寒冷地區(qū)共享空間形態(tài)布局的低能耗設(shè)計研究

侯寰宇，黃瓊，高瑩 /HOU Huanyu, HUANG Qiong, GAO Ying

引言

共享空間作為一種成熟、有效的空間組織形式已廣泛應(yīng)用于各類公共建筑之中，并且對建筑空間品質(zhì)的提升和人們生活環(huán)境的改善起著顯著作用。共享空間高大通透和多位于室內(nèi)外邊界的空間環(huán)境特性既是它的空間優(yōu)勢，也使其成為受外部氣候條件影響波動最大的室內(nèi)空間類型。為了應(yīng)對復(fù)雜多樣的氣候條件，共享空間的低能耗設(shè)計也須因時因地制宜。

結(jié)合我國氣候區(qū)劃分和建筑熱工設(shè)計分區(qū)對于不同地區(qū)建筑的設(shè)計要求，本文以寒冷地區(qū)中既需要滿足冬季保溫要求，又要兼顧夏季防熱的IIA1）區(qū)域的公共建筑共享空間作為研究對象，這一氣候區(qū)具有顯著的冬冷夏熱特點，且冬夏持續(xù)時間較長，嚴苛的氣候特點對建筑節(jié)能設(shè)計提出了更高的要求。同時，這一地區(qū)也正是當(dāng)前建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快、建筑耗能最大的區(qū)域之一，冬冷夏熱的雙極氣候特點使共享空間的舒適度和能耗問題日益突出，高大通透的室內(nèi)空間由于設(shè)計不當(dāng)往往會成為建筑中的能耗主體。共享空間的形態(tài)布局作為整體建筑形態(tài)生成的重要組成部分，是外部氣候與內(nèi)部空間互動影響最為緊密的設(shè)計因素，是建筑響應(yīng)地域氣候，實現(xiàn)低能耗目標(biāo)的關(guān)鍵。同時，它也對整體的建筑形態(tài)和諸多空間要素有著重要的影響，是建筑空間節(jié)能設(shè)計的首要考慮因素，因此在方案設(shè)計階段應(yīng)較早的考慮。當(dāng)前的研究多集中于中庭這一典型共享空間類型，但在實際設(shè)計中共享空間已不僅限于被主體建筑包圍或具有強烈中心性特質(zhì)的中庭空間形式，通高室內(nèi)商業(yè)街、入口共享門廳、空中庭院和大型集合空間等空間形式已在各類公共建筑中產(chǎn)生。目前對于這些日益多樣化和復(fù)雜化空間形態(tài)布局的低能耗設(shè)計關(guān)注較少。本文希望通過對不同布局類型共享空間的性能特點進行分析，全面把握共享空間形態(tài)布局的類型特點，以期幫助建筑師在方案設(shè)計階段提前做出能耗影響程度和節(jié)能潛力的預(yù)判，為實現(xiàn)整體建筑及空間的生態(tài)節(jié)能奠定良好的基礎(chǔ)條件。

1 基于能量控制的共享空間形態(tài)布局類型分析

傳統(tǒng)建筑類型學(xué)在方法應(yīng)用上的核心，是對類型的提取與類型轉(zhuǎn)換，其基礎(chǔ)是原型的選擇。對于共享空間的布局類型有過多種分類方式的研究，其中理查·薩克森將其基本形式分為：簡單型（單向、雙向、三向、四向、條形）、綜合型（聯(lián)接、基座、多向、多層垂直）[1]（圖1-a）。邁克爾·貝德納運用相同的分類方法，雖然拓展出了“新中庭”（new atrium）這一概念，但類型劃分則更加簡潔明晰，主要歸納為：圍合式、側(cè)面開放式、線型、組合式、局部式5種類型[2]（圖1-b）。上述兩種分類方法主要以空間組合的基本形式進行分類，之后的研究也多基于此種分類方式，還有一些根據(jù)空間物理性能影響的分類方式，如從采光、溫度控制，以及空調(diào)負荷等方面的空間分類，Dennis Ho[3]、W.Y.Hung[4]從室內(nèi)光熱環(huán)境性能方面，將這一空間概括為核心式、半圍合式、附加式、線型4種常用基本類型（圖1-c）。光熱作為主要的自然能量，它們的利用與引導(dǎo)是維持一定舒適要求的關(guān)鍵，建筑氣候的實質(zhì)就是能流控制[5]，因此基于能量控制的空間布局類型研究對共享空間的低能耗設(shè)計意義重大，設(shè)計中應(yīng)當(dāng)首先關(guān)注空間布局對建筑空間能量分布的影響。由此看來，共享空間與主體建筑的相互依附關(guān)系，以及界面屬性共同構(gòu)成影響空間性能的主要因素，也成為建筑形式的主要驅(qū)動因素之一，它們在建筑中的分布與構(gòu)成成為基于能量控制的共享空間類型劃分的主要依據(jù)?？偨Y(jié)前人的研究基礎(chǔ)，并結(jié)合共享空間的多元化和復(fù)合化的發(fā)展趨勢，本文將共享空間分為5種單一空間布局類型和4種空間組合方式，不同的布局類型和組合方式都有著明顯的空間和性能特點。目前，大多數(shù)共享空間都可概括為這幾種類型或在此基礎(chǔ)上衍生出的空間形式（表1）。

