董浩明（上海建科建筑設(shè)計院有限公司， 上海 200032 ）

隨著城市化的快速發(fā)展，城市建筑的建造和使用所帶來的污染與能源消耗日益受到關(guān)注，成為經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展的突破口之一。在建筑設(shè)計領(lǐng)域，“綠色建筑”技術(shù)也經(jīng)歷了飛速發(fā)展的階段，新技術(shù)、新設(shè)備、新材料發(fā)展層出不窮。但是單憑主動式綠色技術(shù)的堆砌，不僅帶來了高昂的設(shè)備投入費用，對建筑運營能耗的降低往往未起到質(zhì)的改觀。在生態(tài)文明的發(fā)展背景下，綠色建筑應(yīng)是以建筑師主導(dǎo)，被動式設(shè)計為前提和核心，綜合功能、性能、人文健康及技術(shù)因素的高質(zhì)量建造品。

綠色建筑的被動式設(shè)計手法是指結(jié)合功能需要，在建筑設(shè)計布局、空間、形體、表層設(shè)計中，通過建筑手法對室外氣候、室內(nèi)環(huán)境的影響進行調(diào)節(jié)和控制的技術(shù)，此類設(shè)計通常是建筑前期產(chǎn)生，并無后期運維等長期費用投入。被動式設(shè)計要求建筑師充分了解并尊重建筑所在地區(qū)自然環(huán)境狀況，通過對建筑規(guī)劃布局、形體和空間組織、材料的選用、結(jié)構(gòu)方式的選擇等做出氣候適宜性設(shè)計，減少對外部能源的輸入和機電設(shè)備系統(tǒng)的依賴。與此相應(yīng)的綠色建筑的主動式計手法，是指對建筑空間進行的必要的主動（制冷、制熱、通風(fēng)、照明等） 技術(shù)，營造舒適熱環(huán)境空間，并提高設(shè)備能效的技術(shù)。

本文主要聚焦于夏熱冬冷地區(qū)綠色公共建筑的空間設(shè)計與形體設(shè)計環(huán)節(jié)中綠色被動式設(shè)計手法及一些關(guān)鍵控制技術(shù)。

1 建筑空間設(shè)計

1.1 空間的組成與分類

建筑使用空間從與自然的關(guān)系看，可分為室外、室內(nèi)、和室內(nèi)外過渡空間 3 種類型。就室內(nèi)空間與外界氣候的關(guān)系而言，又可分為自然氣候主導(dǎo)的開放性空間和以人工氣候為主的封閉性空間。前者對自然氣候要素具有明顯的選擇性，而后者對自然氣候則往往是排斥的。不同的使用功能對于氣候具有不同的適應(yīng)性，通過合理設(shè)置建筑功能空間與室外氣候的聯(lián)系關(guān)系可以最大限度地利用自然資源，提高建筑能效。

建筑空間與室外氣候的聯(lián)系表現(xiàn)為 4 種不同的基本狀態(tài)：融入、過渡、選擇、排斥。應(yīng)按照不同的建筑具體功能需求設(shè)置這 4 種狀態(tài)，充分拓展融入和過渡狀態(tài)，合理設(shè)置選擇狀態(tài)，嚴(yán)格控制排斥狀態(tài)。

空間的舒適性要求與室外氣候的差異是能耗發(fā)生的源頭。使用空間因其不同功能而產(chǎn)生氣候性能的等級差異，即對氣候性能要素及其指標(biāo)要求的嚴(yán)格程度，公共建筑空間可據(jù)此分為普通性能空間、低性能空間、高性能空間。

1.2 空間的組織與連接

在建筑單體布局中，根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)氣候特征及場地環(huán)境要素，對不同能耗性能空間的組織（相互關(guān)系、相對位置及連接形式）進行設(shè)計，形成既符合使用需求、又利于形成建筑與自然良性關(guān)系，實現(xiàn)節(jié)約能源的開放系統(tǒng)。設(shè)計目的是使得普通性能及高性能建筑空間能在夏季通風(fēng)排熱，冬季保溫，并減少過渡季空調(diào)使用時長及使用時的能耗。

