基于被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的寒地住宅設(shè)計(jì)探索*
——以長春市某小區(qū)住宅設(shè)計(jì)為例

蘇　鵬，湯仁赫，韋寶畏

基于被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的寒地住宅設(shè)計(jì)探索*
——以長春市某小區(qū)住宅設(shè)計(jì)為例

蘇鵬，湯仁赫，韋寶畏

（吉林建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130118）

被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域的重要課題。在分析長春地區(qū)氣候特征的基礎(chǔ)上，通過住宅朝向的選擇、體形系數(shù)的控制、群體布局的形式和戶型設(shè)計(jì)等方面探討了被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略在寒地住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，以期能為寒地其它地區(qū)居住建筑的設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

被動(dòng)式；寒地；住宅設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于居住環(huán)境品質(zhì)的要求不斷提高，住宅設(shè)計(jì)的理念也由最初的“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”逐漸向“綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能”轉(zhuǎn)變。這極大地促進(jìn)了被動(dòng)式建筑在我國的發(fā)展與應(yīng)用。被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)是指建筑方案設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)建筑所在地的區(qū)域氣候特征，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)的基本原理，綜合建筑功能、形態(tài)等需要，合理組織和處理各建筑元素，使建筑物具有較強(qiáng)的氣候適應(yīng)和氣候調(diào)節(jié)能力［1］。這種建筑可以用非常小的能耗將室內(nèi)調(diào)節(jié)到合適的溫度，不僅符合現(xiàn)代住宅設(shè)計(jì)的理念，而且有利于節(jié)能環(huán)保，是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域中的重要課題之一。

圖1　地段位置示意圖

筆者擬以長春市朝陽區(qū)前進(jìn)大街以西，湖光路以南，前進(jìn)西街以東地段（如圖1所示）的住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)為例，探討被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的應(yīng)用，以期能為東北寒地居住建筑的被動(dòng)式設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

1　長春地區(qū)的氣候特征

長春地處中國東北平原腹地，地勢平坦開闊，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，在建筑氣候分區(qū)上屬于嚴(yán)寒地區(qū)的范圍。氣溫自東向西遞增，降水自東向西遞減。春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷漫長，具有四季分明，雨熱同季，干濕適中的氣候特征。長春市年平均氣溫4.8℃，最高溫度39.5℃，最低溫度-39.8℃，日照時(shí)間2，688小時(shí)。夏季，東南風(fēng)盛行，也有渤海補(bǔ)充的濕氣過境。年均降水量522～615亳米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最熱月（7月）平均氣溫23℃。秋季，可形成持續(xù)數(shù)日的晴朗而溫暖的天氣，溫差較大，風(fēng)速也較春季?。?］。氣溫和風(fēng)環(huán)境對(duì)寒地住宅設(shè)計(jì)影響較大，直接影響到建筑朝向的選擇。因此，從住宅建筑節(jié)能基本要求出發(fā)，運(yùn)用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)策略，營造良好舒適的室內(nèi)環(huán)境就成為當(dāng)?shù)刈≌O(shè)計(jì)所必須考慮的重要問題。

2　被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略在住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

通過對(duì)長春地區(qū)氣候因素的分析，形成了住宅建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)的基本思路。即，通過選擇利于節(jié)能的建筑朝向，再結(jié)合日照間距要求對(duì)住宅布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)熱輻射量、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積、室內(nèi)外換氣量等影響住宅能耗的基本因素，對(duì)住宅體型系數(shù)進(jìn)行控制和優(yōu)化。同時(shí)，通過住宅室內(nèi)設(shè)置陽光房增加緩沖空間以及將陽光房、豎廳、開敞廚房設(shè)置成南北一線式組織穿堂風(fēng)的方式，對(duì)室內(nèi)外換氣量進(jìn)行控制。

