適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計模式及其技術(shù)路線研究＊

向科 胡顯軍 胡煒 丁潔

華南理工大學(xué)建筑學(xué)院

1 適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計重點與難點

從地理位置來說，我國夏熱冬暖氣候區(qū)位于北緯27°以南，東經(jīng)97°以東。從行政區(qū)劃來看，夏熱冬暖地區(qū)包括廣東大部、廣西大部、福建南部、云南小部分及海南、香港、澳門、臺灣全境。從氣候角度而言，夏熱冬暖氣候區(qū)是指最冷月平均溫度＞10℃、最熱月平均溫度在25～29℃、全年日平均溫度≥25℃的天數(shù)在100～200天的地區(qū)，是我國五個氣候區(qū)之一（圖1）。

夏熱冬暖氣候區(qū)一年中極端高溫可達(dá)40℃，年平均相對濕度80%，年降水量達(dá)1 500～2 000mm，年總輻射照度為130～170W/m2，年平均風(fēng)速為1～4m/s。總而言之，夏熱冬暖氣候區(qū)長夏無冬、溫高濕重、氣溫年較差和日較差均??；雨量豐沛，多熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)襲擊，易有大風(fēng)暴雨天氣；太陽高度角大，太陽輻射強(qiáng)烈。

因此，夏熱冬暖氣候區(qū)的建筑須充分滿足夏季防熱、通風(fēng)、防雨的要求，冬季可不考慮防寒、保溫；盡量避免西曬，在外界面設(shè)置遮陽構(gòu)件，并盡可能增強(qiáng)通風(fēng)效果；注意防暴雨、防洪、防潮、防雷擊等自然災(zāi)害，夏季施工時應(yīng)有防高溫和暴雨的相應(yīng)措施（圖2）。

2 適應(yīng)夏熱冬暖氣候的傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計經(jīng)驗

在夏熱冬暖氣候區(qū)的聚居歷史中，為應(yīng)對區(qū)域氣候環(huán)境，人們形成了一系列質(zhì)樸有效的氣候適應(yīng)性設(shè)計智慧，集中體現(xiàn)在聚落、民居、庭園等方面。如典型廣府梳式布局的廣州塱頭村，由于冷巷和三合院天井的存在，帶動了村莊整體空氣的流通；廣州礦泉旅社利用底層架空引入水庭，形成了通風(fēng)條件優(yōu)良的休憩場所；佛山梁園設(shè)計了大面積綠化和開闊水面，降低了周圍環(huán)境的溫度。

經(jīng)過近現(xiàn)代建筑師的傳承與發(fā)展，夏熱冬暖氣候區(qū)逐漸形成了相對完整且獨具特色的建筑體系，以滿足自然通風(fēng)、遮陽、隔熱、防潮等要求（表1）。

（1）布局通風(fēng)：良好的朝向和布局可以獲得適宜的引風(fēng)條件。夏熱冬暖氣候區(qū)主要采用梳式布局和密集式布局兩種主要形式，天井與巷道（冷巷）在通風(fēng)中起著重要作用。

（2）院落、庭園：開敞布局和多層次的院落有利于通風(fēng)散熱，緩解暑熱悶濕。合理運(yùn)用園林、庭院，配置植物、水體，將建筑與園林結(jié)合設(shè)計，可以降低環(huán)境溫度，調(diào)節(jié)微環(huán)境。

（3）敞廳、連廊：院落、天井、廳堂等功能空間通過敞廳、廊道相互聯(lián)系，空間融通。在這里廊道不僅是交通空間，還具有遮陽避雨、組織通風(fēng)、控制采光的功能。

（4）架空、騎樓：架空的底層可以導(dǎo)風(fēng)入室，有效降低室內(nèi)溫度。騎樓是一種特殊的架空形式，集遮陽、避雨、交通于一體，有利于人行道和沿街店鋪的通風(fēng)、散熱和除濕。

（5）天窗、通透墻：天窗有利于吸收陽光，加速通氣、凈化空氣。通透墻可以將封閉的空間變?yōu)榘腴_敞空間，加強(qiáng)室內(nèi)外空氣交換。

（6）遮陽設(shè)施：采用各種遮陽措施控制陽光的攝入量，如騎樓、雨棚、涼廊、窗口遮陽構(gòu)件等，防止陽光直射入室內(nèi)。老虎窗、閣樓、天井等措施既能通風(fēng)，又能遮陽和控制采光。