1 “共享空間”分類研究（圖片來源：作者根據(jù)理查·薩克森、邁克爾·貝德納、Dennis Ho 的著作和文章繪制）

表1 共享空間布局類型的空間性能特點

單一共享空間主要包括核心式、嵌入式、貫通式、并置式和外包式5種基本類型，在這幾類空間布局之中，核心式和嵌入式由于適應(yīng)性最廣，在各類公共建筑共享空間中應(yīng)用最為普遍，貫穿式近年來在辦公和商業(yè)建筑中應(yīng)用越來越多，而并置式和外包式布局由于體現(xiàn)出與周邊環(huán)境較強的互動，通常應(yīng)用于具有良好景觀的建筑或體量較大的地標(biāo)性建筑中。

諸多大型公共建筑中已不限于單一類型共享空間的布局，而會將多個共享空間組合在一個建筑之中，它們之間既相互獨立又彼此呼應(yīng)。組合方式既消除了單一共享空間常常不可避免的超大尺度，創(chuàng)造多個宜人尺度的空間，又可給使用者帶來豐富多樣的空間體驗。它們之間并非孤立存在，通常具有一定的關(guān)聯(lián)秩序，從組合方式上可歸結(jié)為“并聯(lián)式”和“串聯(lián)式”兩種類型。而且每一種類型也都有水平和豎向兩種組合方式。多個共享空間的組合多應(yīng)用于大進深和高層公共建筑之中。

建筑的空間布局是建筑設(shè)計的基本問題，它與場地關(guān)系、建筑造型、功能組織有著密切的關(guān)聯(lián)。從建筑節(jié)能設(shè)計的角度來看，空間布局類型、空間朝向和空間組合方式是影響整體建筑物理環(huán)境和建筑能耗的主要因素，也成為建筑適應(yīng)氣候最為直接、有效的手段。因此，共享空間形態(tài)布局的性能分析對于整體建筑的節(jié)能設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

2 具有節(jié)能潛力的布局選型

寒冷地區(qū)冬夏季節(jié)巨大的差異性，使共享空間的能量控制在兩個季節(jié)呈現(xiàn)相反的需求。反映在空間布局上體現(xiàn)出不同類型共享空間抵御氣候變化的能力，具體表現(xiàn)在各布局類型在氣候環(huán)境影響下的節(jié)能潛力和能耗差異。

2.1 布局類型對物理環(huán)境的影響

共享空間在建筑中的位置決定了主體建筑的采光受益程度，圍合程度越高，共享空間與主體建筑的接觸面積越大，引入的自然光可以最大化地貢獻給周邊空間，將會有效地提高整體建筑的采光性能，降低照明能耗。自然光的引入也伴隨著太陽輻射熱的室內(nèi)外傳遞，因此高大通透的共享空間受室外氣候變化影響較為明顯。從共享空間的布局類型來看，其不同的圍護界面面積和相應(yīng)的空間圍合程度，體現(xiàn)了抵御氣候波動性的能力。相關(guān)研究表明[3]，共享空間外表面積越小，它與外部氣候之間通過空氣傳導(dǎo)進行的熱交換就越低，內(nèi)部空間受外部氣溫波動的影響就越小。室內(nèi)自然通風(fēng)是降低室溫、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要手段，通高的共享空間所產(chǎn)生的熱壓力差易于形成熱壓通風(fēng)效應(yīng)，為大體量、大進深公共建筑的自然通風(fēng)提供了條件，整體建筑的通風(fēng)效能還取決于主體建筑的形體和朝向、以及外部風(fēng)向、風(fēng)力的變化等多種因素。由于冬夏兩極的寒冷地區(qū)不舒適指數(shù)較高，在室外空氣環(huán)境不舒適狀態(tài)下應(yīng)盡量避免自然通風(fēng)，而適宜自然通風(fēng)的春秋季又較為短暫，因此共享空間自然通風(fēng)的節(jié)能潛力發(fā)揮有限。建筑師在共享空間節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)優(yōu)先考慮影響能耗較大的和相對容易把控的光熱環(huán)境的節(jié)能潛力，然后在此基礎(chǔ)上考慮相對容易調(diào)控的自然通風(fēng)方式。