2.1朝向的選擇

住宅建筑朝向的選擇首先應(yīng)考慮冬季能爭取更多的太陽輻射熱和夏季防止過多的太陽輻射熱，同時(shí)考慮避開冬季寒風(fēng)和便于夏季通風(fēng)散熱的要求。前文提到長春地處嚴(yán)寒地區(qū)，因此，建筑朝向的選擇必須考慮住宅能夠充分獲得冬季日照同時(shí)避開冬季寒風(fēng)的滲透這個(gè)關(guān)鍵問題。通過計(jì)算，筆者得出長春地區(qū)夏季得熱最多的朝向?yàn)槲髌?0.14°或東偏北10.14°。因此，為減少夏季長時(shí)間的日曬，宜使住宅山墻朝向西偏北10.14°或東偏北10.14°。同時(shí)，應(yīng)考慮盡量避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向——西北風(fēng)，以減少建筑空氣滲透熱量，而選擇朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向——東南風(fēng)以利于建筑散熱通風(fēng)。基于對(duì)住宅得熱和通風(fēng)的綜合權(quán)衡，筆者認(rèn)為長春地區(qū)居住建筑朝向宜選擇南至西偏南10.14°或南至東偏南10.14°之間。再者，考慮到嚴(yán)寒地區(qū)避開冬季寒風(fēng)——西北風(fēng)為基本設(shè)計(jì)要求，故該地區(qū)住宅建筑最佳朝向應(yīng)確定為東偏南10.14°比較合理（如圖2所示）。這個(gè)朝向雖說解決了避開冬季寒風(fēng)的要求，但對(duì)夏季良好通風(fēng)散熱效果的取得稍顯不足，為此需通過其它方式加以解決?？梢?，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中建筑朝向的選擇需要運(yùn)用整體系統(tǒng)思維，與其它因素一起考慮以權(quán)衡利弊，片面的追求最佳建筑朝向，并不能取得良好的效果。

圖2　住宅朝向選擇示意圖

2.2體型系數(shù)的控制

由于地段條件的制約，規(guī)定該小區(qū)住宅為6層。根據(jù)《嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑的體形系數(shù)限值表》（見表1）可知，該小區(qū)住宅體型系數(shù)不宜大于0.30?？紤]到本小區(qū)住宅為6層，可不設(shè)電梯，故建筑高度以17m為宜，長度則以長春地區(qū)建筑伸縮縫間距規(guī)定設(shè)置為60m為宜，由此可大致推算出住宅寬度宜大于9.6m。

表1　嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)居住建筑的體形系數(shù)限值表［3］建筑層數(shù)

該小區(qū)最終設(shè)計(jì)的住宅高度約為17m，長度約為44m，寬度約為12m。將其代入上面建筑體形系數(shù)公式，可計(jì)算得出該小區(qū)單體住宅體型系數(shù)約為0.27，符合規(guī)定值，說明該住宅體型較為平整，十分有利于冬季保溫。

2.3群體布局的形式

影響建筑群體空間布局的氣候因素主要有風(fēng)向、日照、氣溫、降雨或降雪。通常來講，住宅群體平面組合形式主要有點(diǎn)群式、行列式、周邊式、院落式、混合式、自由式等六種基本方式［3］?？紤]到長春地域氣候的特殊性，為保證居室日照時(shí)間滿及良好通風(fēng)，故一般選擇行列式或自由式布置。行列式布局形式極易在建筑背風(fēng)面形成風(fēng)陰影，通風(fēng)不暢，雖對(duì)冬季防風(fēng)作用顯著，但難以滿足建筑夏季通風(fēng)要求。自由式布局形式可使建筑與室外風(fēng)向形成不同夾角，避免住宅區(qū)內(nèi)室外風(fēng)環(huán)境的不均勻性從而降低熱損失。但須引起注意的是，布局開敞的自由式空間不利于冬季防風(fēng)。所以，在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向處布局盡量開敞，而在冬季主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向處將建筑群體布局盡可能封閉［4］。

本設(shè)計(jì)住宅層高2.8m，所以建筑高度約為17m。根據(jù) 《長春市生活居住建筑日照管理暫行辦法》第十六條規(guī)定，筆者計(jì)算得出日照間距應(yīng)在33m以上。在此基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)將住宅在場地東南向布置成自由式布局，在西北向布置成行列式布局，如圖3所示。這樣既利于夏季通風(fēng)又利于冬季保溫，一舉兩得。

圖3　總平面示意

2.4住宅戶型設(shè)計(jì)

