基于被動設計理念下的住區(qū)建筑生態(tài)化對策探究

吳彥霖 張 凝

（1 甘肅農業(yè)大學工學院，甘肅 蘭州730070；2 甘肅農業(yè)大學基建工程處，甘肅 蘭州730070）

我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源總消費量中所占的比例已從20 世紀70 年代末的10%，上升到近年的27.45%，而國際上發(fā)達國家的建筑能耗一般占全國總能耗的33%左右[1]。國家建設部科技司研究表明，隨著城市化進程的加快和人民生活質量的改善，我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右[2]。建筑能耗的不斷增大，同時加劇了環(huán)境污染、生態(tài)惡化等，成為我國經濟發(fā)展的屏障。

為了緩解和改善這種狀況，我國政府采取了相應的措施。2000 年我國頒布了《建筑節(jié)能技術政策》；2001 年，建設部通過《綠色生態(tài)住宅小區(qū)建設要點與技術導則》首次明確提出了綠色生態(tài)小區(qū)的概念、內涵及技術導則；2001 年開始實行《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》；2001 年我國第一部生態(tài)住宅評估標準《中國生態(tài)住宅技術評估手冊》出臺，以可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為指導，以節(jié)約資源、防污染、保護生態(tài)為主題，創(chuàng)造健康、舒適的居住環(huán)境，推進住宅產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

但目前而言，國內的建筑生態(tài)節(jié)能水平還遠低于國外，為此我們應加快國內建筑生態(tài)節(jié)能設計研究的步伐，建立適合國內建筑生態(tài)節(jié)能設計的思路與方法。

1 被動設計對于實現(xiàn)住區(qū)建筑生態(tài)化的作用

“人類住區(qū)”最初是指人類生存與發(fā)展活動的定居基地，隨著社會的發(fā)展，它的涵義也在不斷地豐富。自1976 年加拿大溫哥華召開的聯(lián)合國人類住區(qū)會議以后，“人類住區(qū)”的概念從最初的一個地理范疇發(fā)展到涵蓋了人類定居生活的過程，以及與維系這一過程的社會結構的有機結合[1]。而“生態(tài)住區(qū)”則是對“人類住區(qū)”內涵的又一次豐富。

生態(tài)住區(qū)是以生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)為基本原則，以可持續(xù)發(fā)展為目標，根據(jù)當?shù)丨h(huán)境和資源狀況，通過合理運用建筑生態(tài)設計方法和生態(tài)技術，達到住區(qū)建筑環(huán)境與自然環(huán)境的和諧共生和良性循環(huán)，實現(xiàn)生態(tài)經濟和社會效益的雙贏。因此，它應是一種資源節(jié)約、技術綠色、經濟適用、生態(tài)環(huán)保的體現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展思想的人類聚居環(huán)境。

隨著人們對居住要求的不斷提升，建筑的體量和數(shù)量也隨之不斷增加，導致建筑的能耗越來越大。所謂被動建筑設計就是通過建筑設計本身，而非通過利用設備，達到減少用于建筑照明、采暖及空調的能耗。

如何在設計過程中有效降低其運營能耗，盡可能利用自然能源，是設計中面臨的一個重要課題。被動式形態(tài)設計是建立在與被動技術有機互動的基礎上，在不依賴人工能源的條件下，通過建筑布局、形態(tài)及環(huán)境的動態(tài)性相互作用，達到建筑與自然的有機協(xié)同，從而實現(xiàn)大空間建筑自身節(jié)能降耗，是實現(xiàn)住區(qū)生態(tài)化的有效途徑。

2 基于被動設計理念下的住區(qū)生態(tài)化設計對策

2.1 .建筑總體規(guī)劃布局

住區(qū)規(guī)劃布局應從建設選址、建筑組合、建筑與道路布局走向、建筑方位朝向、建筑體型、建筑間距、冬季季風主導風向、太陽輻射和地形、地貌等方面優(yōu)化建筑的微氣候環(huán)境，為節(jié)能型住宅設計創(chuàng)造良好的基地環(huán)境。

2.1.1 建筑朝向

北半球冬季南向的太陽輻射照度最強，因此建筑坐北朝南布置有利于建筑的冬季得熱。而在夏季，一天中太陽輻射最強的方向為東西朝向（見表1），但并非正東、正西方向，而是與東西方向上有個夾角。

表1 全國主要城市夏季太陽輻射照度

為此，在建筑選擇朝向時,對于長方形平面的建筑,應使其外表面積最小的兩個面即東西山墻面的法線方向與該不利方向吻合,易避免強烈的東、西曬，以利于建筑夏季防熱。如北京的最佳朝向為南偏東30°以內，南偏西30°以內，而石家莊為南偏東15°。

2.1.2 建筑間距

建筑間距在滿足日照的前提下同時要考慮自然通風，合理的建筑間距既要能滿足建筑有充分的日照和通風，同時還應考慮節(jié)約用地，達到經濟性與生態(tài)性的統(tǒng)一。