表2 布局類型能耗模擬參數(shù)信息表

2.2 布局類型的能耗排序

運用能耗模擬軟件 Design Builder V4.5 定量地分析單一共享空間布局類型對建筑能耗的影響。通過能耗模擬數(shù)據(jù)的分析比對，可以得出各布局類型對建筑能耗的影響規(guī)律。盡管標(biāo)準模型的設(shè)置2）具有一定的局限性，但是對于設(shè)計初期的判斷和方案的發(fā)展還是能夠起到一定作用[6]（表2）。

從總能耗來看，各空間布局類型的總能耗從低到高依次為核心式＜嵌入式＜貫通式＜并置式＜外包式。但隨著建筑空間高度的增加，各布局類型的能耗差別越來越小。當(dāng)高寬比超過3:1（60m）時，核心式布局的總能耗由于照明能耗的顯著增加而開始逐漸高于嵌入式布局的總能耗（圖2）。天窗的開窗率對空間布局類型的能耗排序也有一定的影響，以5層共享空間為例，當(dāng)天窗面積從100%逐漸減小，可以發(fā)現(xiàn)各布局類型建筑能耗都逐漸遞減，當(dāng)天窗開窗率小于20%之后，核心式和貫通式出現(xiàn)拐點，建筑能耗開始快速上升，因為這兩種空間類型主要以天窗采光為主（圖3）。因此，當(dāng)核心式和貫通式在保持一定的天窗開窗比（≥20%）的情況下，也并不影響布局類型的能耗排序。而嵌入式、并置式和外包式因為有較多的側(cè)界面采光，天窗大小對其照明能耗影響并不明顯，由此也可看出對于這3種布局類型適當(dāng)降低天窗開窗率，仍然可以在保證室內(nèi)采光性能的同時降低建筑能耗。

2共享空間布局類型的空間性能特點

現(xiàn)在相同設(shè)計條件下（面積、體積、開窗率、材料等），核心式、嵌入式和貫通式共享空間的能量利用效率較高，節(jié)能潛力較大。這主要體現(xiàn)在它們的布局多深入到建筑內(nèi)部，因此可以有效地將自然能量引入建筑內(nèi)部，對于大體量和大進深的公共建筑來說，其先天的生態(tài)優(yōu)勢可以發(fā)揮得更加充分。

2.3 不利布局的節(jié)能補償手段

上述分析可以看出并置式和外包式共享空間與其他類型相比并不具有節(jié)能優(yōu)勢，但是其特殊的空間效果和形象特征常常成為設(shè)計的重要切入點。設(shè)計中如果采用并置式和外包式布局，那么這一類型的光、熱、風(fēng)環(huán)境需要相應(yīng)的性能優(yōu)化手段進行補償，以提高整體建筑的綜合性能。由于外表面積的增大，需要重點控制共享空間外圍護界面的材料性能和開窗比，以增強對不利氣候的抵御能力，而且重點是對夏季防熱、隔熱能力的提高。對于大體量主體建筑進深過大而導(dǎo)致的采光通風(fēng)問題，則可以與核心式、嵌入式共享空間進行組合，形成性能互補，做到有效補償。青島天人集團辦公樓為并置式共享空間，通過南向和西向的遮陽設(shè)備的合理調(diào)整，有效達到冬夏的光熱平衡。共享空間頂部加設(shè)排風(fēng)井，能夠在夏季形成熱壓通風(fēng)效果，消除空間過熱的不利影響（圖4）。北京僑福芳草地是集辦公、酒店和商業(yè)于一體的綜合體建筑，整體建筑外部采用透明的聚氟乙烯外殼覆蓋，作為外包式空間的表皮，為大廈建立一個塑造微型氣候的“環(huán)境外膜”。同時，建筑內(nèi)部圍繞通高的共享空間進行布局，形成了外包式與嵌入式的空間組合和性能聯(lián)動，從而可以通過較低能耗來維持內(nèi)部空間的舒適度（圖5）。