3 適應(yīng)夏熱冬暖氣候的新建筑綠色設(shè)計啟示

隨著綠色建筑的設(shè)計理念不斷深入人心，如何適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛞赃_(dá)到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)保的要求，成為建筑師的新追求。夏熱冬暖氣候區(qū)先后涌現(xiàn)出大量的經(jīng)典綠色建筑，建筑師充分結(jié)合其地域條件，實現(xiàn)了綠色建筑設(shè)計目標(biāo)。如廣州市氣象監(jiān)測預(yù)警中心將應(yīng)對地域氣候的空間策略與其場地條件相結(jié)合；何鏡堂工作室以內(nèi)庭院為核心布置建筑，使內(nèi)庭院與巷道氣候相互調(diào)節(jié)、配合；深圳建科大樓在設(shè)計中引入了“空間引導(dǎo)行為”的設(shè)計理念等。結(jié)合這些新的綠色公共建筑從建筑師的角度思考了達(dá)成綠色建筑的若干策略和方法，并形成了一些有益的經(jīng)驗（表2）。

（1）建筑布局利于自然通風(fēng)。整體以梳式為宜或局部采用錯列式、斜列式與自由式布局，以增大迎風(fēng)面，避免采用周邊式，以防阻礙風(fēng)的導(dǎo)入。

（2）建筑考慮采用自遮陽的形式。結(jié)合不同類型建筑的特征，利用建筑自身屋檐、懸挑體量等形成自遮陽系統(tǒng)，減少建筑表面接收的太陽輻射。

1 夏熱冬暖氣候區(qū)示意

2 夏熱冬暖氣候區(qū)建筑設(shè)計要點

表1 夏熱冬暖氣候區(qū)傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計典型案例

表2 夏熱冬暖氣候區(qū)新建筑綠色建筑設(shè)計典型案例

（3）設(shè)計注重屋頂、底層及垂直界面的遮陽隔熱處理。通過設(shè)置架空層、屋頂花園等方式，對建筑下部空間形成遮擋，減少建筑物的輻射得熱。

（4）立體庭院和通風(fēng)天井的置入或灰空間等中介空間的靈活設(shè)計，有利于建筑內(nèi)部的自然通風(fēng)與采光。

（5）通過平面溫度分區(qū)解決大尺度空間節(jié)能問題。體量較大的公共建筑可根據(jù)空間功能和位置差異完成平面分區(qū)控制，并采用多聯(lián)機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)區(qū)域單獨控制、有效降低能耗的目的。

（6）探索新能源替代傳統(tǒng)能源的方法，例如太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?，綜合利用設(shè)備節(jié)能等新技術(shù)達(dá)到綠色建筑的目標(biāo)。

4 對適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計模式研究的思考

4.1 研究思路

綠色建筑設(shè)計是一個相對龐大的體系，研究以“夏熱冬暖”作為特定氣候區(qū)和對應(yīng)的地域范圍，以“綠色建筑”為設(shè)計目標(biāo)，以“公共建筑”為主要對象，從建筑學(xué)本體的視角出發(fā)，重點從被動式設(shè)計方向探討夏熱冬暖氣候區(qū)的綠色公共建筑的氣候適應(yīng)性問題，涉及建筑的舒適性、耐候性及安全性三方面1。因為建筑是影響和調(diào)節(jié)氣候的腔體，為人所使用2，因此研究將從氣候、建筑和人的相互關(guān)系層面，探討夏熱冬暖氣候區(qū)公共建筑設(shè)計的要點、傳承以及基本方法，在滿足當(dāng)代建筑功能和空間等要求的前提下，結(jié)合地域條件，如資源、材料、技術(shù)等，進(jìn)行合理的建筑設(shè)計，以適應(yīng)氣候，優(yōu)化環(huán)境，達(dá)到“綠色建筑”的目標(biāo)。

4.2 研究內(nèi)容

針對夏熱冬暖氣候區(qū)日照時間長、太陽輻射強(qiáng)、潮濕多雨等氣候特征，以及綠色公共建筑遮陽隔熱、通風(fēng)散熱、環(huán)境降溫、防雨防潮防臺風(fēng)等關(guān)鍵問題，以夏熱冬暖氣候區(qū)傳統(tǒng)綠色建筑設(shè)計經(jīng)驗為基礎(chǔ)，借鑒其積極融入自然環(huán)境的被動式策略，進(jìn)一步研究和總結(jié)了夏熱冬暖氣候區(qū)新建筑的綠色建筑設(shè)計方法，探討了當(dāng)代公共建筑在功能和空間新需求下的綠色建筑發(fā)展方向3。從夏熱冬暖氣候區(qū)既有歷史經(jīng)驗和新實踐中提煉并拓展出綠色公共建筑設(shè)計的一般性方法和創(chuàng)新性思路，并與綠色建筑新技術(shù)、新材料等集成運(yùn)用，形成了適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計新模式，為夏熱冬暖氣候區(qū)綠色公共建筑的設(shè)計實踐提供了科學(xué)指導(dǎo)。