日本的藤田高司的利用風洞實驗，根據(jù)不同的日照間距，測定了各排建筑物迎風面和背風面的風壓系數(shù)差（如圖1）。實驗表明當D=2H 時，若風壓系數(shù)達到0.5 左右，第三排后的建筑物將獲得較滿意的自然通風效果。經研究認為，建筑間距為前排建筑高度的2 倍左右，不僅可以保證日照，同時獲得較理想的通風。

圖1 建筑物迎風面和背風面的風壓系數(shù)比較

2.1.3 住區(qū)建筑群日照與通風

我國大部分地區(qū)處于北溫帶，為了獲得良好的日照，在選擇了“坐北朝南”基礎上還要考慮住區(qū)建筑群的相互遮擋。為此，在樓體排布的方案組合中，按以下原則挑選：充分利用和爭取日照；合理組織氣流，引導住區(qū)內部的自然通風，從而減少夏季炎熱地區(qū)的制涼能耗。

1）板式建筑為主的住區(qū)，住宅采用錯位布置（錯列式或斜列式），利用山墻空隙爭取日照，引導自然風入小區(qū)。

2）點、板組合布局時，點式住宅布置應在板式住宅南側，有利于爭取日照和區(qū)域通風（如圖2），并益于實現(xiàn)住區(qū)環(huán)境的共享。

圖2 建筑體形及排列方式對日照影響示意

2.2 節(jié)約建筑用地

過高住區(qū)建筑容積率對日照和環(huán)境質量是不利的。因此為了確保較好的居住環(huán)境，不應過分追求高容積率。建議在住區(qū)內建筑采用高層低密度，以保持整個居住環(huán)境的生態(tài)良好和較好的日照水平。

2.3 注重當?shù)厣鷳B(tài)資源利用

建筑生產對能源和資源的消耗很大，因此積極開發(fā)和利用太陽能、雨水、風能等可再生資源是住區(qū)生態(tài)設計的重要方向。為此，應合理分析住區(qū)基地日照、氣候及自然特征，結合基地的自身特點制定合理的利用方案。目前，可再生資源利用主要有以下方式。

1）太陽能的熱利用；

2）中水系統(tǒng)；

3）雨水收集系統(tǒng)；

4）風能、沼氣能、地熱能等的利用。

2.4 構建住區(qū)生態(tài)環(huán)境

構建住區(qū)生態(tài)環(huán)境應體現(xiàn)對住區(qū)地域自然景觀、自然格局尊重。充分分析室內外環(huán)境與人工環(huán)境的關系，利用有利的條件，規(guī)避不利條件。具體講，應在建筑尺度與體量上與環(huán)境相協(xié)調,在形式上與原有環(huán)境的肌理相吻合, 在文化上應延續(xù)原有文脈。設計時，應考慮場地具體情況，從整體出發(fā)，以生態(tài)為綱，通過住區(qū)的建筑、景觀、綠化、地形等設計元素的合理使用、實現(xiàn)住區(qū)建筑、景觀、基地環(huán)境三者的和諧與統(tǒng)一。

3 工程實踐

3.1 工程概況

“在水一方”居住區(qū)，系秦皇島市2011 年城市建設重點項目，屬城區(qū)舊城改造工程，位于秦皇島市海港區(qū)西部，東臨西港路，西靠大湯河（該市的飲用水河流），南至濱河路，北至和平大街。規(guī)劃區(qū)占地56.02 公頃，總建筑量約120 萬平方米，區(qū)內現(xiàn)有小學一所，中學一所，七八十年代建設的住宅小區(qū)兩個，約3392 戶，需要重建和拆遷安置，規(guī)劃人口約3 萬人，其規(guī)模屬于居住區(qū)級。

3.2 氣候概況

秦皇島市的氣候類型屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。受海洋影響較大，氣候較溫和，最熱月平均氣溫25.1 ～25.9℃，最冷月平均-3.9～-8.9℃氣溫轄區(qū)，秋冬以西北風為主，春夏以南到西南風為主，全年平均降水617.5 毫米。

3.3 住區(qū)規(guī)劃布局

住區(qū)被先鋒路分割成東西兩塊。總體布局打破現(xiàn)有建筑的統(tǒng)一標高，以臺地式為主，采用“北高南低公建位中間”的總體布局方式，小區(qū)高低錯落有致。小區(qū)按功能及檔次分區(qū)，分為拆遷安置區(qū)、小高層住宅區(qū)、高檔住宅區(qū)、公建區(qū)、沿街商業(yè)區(qū)等。