綜上，通過共享空間不同布局類型對于自然能量利用能力的分析，可以發(fā)現(xiàn)相同體積條件下，共享空間的表面積對于光熱能量的控制影響較大，通過比較也可發(fā)現(xiàn)，在寒冷地區(qū)，核心式和嵌入式共享空間的能量利用效率較高，節(jié)能潛力較大。共享空間的布局類型對于整體建筑能耗的影響較為明顯，不同布局類型的能耗差異可達整體能耗的10%以上。因此，在方案設(shè)計階段就應(yīng)重點考慮具有節(jié)能潛力的布局選型。

3 選擇合理的空間朝向

由于氣候要素在時空分布上的不均勻性，使得不同朝向的空間界面在接受外部能量資源方面存在著較大的差異，因此在結(jié)合氣候設(shè)計時，空間布局的朝向應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶栞椛?、主?dǎo)風(fēng)向等氣候要素進行總體設(shè)計。共享空間的朝向設(shè)計主要指空間采光面和通風(fēng)面的朝向，它對室內(nèi)的光、熱、風(fēng)環(huán)境影響很大，從氣候角度，主要根據(jù)太陽位置、風(fēng)向等因素來確定。由于共享空間的外界面多為玻璃幕墻，因此從其形態(tài)布局上看，除了核心式只有頂面采光外，其他每個類型都有東、南、西、北等多種可能的朝向情況。

3不同天窗開窗率的共享空間布局類型建筑能耗變化情況（2.3圖片來源：作者自繪）

4青島天人集團辦公樓剖面分析（圖片來源：夏偉，栗徳祥.綠色建筑的被動整合設(shè)計方法與實踐——以青島天人集團辦公樓為例[J] . 動感（生態(tài)城市與綠色建筑），2010(1):94-99）

表3 空間朝向能耗模擬參數(shù)信息表

3.1 空間朝向?qū)ξ锢憝h(huán)境的影響

在同一地區(qū)，建筑物表面各朝向所受到的太陽輻射隨季節(jié)的變化規(guī)律各不相同。以北京地區(qū)為例，不同月份各個朝向之間總輻射照度的比較，可以得到以下特點：水平界面在夏季接受太陽輻射得熱最多；垂直面上南向界面在冬季接受輻射得熱最多，而夏季南向要比東西向輻射得熱少；不論冬夏，北界面的太陽輻射得熱最少，西界面的輻射得熱都比東界面多。這是由于夏季太陽方位角和太陽高度角大，而冬季變小的原因（圖6）?？臻g的主要朝向與風(fēng)環(huán)境的關(guān)系，主要體現(xiàn)在空間的日照方向與風(fēng)向的配合關(guān)系上。寒冷地區(qū)夏季主導(dǎo)的東南風(fēng)，可以通過自然通風(fēng)降低空間室溫。冬季建筑在盡可能多地獲得太陽輻射的同時，也得使北向和西向免受冷風(fēng)的不利影響。根據(jù)日照和風(fēng)向條件對北京地區(qū)建筑空間界面朝向的建議是南偏西30o至南偏東30o之間為最佳朝向，北偏西30o至60o為不適宜朝向[7]。

3.2 空間朝向能耗排序

運用模擬軟件分析空間朝向?qū)ㄖ芎牡挠绊懀槍η度胧?、貫通式和并置?種類型做全年能耗模擬。嵌入式有單面?zhèn)认虿晒夂碗p面?zhèn)认虿晒鈨煞N基本類型，涉及到8個不同朝向的比較，貫通式主要考慮南北和東西兩個朝向的比較，并置式主要是4個朝向的比較（表3）。由于嵌入式和并置式主要比較的是側(cè)采光界面的不同朝向影響，因此不設(shè)置天窗，以避免天窗對于朝向?qū)δ芎挠绊懙母蓴_。貫通式主要依靠天窗采光，朝向影響是對共享空間走向引起的能耗變化，因此考慮100%的天窗開窗率。

