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周圍環(huán)境的影響。例如，通過應(yīng)用創(chuàng)新的建筑材料、工藝和構(gòu)造方式，可以實現(xiàn)建筑外形的可持續(xù)性和環(huán)保性。

最后，形體設(shè)計還可以提高建筑的美感和舒適度。優(yōu)秀的形體設(shè)計可以為建筑賦予獨特的觀感和空間感，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]。

總的來說，形體在綠色建筑中的應(yīng)用具有多重優(yōu)點，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，在未來的綠色建筑設(shè)計中，形體設(shè)計將會越來越重要，成為一種創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計方向。

4.4 案例分析

案例項目位于上海市，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，進深從東向西逐漸變大。在建筑物的內(nèi)部設(shè)計中沒有使用過多的空調(diào)設(shè)備，通過自然通風(fēng)和采光可達到降低室內(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。一般來說，條式建筑的體型系數(shù)不宜大于0.35，點式建筑的體型系數(shù)不宜大于0.40。

該項目在被動式建筑設(shè)計策略的運用上，主要遵循如下指導(dǎo)思想：冬天盡可能利用太陽輻射與地?zé)豳Y源對建筑進行被動式供暖，同時對外墻、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；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行自然通風(fēng)，加速室內(nèi)空氣交換，從而實現(xiàn)夏天的制冷和除濕。由于該項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環(huán)境的影響程度；通過有效利用自然通風(fēng)和采光，可以達到提高室內(nèi)環(huán)境舒適度的目的；在被動式設(shè)計理論指導(dǎo)下進行綠色建筑設(shè)計，可以減少能耗，降低建筑運行成本。

5 結(jié)語

建筑是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的學(xué)科眾多，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能對建筑整體造成影響。在綠色建筑中，被動式設(shè)計理論和方法的應(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，被動式設(shè)計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)，為人們提供一個健康、舒適的生活環(huán)境。隨著社會發(fā)展和科技進步，被動式設(shè)計理論在綠色建筑中將得到更廣泛的應(yīng)用。