根據(jù)不同性能空間及與室外氣候聯(lián)系狀態(tài)進行設(shè)計，遵循“氣候調(diào)節(jié)- 建筑能耗- 空間形態(tài)”相互作用的原理，強化“自然做功”在氣候管理中的效率。此過程是建筑被動式技術(shù)系統(tǒng)性設(shè)計初期需要考慮的環(huán)節(jié)，具有明顯的前置性。為保證后期空調(diào)系統(tǒng)與空間組織的耦合，建議此環(huán)節(jié)請空調(diào)工程師介入，對合理性進行驗證。設(shè)計時應(yīng)控制單一建筑空間在整體布局中的定位、相對位置，確保合理分區(qū)，優(yōu)化能效表現(xiàn)

（1）保證人工氣候調(diào)節(jié)僅用于最需要的區(qū)域，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境人工依賴最小化。普通性能空間宜布置在氣候適宜性的位置，多具有良好的自然通風(fēng)采光；低性能空間多集中布置在朝向或部位不佳的位置，例如衛(wèi)生間、樓梯間等空間可布置在東、西向以減少西曬對主要使用空間的影響，也可布置在北向以抵擋冬季西北季風(fēng)。以人工氣候為主的高性能空間需控制外界自然要素的不利影響，往往布置在與自然環(huán)境相隔離的位置。利用低性能和普通性能空間的阻隔，使高性能空間獲得更好的環(huán)境條件。

（2）通過合理配置同一功能或性能的區(qū)位，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)?？刂仆还δ芑蛳嗤阅芸臻g在建筑中的相對位置關(guān)系，同層或分層布置、通高或錯層布置，實現(xiàn)同類空間的節(jié)能適宜性配置。

（3）普通性能空間可通過靠近產(chǎn)生富余熱的設(shè)備空間以獲取熱量或者通過遠(yuǎn)離來滿足降溫需要。普通性能空間要優(yōu)先利用自然通風(fēng)與采光，在進深較小的平面中，多將普通性能空間布置在采光效果好的建筑外圍及夏季迎風(fēng)面，避免布置在背風(fēng)面和朝向不佳的位置；在進深較大的建筑中，普通性能空間可貫穿形成開敞平面；也可靠近如中庭、邊庭、天井等垂直流通空間以獲得更多自然通風(fēng)。普通性能空間宜結(jié)合院落布置，引入室外氣候要素，或結(jié)合氣候條件將院落作為氣候緩沖帶。

1.3 控制空間尺度

在普通性能使用空間中，控制平面尺度的主要參數(shù)是進深、開間與空間高度，主要影響因素為自然通風(fēng)和采光。

（1）在沒有特殊使用功能的要求下，通常采用淺進深布局，可獲得較好的自然通風(fēng)和采光。當(dāng)單側(cè)采光空間進深不大于 8 m 時，空間可完全依賴自然采光與通風(fēng)。當(dāng)進深過大，自然采光削弱，空間照明能耗增加。

（2）當(dāng)建筑進深過大時，自然通風(fēng)效果不是很好。可將普通性能空間形成開敞平面，靠溫度不同或氣壓不同促使空氣流動；或通過天井或通風(fēng)井的布置，積極利用熱壓通風(fēng)。注意在本氣候區(qū)，穿堂風(fēng)是最佳的自然通風(fēng)方式。

（3）當(dāng)空間進深過深時，自然采光不足，可將普通性能空間貫穿在一起形成開敞平面，采用天窗或中庭來輔助加強自然采光；中庭合理采光時，其高寬比一般控制在 3∶1左右。

（4）由于熱空氣上升、冷空氣下沉，對于需要采暖的空間來說低矮空間熱舒適性更優(yōu)；對于需要制冷的空間來說高大空間熱舒適性更優(yōu)，熱空氣升到高出可以帶走近地面的熱量。為保證冬季采暖效率，應(yīng)盡量避免無用過高過大空間，對普通使用空間來說，建筑室內(nèi)空間高度達(dá)到 3 m 即可滿足要求?？刹捎寐沩?，或者不封閉的格柵吊頂來增高室內(nèi)空間感受。如需采用高空間夏季帶走空間熱量，可考慮設(shè)置開啟式的“通風(fēng)井”，通過熱壓通風(fēng)帶走熱量。