能耗模擬結(jié)果可以看出，各布局類型共享空間的朝向?qū)δ芎牡挠绊懕憩F(xiàn)出一定的規(guī)律，向西界面的建筑能耗最高、東向次之，南、北向較小，這與之前的定性分析基本一致。能耗數(shù)據(jù)顯示，各空間布局類型內(nèi)不同朝向的照明能耗和制熱能耗差別不大，整體能耗的差異主要是由制冷能耗主導(dǎo)，可見寒冷地區(qū)需要重點做好夏季隔熱、遮陽等措施來降低制冷能耗。不同朝向的各布局類型中，核心式和南向嵌入式共享空間的能耗較低。對于單面?zhèn)认虿晒獾那度胧?，南、北向能耗?yōu)于東、西向。對于雙面?zhèn)认虿晒獾那度胧?，東南、東北優(yōu)于西南、西北向。對于貫通式共享空間，南北走向優(yōu)于東西走向。并置式共享空間也是南、北向優(yōu)于東、西向（圖7）。

5北京僑福芳草地剖面示意（圖片來源：徐騰，許松華. 僑福芳草地[J] . 建筑創(chuàng)作，2010(5): 202-211）

6北京地區(qū)建筑各朝向總輻射照度（圖片來源：劉念雄，秦佑國，建筑熱環(huán)境[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.）

7不同布局類型各朝向能耗比較（圖片來源：作者自繪）

8南澳大利亞健康和醫(yī)療研究中心（圖片來源：http://www.architectmagazine.com/design/buildings/south-australian-healthand-medical-research-institute-designed-by-woods-bagot_o ）

9德國柏林自由大學(xué)哲學(xué)系圖書館屋頂（圖片來源：https://lucreciadelpradodai.wordpress.com/2017/04/）

3.3 不利朝向的節(jié)能補償手段

不利的空間朝向可以通過其他影響因素的優(yōu)化補償來提高建筑的整體性能。若因其他設(shè)計條件或因素而選擇了不利的東、西朝向，則需要考慮相應(yīng)的有效遮陽措施。若選擇了北向，則要加強透明圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能。而對于大多數(shù)共享空間都會采用的頂部水平面采光，則應(yīng)重點關(guān)注夏季防、隔熱和冬季充分利用太陽輻射的平衡關(guān)系。南澳大利亞健康和醫(yī)療研究中心根據(jù)不同朝向的太陽輻射，以獨特的三角形斜肋架構(gòu)立面。在最大程度利用自然光同時，以不同的斜肋形式應(yīng)對朝向的不利影響，減少了不必要的熱量和眩光（圖8）。德國柏林自由大學(xué)哲學(xué)系圖書館整個屋頂按照日照輻射規(guī)律設(shè)計，東西向開窗比較小，南向最佳輻射區(qū)域布置光伏板。此處案例雖然并非都在寒冷地區(qū)，設(shè)計手法不能照搬，但是所選案例皆為考慮夏季防熱與冬季保溫的節(jié)能策略應(yīng)用，可以給寒冷地區(qū)共享空間低能耗設(shè)計以相應(yīng)的策略啟示和思路借鑒（圖9）。

經(jīng)過定性與定量結(jié)合分析可以看到，嵌入式和貫通式的整體能耗變化范圍不到總能耗的 1%，并置式因為外界面較多，受影響程度相對大，但總能耗變化也不到2%。由此看來，前提條件一致的情況下，不同布局朝向?qū)ㄖw能耗的影響程度并不太大。從不同朝向的冷熱負荷量來看，空間熱工能耗的優(yōu)化潛力還是很大的。

10環(huán)境國際公約履約大樓剖面分析（圖片來源：路斌等. 環(huán)境國際公約履約大樓的綠色實踐[J] . 動感（生態(tài)城市與綠色建筑），2011 (1)：93-103）