回遷區(qū)：居東、西兩地塊的東北角，安置區(qū)內重點強調景觀設計。

小高層住宅區(qū)：位于兩地塊的中間位置，周圍是商業(yè)和公建服務帶，方便居民日常生活。

高檔住宅區(qū)：位于地勢最好的西側臨水位置，多為疊拼別墅。

公建區(qū)：沿纖維路設帶狀功能區(qū)，并在西港路入口處建設標志建筑。功能區(qū)內設會館、幼兒園、中小學校、物業(yè)管理及小型商業(yè)等，方便區(qū)內居民。

沿街商業(yè)區(qū)：位于北側、東側，沿和平大街和西港路，1 ～2 層商業(yè)，二層以上為住宅。

方案規(guī)劃結構為“居住區(qū)——居住小區(qū)——組團”三級配置。設計著眼住區(qū)建筑環(huán)境整體設計，通過不同形式建筑的相互搭配，外部自然景觀與內部景觀的緊密結合，地形起伏、水景、地面綠化的一體設計，體現(xiàn)濱水住區(qū)生態(tài)設計思想。

住宅組群的排布慮秦皇島當?shù)仫L向特征和基地環(huán)境，采用北密南疏、東高西低、前后交錯的布局，形成多條氣流通道（如圖3），利于夏季通風和冬季防風。

圖3 住區(qū)氣流走向示意

3.4 住區(qū)景觀環(huán)境

住區(qū)空間設計強調人工環(huán)境與自然環(huán)境的有機結合，自然過渡，結合不同交通方式、交通流向，建筑組群采用不同尺度、不同排列走向，形成全方位、多角度的觀景場所，以及全天候、動態(tài)的城市輪廓線。

3.4.1 住區(qū)水環(huán)境

由于住區(qū)地處湯河水濱，水環(huán)境自然是小區(qū)建設的重點。方案設計將湯河水引入住區(qū)東西兩側（如圖4），并使水流穿越每個組團。根據(jù)不同住宅組群的尺度、性質確定水流駁岸的形態(tài)（如圖5、圖6），豐富其視覺效果，體現(xiàn)人性化設計。西區(qū)場地呈小半島狀地形，使住宅組群三面環(huán)水。半島公共綠地的縱軸從湯河大橋引入，自高層建筑遠眺可目及湯河入?？?。這樣的設計將自然的水體融入小區(qū)中，創(chuàng)造了多樣性的居住空間環(huán)境和富于變化的景觀環(huán)境效果，同時借助水體的蒸發(fā)作用可以降低建筑物的周圍溫度，為住區(qū)提供濕潤的空氣，形成舒適的外部物理環(huán)境。

圖4 住區(qū)水系走向示意

圖5 住區(qū)生態(tài)駁岸設計示意圖

圖6 住區(qū)生態(tài)駁岸設計示意圖

3.4.2 住區(qū)綠地系統(tǒng)

住區(qū)綠地建設充分利用小區(qū)內的自然地勢，通過道路綠化聯(lián)系公共綠地、宅旁綠地，構建一種“點、線、面”相結合的網絡化、立體化的生態(tài)綠地系統(tǒng)。該系統(tǒng)的構建不僅可以利用綠色植物自身生理作用來調節(jié)住區(qū)小氣候，同時可以通過不同種類及形態(tài)植被的搭配為小區(qū)增添多樣化的景觀效果。

3.4.3 臺地結合微地形設計

運用臺地從南向北逐步抬高場區(qū)的地形，增加了空間的層次感，并使景觀逐步延伸，并實現(xiàn)了小區(qū)景觀的共享性；同時結合微地形設計，使小區(qū)場地高低起伏錯落有致，曲線平緩而舒展，增添了小區(qū)景觀性，并使整個小區(qū)的規(guī)劃構圖更加統(tǒng)一完整。

4 結語

從設計的過程來看，被動形態(tài)設計通過整合各種元素，在設計過程中充分考慮“和諧”利用自然能源，并將這種利用體現(xiàn)在建筑形態(tài)的表達中。因此，無疑對建筑師提出了更高的要求，建筑師應在設計的構思和概念設計階段思考如何處理好建筑設計與自然能利用之間的關系，并將其融入到住區(qū)建筑的整體性設計之中，只有這樣才可以變“被動”為“主動”，有效提高資源的利用率，實現(xiàn)建筑節(jié)能降耗。目前，我國住區(qū)建筑生態(tài)化設計還出于初級階段，被動設計的理念在建筑設計的應用是實現(xiàn)住區(qū)的生態(tài)化的一種有益探索。

[1]潘堅力、陳賽居.居住建筑節(jié)能設計[J].中外建筑，2006，10（5）：49-52.

[2]朱錫金.21 世紀人類生態(tài)住區(qū)規(guī)劃述要[J].城市規(guī)劃匯刊，1994（5）：39-41.

[3]白德懋.居住區(qū)規(guī)劃與環(huán)境設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993：200-212.

[4]宋德萱.建筑環(huán)境控制學[M].南京：東南大學出版，2003：195-197.