1.4 設(shè)置氣候緩沖腔體

普通性能空間與室外空間間隔組合，中間形成沒有明確具體功能的空間，是室內(nèi)外氣候交換和過渡的有效媒介，常作為為過渡型空間。中庭、邊庭以及外廊、陽臺等灰空間是其代表性形式。過渡空間獨立布置是無意義的，需要與其他空間組合使用。

建筑氣候緩沖空間位于需要補充人工氣候的使用空間與自然環(huán)境之間，其目的是促進建筑外部與內(nèi)部之間的氣候要素交流，中庭、邊庭以及外廊、陽臺等灰空間是其代表性形式。這類空間不僅要滿足使用者的基本使用需求，還要考慮建筑、人、環(huán)境的有機結(jié)合，并與多樣的系統(tǒng)、地域、自然環(huán)境、技術(shù)體系動態(tài)復(fù)合。

氣候緩沖腔體作為空間組合工具，是承載著空氣介質(zhì)的龐大載體，使建筑內(nèi)部產(chǎn)生了氣候梯度。合理設(shè)置能增加室內(nèi)氣候梯度、有效應(yīng)對外界惡劣氣候?qū)τ诮ㄖ?nèi)部的影響。外環(huán)境通過氣候緩沖腔體的過渡對建筑內(nèi)部空間的使用產(chǎn)生影響，使室內(nèi)熱環(huán)境始終保持一個舒適的狀態(tài)，同時降低了建筑因此使用機械設(shè)備而消耗的能源。

緩沖腔體封閉性可分為 2 類：封閉性緩沖腔體-中庭、邊庭等；開放性緩沖腔體- 外廊、陽臺等；不直接接觸外部環(huán)境的中庭空間是巨大能耗空間，如非功能需要不宜采用。

（1）氣候腔體也可能帶來能耗增加、舒適度降低的負(fù)面效果，設(shè)計時應(yīng)通過對中庭的位置、尺度、體形進行優(yōu)選，并通過模擬分析優(yōu)化設(shè)計獲得最佳效果。

（2）控制中庭空間在建筑中所占比例、高寬比及長寬比等，改變引入建筑的自然采光、太陽輻射以及通風(fēng)。充分利用中庭熱壓通風(fēng)，發(fā)掘中庭自然采光的節(jié)能潛力，減少建筑的照明能耗、采暖能耗以及制冷能耗。

（3）中庭面積占比可適宜放大，宜采用長寬比適中（可為 2∶1）的中庭。單純從通風(fēng)角度，宜盡量增大中庭空間高寬比，通過高聳狹長空間，增強熱壓通風(fēng)。

（4）中庭頂面應(yīng)進行得熱與通風(fēng)設(shè)計，頂面應(yīng)有外遮陽及可排風(fēng)設(shè)計。

（5）中庭剖面形狀宜為矩形，雖然“A”型與“V”型剖面形狀均能獲得較低能耗，但綜合自然采光及熱壓通風(fēng)，矩形剖面形狀更適宜。

（6）宜在南向、東南向設(shè)置陽光房以獲得更多太陽輻射，有利于冬季采暖，但夏季需要做相應(yīng)遮陽處理。

（7）建筑宜在北向設(shè)置封閉陽臺以阻擋冬季寒風(fēng)對主要使用空間的侵襲。

1.5 控制空間的開放性

合理設(shè)置開放空間，控制空間開放度，規(guī)避氣候不良影響，有助于降低能耗、提升建筑品質(zhì)、營造豐富使用空間。開放空間的設(shè)置對于最大化利用自然采光、增強自然通風(fēng)、增進交互溝通均有顯著優(yōu)勢。也應(yīng)充分考慮開放空間在冬季帶來的制暖效率低、能耗大、人體舒適度低等負(fù)面因素?？臻g的舒適度定義離不開空間功能屬性、使用人群及使用方式?？臻g開放性的控制首先應(yīng)明確這些基本要素，基于此結(jié)合空間布局、場地及氣候要素進一步對空間開放程度、開放形式進行設(shè)計與控制。

