被動式建筑技術(shù)在澳門的發(fā)展與應(yīng)用策略研究

鄭亮，陳以樂

（澳門科技大學(xué)人文藝術(shù)學(xué)院）

1 引言

2015年，中國綠色建筑與節(jié)能（澳門）協(xié)會出版了《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)（澳門版）》，根據(jù)澳門的氣候、環(huán)境、城市形態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，提供了綠色建筑的技術(shù)依據(jù)[1]。同年，里斯本高等理工學(xué)院的學(xué)者艾米利奧·達(dá)康塞桑撰寫的學(xué)位論文《澳門可持續(xù)建筑：綠色娛樂場》，分析了澳門建筑的環(huán)境性能并建立了可持續(xù)建筑和環(huán)境舒適性的理論框架，展開了澳門本土可持續(xù)建筑研究的方向[2]。目前，澳門對被動式建筑技術(shù)的研究還處于初步階段，在國家雙碳目標(biāo)的號召下，被動式建筑作為無源技術(shù)，對澳門可持續(xù)建筑的發(fā)展起到重要意義。

2 背景概況

澳門的被動式建筑設(shè)計(jì)應(yīng)因地適宜，兼顧澳門本地氣候、資源、生態(tài)環(huán)境、地域文化、經(jīng)濟(jì)水平、既有建筑、政策規(guī)范等因素。尤其注重建筑場地的自然生態(tài)環(huán)境，建筑的發(fā)展不以人的意志轉(zhuǎn)移，應(yīng)以自然性、生態(tài)化與環(huán)境共生為最高的目標(biāo)，追求建筑活動中利用再生能源的可能性為主流[3]。因此針對澳門的特殊氣候條件，需要對場地規(guī)劃、空間及圍護(hù)結(jié)構(gòu)、集熱及儲熱、通風(fēng)降溫與遮陽進(jìn)行分析。

澳門位于北回歸線以南約140km，屬于亞熱帶濕熱氣候區(qū)，北臨廣東省珠海市，南朝中國南海熱帶海洋氣候區(qū)，受亞洲大陸中高緯度大氣環(huán)流和海洋低緯度大氣環(huán)流的影響。因獨(dú)特的地理位置，形成了澳門氣溫高、平均風(fēng)速大、相對濕度高、降雨量大等氣候特點(diǎn)。

3 場地策略

在澳門夏熱冬暖的氣候條件下，建筑應(yīng)具有通風(fēng)、遮陽及采光的作用，以提高室內(nèi)空間的舒適性，同時具有一定的抵御自然災(zāi)害的功能。

3.1 場地避災(zāi)

澳門夏季臺風(fēng)多發(fā)，容易發(fā)生城市洪澇災(zāi)害，應(yīng)避免建筑位于低谷或低洼地區(qū)，可以通過墊高地形或建于地形的高點(diǎn)上，并種植抓地力較好的植物，防止水土流失和山體滑坡，如圖1a和圖1b所示。澳門西望洋山的高點(diǎn)上建有西望洋圣堂（見圖1c），選址的原因除了宗教的因素外，同時還具有抵御城市洪澇災(zāi)害的作用。

圖1 降雨對山體不同位置建筑的影響

3.2 場地遮陽

太陽直射是建筑內(nèi)部過熱的主要原因，為了避免太陽直射，建筑的位置非常重要。在太陽輻射的高峰期，圖2a暴露在陽光下，不利于建筑的降溫散熱，圖2b的建筑位于山體的背陰面，對建筑的遮陽更有利。圖2c為澳門望廈山腳的鏡湖醫(yī)院慈善會，位于山體的背陰面，有效避免了太陽直射。

圖2 太陽路徑對山體不同位置建筑的影響

在城市環(huán)境中，不僅會有陽光直射問題，高密度住區(qū)的既有建筑同時也會折射陽光，形成微氣候，加劇太陽光照對建筑和公共空間的影響，如圖3a所示。因此需要改變建筑形態(tài)及改善公共空間環(huán)境，坡屋頂可以避免陽光折射對建筑的影響，植物的種植可以抑制陽光，利用植物的蒸騰效應(yīng)促進(jìn)空氣流通并降低空氣溫度。圖3c為澳門大圣圍，建筑的坡屋頂降低了陽光折射對周邊建筑的影響。

圖3 植物和建筑形態(tài)對光照的影響

3.3 場地通風(fēng)

對場地風(fēng)環(huán)境的研究有利于改善建筑的通風(fēng)狀況，從而降低對空調(diào)設(shè)備的依賴，尤其是在澳門炎熱的夏季。圖4a建筑位于山體的背風(fēng)面，不利于建筑的自然通風(fēng)，圖4b建筑位于山體的迎風(fēng)面，提高了自然通風(fēng)的效率。圖4c為澳門西望洋山，經(jīng)實(shí)地調(diào)研，其東西兩側(cè)的建筑通風(fēng)量具有明顯的差異。