11考文垂大學(xué)圖書館剖面分析（圖片來源：參考文獻[9]）

4 突出性能優(yōu)勢的空間組合

隨著建筑技術(shù)的不斷推進，建筑師也在探索新的空間形式，立體化、復(fù)合化、巨構(gòu)化的共享空間在大型公共建筑中屢見不鮮，但不管共享空間的組合形式怎么變化，它們都脫離不了單一共享空間的基本構(gòu)成方式，它們所呈現(xiàn)的生態(tài)特性及能耗特征，某種程度上會反映出單一共享空間性能的疊加或補償，但隨著空間組合的復(fù)雜化也會呈現(xiàn)出整體性能變化的復(fù)雜性特征。由于界面形式的不確定性往往導(dǎo)致空間溫度和氣流分布規(guī)律較難把握，因此設(shè)計策略以對成功案例的設(shè)計思路進行歸納總結(jié)，初步探討具有性能優(yōu)勢的空間組合策略。

4.1 分區(qū)控制的空間組合

相互貫通的共享空間組合雖然更容易顯得空間高大有沖擊力，但是整個建筑內(nèi)部貫通空間過大，造成對能源的浪費；室內(nèi)空間過高，熱壓通風(fēng)作用明顯，也會導(dǎo)致局部風(fēng)速過大的不均勻分布情況，使得內(nèi)部物理環(huán)境難以控制。因此，規(guī)則布局、分區(qū)控制是突出性能優(yōu)勢的方法之一。通過共享空間與周邊空間界面的設(shè)計來實現(xiàn)空間熱環(huán)境的分區(qū)控制。合理分區(qū)并結(jié)合界面的材料設(shè)計，可以有效地控制建筑各區(qū)域的熱舒適度。通過限定開敞區(qū)域的范圍，可以控制空氣的流通速度及范圍?？勺兘缑婵梢韵薅ń缑骈_啟時間，以實現(xiàn)分時控制。需要自然通風(fēng)時打開界面，增強煙囪效應(yīng)；需要保暖時關(guān)閉界面，來減弱煙囪效應(yīng)[8]。北京的環(huán)境國際公約履約大樓平面布局圍繞東西兩個核心式共享空間展開，充分發(fā)揮高大空間自然采光與自然通風(fēng)相結(jié)合的優(yōu)勢，起到了調(diào)節(jié)和改善大進深建筑空間微氣候的作用（圖10）。英國考文垂大學(xué)圖書館建筑雖不在本文氣候區(qū)研究范圍內(nèi)，但其多個共享空間的組織方式及節(jié)能作用機制值得借鑒。在平面上以一定的間距插入5個采光的核心式共享空間，這種組合模式不僅優(yōu)于單一大空間布局的采光分配機制[9]，更使得50m大進深建筑的自然采光、通風(fēng)成為可能（圖11）。

12山東交通學(xué)院圖書館剖面環(huán)境分析（圖片來源：袁鑌. 適用·經(jīng)濟·低造價綠色建筑實踐——山東交通學(xué)院圖書館[J] . 城市建筑，2007(4): 16-18）

4.2 連通互動的空間組合

單一的共享空間類型具有鮮明的空間特色，對于性能較高的空間類型如核心式和嵌入式，多空間有效的關(guān)聯(lián)組合可以使空間能耗呈有效的疊加效應(yīng)，而提高整體性能水平。對于不同共享空間類型的組合，通常可以形成類型之間性能的互補，通過增加共享空間的組合方式來改善內(nèi)部物理環(huán)境的優(yōu)秀案例也非常多。濟南的山東交通學(xué)院圖書館和北京清華大學(xué)設(shè)計中心樓，都采用了并置式與核心式的空間組合模式，既體現(xiàn)了外向性和內(nèi)向性空間的組合，也體現(xiàn)了低性能和高性能空間的組合，最終有利于建筑綜合性能的提高（圖12）。

4.3 能量塑形的空間組合

13青島領(lǐng)海酒店（圖片來源：吳杰，李麟學(xué)，王瑾瑾. 環(huán)境響應(yīng)建造青島領(lǐng)海酒店[J] . 時代建筑，2016(4): 142-147）