（1）公共空間適宜布置為開放空間，公共空間單次使用時間較短，對舒適度相對寬容；同時作為過渡型空間，提高了周邊普通性能空間能效；此類空間可采用可變表皮或可變體形系數(shù)等措施在過渡季減少能耗。有些公共空間使用頻率相對較低，可設(shè)置為融入型開放空間，與室外環(huán)境進一步融合，提供季節(jié)性的使用舒適度，保證春、秋二季公共空間的舒適使用。

（2）辦公空間占比較多且進深較深時，可設(shè)置為開放性辦公空間，有助于提高自然采光和通風(fēng)，同時增強部門間溝通，增強空間靈活性。如某高新區(qū)男裝辦公樓項目，通過大空間的布置，增強空間內(nèi)部自然采光與通風(fēng)。靈活布局保證夏季通風(fēng)效應(yīng)與冬季采暖效率。

（3）地下或半地下空間若為停車或設(shè)備間等低能耗空間，可通過天窗、下沉庭院等形式形成融入型開放空間，減少照明與通風(fēng)能耗。地下或半地下的功能空間，如餐飲、辦公空間等，可通過緊鄰下沉廣場布置形成選擇性開放空間，在冬、夏兩季降低開放性，減少照明能耗；過渡季增強開放性，減少照明與通風(fēng)能耗，同時營造豐富的室內(nèi)外使用空間。如某維綠大廈項目，設(shè)置地下空間通過采光天井、天窗等進行自然采光，為整個地下空間提供充足的自然采光，改善地下的自然采光效果。

（4）根據(jù)空間使用行為，可以利用氣候特色布置功能空間，將季節(jié)性公共討論區(qū)、流線區(qū)、或室內(nèi)綠植區(qū)與融入型室外空間結(jié)合布置設(shè)置為開放空間，過渡季提供舒適公共環(huán)境，冬、夏兩季最大限度減緩熱交換。根據(jù)人流分析，宜在人流密集處設(shè)置尺度適宜的步行樓梯，鼓勵使用者使用步梯解決豎向交通。

（5）場地周邊如有優(yōu)質(zhì)自然資源（如湖泊、人文景觀燈）或舒適室外微氣候（如舒適室外風(fēng)、光環(huán)境等），開放空間可緊鄰布置，將外部優(yōu)質(zhì)環(huán)境引入室內(nèi)。

2 建筑形體設(shè)計

2.1 控制體型系數(shù)

體型系數(shù)為建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。從降低建筑能耗的角度出發(fā)，應(yīng)將體型系數(shù)控制在一個較低的水平。體型系數(shù)的確定還與建筑造型、平面布局、采光通風(fēng)等條件相關(guān)。體型系數(shù)過小，將制約建筑師的創(chuàng)造性，可能使建筑造型呆板、平面布局困難，甚至損害建筑功能。

（1）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。設(shè)計人員應(yīng)綜合多方因素考慮建筑體型，建筑宜采用規(guī)整體型，避免凹凸變化，建筑層高應(yīng)合理。通常在上海地區(qū)，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。

（2）在辦公建筑研究中，建筑形式與其能耗有著相對應(yīng)的關(guān)系，在方形、圓形、矩形、三角形的形式中，建筑均選擇常規(guī)淺進深。當(dāng)其均擁有相同底面積、核心筒面積、建筑體積及相同的室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)時，在保持淺進深的同時，建筑外輪廓接觸面積越小，其能耗性能越強。

2.2 控制形體風(fēng)環(huán)境

（1）形體的平整度、凹凸等會影響形體各面的風(fēng)壓，一方面影響室內(nèi)風(fēng)壓通風(fēng)效果，另一方面影響室外風(fēng)環(huán)境。設(shè)計時平面宜采用規(guī)則形狀，避免過于凹凸平面；形體表皮宜平滑均質(zhì)。