圖4 風(fēng)在山坡上對建筑的影響

建筑與主導(dǎo)風(fēng)的方向也非常重要，圖5a的建筑群垂直于主導(dǎo)風(fēng)向，形成了風(fēng)屏障，阻礙后方建筑的自然通風(fēng)。圖5b的建筑水平于主導(dǎo)風(fēng)向，具有良好的通風(fēng)效果。圖5c為澳門大三巴街，街道兩側(cè)建筑水平于主導(dǎo)風(fēng)向，自然通風(fēng)狀況較好。

圖5 建筑朝向和布局對自然通風(fēng)的影響

此外，建筑群的周邊有高層建筑阻擋自然通風(fēng)的路徑時，也會導(dǎo)致通風(fēng)不佳，如圖6a所示。因而需要調(diào)整高層建筑的位置，使其更有助于建筑的自然通風(fēng)狀況，如圖6b所示。圖6c為澳門下環(huán)片區(qū)，高層建筑位于場地西南側(cè)，避免阻擋通風(fēng)路徑。

圖6 高層建筑對自然通風(fēng)的影響

3.4 空間及圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑由于方位的差異，接收到的太陽輻射也不盡相同，當(dāng)集熱方位角過大時，會導(dǎo)致太陽輻射量減少，直接影響建筑的自然采光，因此為了盡可能多的接收太陽輻射，應(yīng)使建筑朝向偏南側(cè)。通過Au‐todesk Ecotect的軟件模擬，推算出建筑最佳朝向?yàn)檎掀珫|7.5°。此外，在《被動式太陽能建筑技術(shù)規(guī)范》中建議建筑朝向控制在正南偏東或西15°范圍內(nèi)，超過此范圍會影響冬季利用太陽能采暖的效果，且容易導(dǎo)致其他季節(jié)室內(nèi)氣溫過熱。

開啟門窗的洞口有利于組織穿堂風(fēng)，增加自然通風(fēng)量，保持空氣流通順暢和提升空氣質(zhì)量，如澳門鄭家大屋，入風(fēng)窗與出風(fēng)窗正對，形成良好的空氣對流，同時設(shè)有百葉窗和亮子等建筑構(gòu)件，在通風(fēng)的同時兼顧遮陽的效果。此外，合理調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)入風(fēng)口和出風(fēng)口的大小有利于調(diào)節(jié)空氣流速。當(dāng)建筑位于主導(dǎo)風(fēng)向時，入風(fēng)口面積大于出風(fēng)口面積，有利于增加空氣流速，提升空氣質(zhì)量。

3.5 通風(fēng)降溫與遮陽

澳門嶺南傳統(tǒng)民居多設(shè)有天井和中庭等自然通風(fēng)的措施。太陽輻射通過天井進(jìn)入建筑室內(nèi)，使建筑內(nèi)空氣比室外空氣溫度高，由于空氣升溫密度降低，從而利用熱壓形成煙囪效應(yīng)，達(dá)到被動式通風(fēng)降溫的效果。

澳門傳統(tǒng)建筑無論是西式還是中式都常用百葉窗作為外遮陽的構(gòu)件。其作為水平式構(gòu)件的一種，相比垂直式、格子式和表面式，不僅容易安裝，且不會對冬季接收太陽輻射造成較大阻礙，靈活的百葉利于調(diào)整遮陽的角度，從而達(dá)到最佳的遮陽效果。

淺色的墻壁將反射大部分的太陽輻射，降低墻體的熱傳導(dǎo)，從而降低室內(nèi)溫度。如澳門茨林圍的民居建筑大部分在建筑墻體安裝了反光金屬材料，以防熱量傳導(dǎo)到建筑內(nèi)部，同時還具有加固墻壁以免熱空氣滲入墻壁及雨水滲透的作用，避免潮濕空氣在墻體形成冷凝水。

4 結(jié)論與建議

被動式建筑技術(shù)自古以來一直存在，隨著現(xiàn)代便利設(shè)施設(shè)備的普及，大眾一度忽視了被動式的節(jié)能措施，然而伴隨不可再生能源供應(yīng)緊張及全球變暖，大眾對環(huán)境及節(jié)能問題逐漸重視起來，同時，在雙碳目標(biāo)的號召下，被動式建筑技術(shù)迎來了普及和發(fā)展的機(jī)遇。

目前，澳門的現(xiàn)代建筑對于被動式建筑技術(shù)的應(yīng)用較少，但澳門存在本地能源短缺，過度依賴進(jìn)口等問題，被動式建筑技術(shù)擁有成熟的技術(shù)積累和多種國際認(rèn)證指標(biāo)，采用被動式建筑技術(shù)不僅可以降低對能源的依賴，并且有利于實(shí)現(xiàn)碳中和的國家目標(biāo)，打造綠色旅游城市的品牌，因此急切需要展開對被動式建筑的本地化研究，全面普及被動式建筑技術(shù)，結(jié)合澳門特殊的氣候特征及人文習(xí)俗，利用澳門的國際平臺，嘗試多種被動式建筑的新材料和新技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)及施工，推動澳門綠色旅游城市的建設(shè)。