14中新天津生態(tài)城健身館（圖片來源：http://www.cnbim.com）

由于共享空間體量高大和空間互通的空間特征，作為氣候環(huán)境的“過濾器”，共享空間的形態(tài)布局有條件通過與能量流動的互動關(guān)聯(lián)來確定有利于發(fā)揮空間高效低耗的空間組織形式。實體和流體的互動限定了建筑空間，空間組織反過來決定了建筑的動態(tài)性能，包括空氣流速、溫度、濕度、氣味、光照、聲音等[10]。方案設(shè)計階段就需要對室內(nèi)環(huán)境性能進行預(yù)判，通過性能化模擬將空間組合方式與能量流動路徑進行配合，既可以從風(fēng)、光、熱等外部能量變化出發(fā)，也可以從內(nèi)部能量流動出發(fā)[11]。青島領(lǐng)海酒店設(shè)計充分考慮場地氣候 環(huán)境，以熱力學(xué)能量形式的視角，塑造風(fēng)、光、熱和景觀共同作用下的建筑空間形態(tài)（圖13）。中新天津生態(tài)城健身館，通過公共空間形體的扭轉(zhuǎn)，順應(yīng)冬夏高度角形成室外場地自遮擋，而且也減少了對街道的壓迫感（圖14）。

5 結(jié)語

具有節(jié)能潛力的形態(tài)布局為建筑的低能耗打下了好的形態(tài)基礎(chǔ)條件，但其最終能耗還與空間形體、界面屬性、空調(diào)設(shè)備等諸多因素密切相關(guān)，都應(yīng)在共享空間形態(tài)布局的基礎(chǔ)上進行最優(yōu)化配置，形成整合之力。而且共享空間是整體建筑形態(tài)生成的一部分，它應(yīng)與整體建筑形態(tài)在氣候響應(yīng)方面形成良好配合并達成一致。本文僅對不同空間布局類型可能產(chǎn)生的能耗影響和節(jié)能潛力進行分析，以使建筑師在方案設(shè)計階段可以較早地把握不同布局類型的空間能耗特點，并運用相應(yīng)的氣候適應(yīng)性策略，為實現(xiàn)寒冷地區(qū)共享空間低能耗高舒適的設(shè)計目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

建筑及其空間設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要解決的問題錯綜復(fù)雜，針對不同的項目，建筑師會采用不同的切入點。降低能耗作為建筑設(shè)計的目標(biāo)之一，不能站在制高點上來否定其他影響因素，限制住建筑師的構(gòu)思，使其陷入建筑最低能耗的陷阱之中。對由于其他設(shè)計因素而選擇了不利于節(jié)能的形態(tài)布局，可以通過有效的補償手段進行控制和優(yōu)化，最終實現(xiàn)形式、功能和性能目標(biāo)關(guān)聯(lián)協(xié)同的有機空間?！?/p>

表4 共享空間形態(tài)布局的低能耗設(shè)計策略及實例

注釋：

1） 寒冷地區(qū)IIA區(qū)：《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB 50176-2016）將全國劃分成五個一級熱工區(qū)劃，其中寒冷地區(qū)遵循“應(yīng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱”的設(shè)計要求。寒冷地區(qū)區(qū)劃范圍包括建筑氣候區(qū)劃圖中的全部II區(qū)（IIA、IIB），以及VI區(qū)中的VI C 和VII區(qū)中VIID，分布較為分散。其中IIA區(qū)位于東部寒冷地區(qū)的平原地帶，包括北京、天津、石家莊、西安、濟南、鄭州等城市，屬于既要滿足冬季保溫，又要兼顧夏季防熱設(shè)計要求的區(qū)域。由于此區(qū)域人口集中，是我國城市建設(shè)發(fā)展的重點區(qū)域之一。

2）選取寒冷地區(qū)典型城市天津，以應(yīng)用最為普遍的辦公建筑為例，設(shè)定邊界條件和建立基準模型。為保證模擬結(jié)果的可比性及代表性，整體建筑標(biāo)準模型具有相同的建筑面積，共享空間具有相同底面積、相同的垂直高度及材料做法。以此作為數(shù)據(jù)比較分析的前提。設(shè)置標(biāo)準模型尺寸如下：整體建筑標(biāo)準平面為50m×50m，共享空間標(biāo)準模型為20m×20m，層高4m。天窗采用全天窗形式（100%開窗率），天窗面積設(shè)置按照（《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》中規(guī)定屋頂透明區(qū)域面積應(yīng)小于等于20%，結(jié)合調(diào)研情況及模型尺寸取整，設(shè)置20×20的空間平面，平面占比16%，在實際案例中比例偏高，但可以提高模擬中空間能耗影響的敏感度。圍護結(jié)構(gòu)材料的參數(shù)設(shè)置滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》對于寒冷地區(qū)建筑的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準的要求。