嚴(yán)寒地區(qū)的建筑節(jié)能核心是在降低冬季采暖能耗基礎(chǔ)上兼顧夏季降溫要求。其中，熱環(huán)境需求量和采光量是影響房間布局的主要因素。臥室是主要居住空間，而起居室是除臥室之外的第二活動(dòng)空間。它們對(duì)熱需求和采光需求較高。而廚房、衛(wèi)生間對(duì)室內(nèi)釆光要求相對(duì)較低。綜合分析可知，居住空間的主次排序?yàn)椋褐髋P室、起居室、次臥室、衛(wèi)生間、廚房。因此，在戶型設(shè)計(jì)中宜將臥室和起居室集中布置，廚房和衛(wèi)生間集中布置。根據(jù)以上原則，筆者對(duì)戶型進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)，將起居室和主臥室朝南設(shè)置，并將廚房、餐廳、起居室三室相串，且增加室內(nèi)花園作為緩沖空間，最后將衛(wèi)生間布置在次要方位的角落處。此外，A戶型中北向的衛(wèi)生間設(shè)計(jì)成三分離式布局，將使住戶的生活舒適性得到一定提高。如圖4所示。

圖4　戶型設(shè)計(jì)

在通風(fēng)設(shè)計(jì)方面，如果在南北方向上沿同一軸線對(duì)開風(fēng)口時(shí)，風(fēng)會(huì)沿著直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)氣流活動(dòng)比較明顯，風(fēng)速較大，而且在偏離軸線的地方氣流量非常小。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的距離加大時(shí)，風(fēng)壓差會(huì)因此而加大，在室內(nèi)空間容易形成絮流，房間內(nèi)的空氣沿著四周的墻體而環(huán)流，避免了通風(fēng)死角的形成［4］。因此，可將室內(nèi)花園（陽光間）、客廳、餐廳、廚房進(jìn)行一線式布局，組織通風(fēng)形成穿堂風(fēng)并帶動(dòng)兩側(cè)房間的通風(fēng)，此外，門窗洞口的高度也是影響住宅室內(nèi)空間氣流的一個(gè)重要因素。通過將客廳窗洞口高度控制在人正常坐臥的高度附近，即離地高度不大于臥室窗臺(tái)高度。這樣，氣流的活動(dòng)范圍在住戶活動(dòng)范圍內(nèi)，起到通風(fēng)效果。

考慮到長春冬季嚴(yán)寒的氣候特性，筆者在戶型設(shè)計(jì)中引入緩沖空間的概念。這里的緩沖空間是為防溫差過大而設(shè)置的特殊空間。一般而言，該空間中人的活動(dòng)量較小，在住宅戶型設(shè)計(jì)中，可通過將廚房和凹陽臺(tái)稍作處理就能符合上述要求。將凹陽臺(tái)改成室內(nèi)花園，這樣既提升了居者的生活品質(zhì)又有利于冬季保溫和夏季通風(fēng)散熱；把廚房的門做成大面積的推拉式玻璃門，由于廚房作業(yè)的短暫性和非持續(xù)性，故可選擇合適的時(shí)間通過推拉門的啟閉來控制室內(nèi)的保暖和通風(fēng)散熱，并可將室內(nèi)花園和廚房設(shè)置為一級(jí)緩沖空間，餐廳和客廳設(shè)置為二級(jí)緩沖空間（如圖5所示），這樣可使臥室與書房獲得較好的保溫效果。

圖5　緩沖空間的設(shè)置

3　結(jié)語

綜上，通過對(duì)長春地區(qū)氣候特征的分析，結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑節(jié)能要求，以長春市某小區(qū)住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，通過住宅朝向的選擇、體形系數(shù)的控制、群體布局的形式和戶型設(shè)計(jì)等方面探討了被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略在寒地住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，以期能為寒地其它地區(qū)居住建筑的設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

［1］ 夏偉.被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的適用性研究［J］.建筑學(xué)報(bào)，2009，（S1）：9-11.

［2］ 孫楠楠.長春市既有居住建筑節(jié)能構(gòu)造體系研究——以長春市既有住宅建筑為例［D］.長春：吉林建筑大學(xué)，2015.

［3］ 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ26-2010）［Z］.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］ 胡紋.居住區(qū)規(guī)劃原理與設(shè)計(jì)方法［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［5］ 趙夏.住宅建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2013.

F287.8

吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201410191005）。