（2）建筑體量組合應(yīng)遵循“疏導(dǎo)夏季風(fēng)、阻擋冬季風(fēng)”的原則，庭院式的形體組合在上海市能獲得較好風(fēng)環(huán)境。體形組合在夏季主導(dǎo)風(fēng)向上宜根據(jù)夏季主導(dǎo)風(fēng)向分散布局，形成“風(fēng)道”引導(dǎo)夏季風(fēng)穿過場地；在冬季風(fēng)主導(dǎo)風(fēng)向上宜緊密布局，阻擋冬季來風(fēng)。主要街巷、道路與夏季主導(dǎo)風(fēng)向成 0°～30°夾角。形體組合應(yīng)注意通過場地設(shè)計避免風(fēng)速過高，影響室外活動區(qū)舒適度。

（3）當(dāng)建筑較為密集時，可策略性地分布不同高度的建筑物，利用高度輪廓帶來的氣壓差異引導(dǎo)氣流。同時，此區(qū)域內(nèi)建筑群的整體高度趨勢應(yīng)朝著盛行風(fēng)的方向逐級降低，以促進空氣流動。在片區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)位的街塊應(yīng)避免采用垂直于主導(dǎo)風(fēng)向的大面寬板式建筑。

2.3 形體自遮陽設(shè)計

通過形體局部變化達(dá)到自遮陽效果。減少透過玻璃的直射陽光使室內(nèi)過熱，防止直射陽光造成的強烈眩光。設(shè)計時應(yīng)通過模擬驗算確保室內(nèi)自然采光效果。如某集團莘莊綜合樓項目，南部通過形體挑出形成自遮陽效果，通過模擬計算，建筑形體挑出長度在夏季有效降低建筑熱輻射；冬季由于太陽高度角變化，不影響室內(nèi)采光。

2.4 形體避讓基地既有高大喬木

通過形體布局，設(shè)計中盡可能維持場地的原有地形地貌、高大喬木，減少對原有生態(tài)環(huán)境的破壞，尊重場域特征。如湖南省醴陵一中新建教學(xué)樓項目，南部通過形體轉(zhuǎn)折避讓場地內(nèi)已有高大喬木，建筑建成即“綠”，教室被場地樹木環(huán)繞。

2.5 可變體型系數(shù)設(shè)計

可變體型系數(shù)設(shè)計是指對建筑固有的外圍護結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。不同季節(jié)，建筑自身的體型系數(shù)可進行變化的被動式設(shè)計，以達(dá)到建筑對自身耗能的有效調(diào)節(jié)、控制。

通過設(shè)置陽臺、中庭、邊庭或者其他功能房間把建筑凹進的部分重新填充，形成過渡空間，減小建筑的外表面積，增大建筑體積。從而實現(xiàn)建筑體型系數(shù)的變化。在冬、夏二季，凹進的空間封閉，建筑體型系數(shù)變小，凹進空間形成熱緩沖空間提高建筑能效；過渡季，凹進空間開啟，建筑體型系數(shù)變大，有助于建筑熱流失，減少空調(diào)能耗。

3 結(jié) 語

長期以來，我國一直處于低舒適度、低耗能的建筑體系中；隨著“碳中和” “碳達(dá)峰”等理念的提出，勢必帶來綠色建筑新一輪的發(fā)展與變革。這不僅關(guān)系到人們生活水平的提高，也關(guān)乎人類未來的可持續(xù)發(fā)展。

建筑設(shè)計的全過程中，建筑師應(yīng)具有跨越專業(yè)領(lǐng)域的整體視角，充分平衡設(shè)計輸入條件與建筑成果需求之間的關(guān)系。不可否認(rèn)，面對復(fù)雜的氣候條件與各異的功能需求，需要采用的各種設(shè)計手法和技術(shù)手段，可能是互相矛盾的，因此必須綜合權(quán)衡，為每一個項目構(gòu)建最優(yōu)的整體技術(shù)體系。

綠色建筑的被動式設(shè)計無論是在資金層面、技術(shù)支持層面，還是在所能帶給使用者的舒適性層面，都符合我國基本國情，而且其發(fā)展擁有巨大潛能。所以建筑師，要將綠色建筑原理融入創(chuàng)意構(gòu)思和方案生成過程中，真正地因地制宜，通過控制建筑空間與形態(tài)設(shè)計關(guān)鍵要素，使建筑成為“表里如一”的綠色建筑。