4.3 關(guān)鍵問題

綜上所述，擬解決的關(guān)鍵問題包括：1）針對夏熱冬暖氣候特點與公共建筑的特征，總結(jié)和探索綠色建筑設(shè)計的新理念與新方法，提出可推廣的夏熱冬暖氣候區(qū)綠色公共建筑設(shè)計模式與營造方式；2）針對特定的項目實踐，進(jìn)行綠色建筑設(shè)計模式的甄別與優(yōu)選，將其切實運(yùn)用到設(shè)計實踐的全過程當(dāng)中；3）通過技術(shù)手段確定在設(shè)計模式中涉及的建筑形體和表皮操作的量化指標(biāo)。

4.4 成果形式

針對綠色建筑節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保等要求，從空間規(guī)劃設(shè)計、建筑空間設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)、建筑構(gòu)造和建筑設(shè)備等多個層面，歸納適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計導(dǎo)則，并在此基礎(chǔ)上建構(gòu)完善的設(shè)計策略集成優(yōu)選機(jī)制，最后以設(shè)計導(dǎo)則為成果導(dǎo)向，對具體示范項目進(jìn)行指導(dǎo)和實施后的驗證，并通過反饋內(nèi)容進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計導(dǎo)則內(nèi)容。

5 適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計導(dǎo)則及技術(shù)路線研究

5.1 設(shè)計模式研究中遵循的方法路徑

設(shè)計模式研究以先例、類比研究為起點，首先，對夏熱冬暖氣候區(qū)既有綠色建筑設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，提取夏熱冬暖氣候區(qū)綠色建筑設(shè)計的基本原理和方法策略；其次，在上述基礎(chǔ)上形成適應(yīng)夏熱冬暖氣候的綠色公共建筑設(shè)計模式框架體系和導(dǎo)則基本內(nèi)容；最后，運(yùn)用設(shè)計模式和導(dǎo)則指導(dǎo)建筑設(shè)計過程，通過模擬測評的效果反饋，在設(shè)計模式探索和建筑設(shè)計過程中進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)部分的內(nèi)容，從而實現(xiàn)模式修正（圖3）。

5.2 研究框架的類比與確立

整理既有的綠色建筑研究和現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)可知，常用的綠色建筑研究框架主要分為以下三種（表3）。

（1）依據(jù)三大體系進(jìn)行分類?！督ㄖ夂騾^(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB50178-93）、《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB50176-93）和文獻(xiàn)[4]4在相關(guān)研究中將研究體系分為外部形態(tài)、內(nèi)部性能、建構(gòu)系統(tǒng)三大類別，從城市、氣候、建筑、場所構(gòu)造、技術(shù)等多個方面進(jìn)行深入探討。

（2）依據(jù)綠建指標(biāo)進(jìn)行分類。2006年《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）正式實施，并于2015年發(fā)布了修訂版本，各個省市也先后出臺了相應(yīng)的綠色建筑評價地方標(biāo)準(zhǔn)。國標(biāo)與地標(biāo)的框架體系均分為節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用等類別。該框架體系更加側(cè)重于對技術(shù)與資源的闡釋說明，主動式技術(shù)也在其中占據(jù)了大量內(nèi)容。

（3）依據(jù)專業(yè)類型進(jìn)行分類。為便于對綠色建筑設(shè)計進(jìn)行直接引導(dǎo)，在《民用建筑綠色設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（DB331092-2013）、《廣州市綠色建筑設(shè)計指南》（2012版）等綠色建筑設(shè)計指導(dǎo)性文件和研究中，將綠色建筑設(shè)計劃分為規(guī)劃設(shè)計、建筑設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備等多個部分，這與建筑設(shè)計過程中各專業(yè)、工種的分工協(xié)作方式相契合，有助于在設(shè)計的各個階段更為有效地運(yùn)用其中的策略與方法。

綜合上述三種關(guān)于綠色建筑設(shè)計研究的分類方式和主要內(nèi)容，重點從建筑設(shè)計角度切入，以被動式設(shè)計為主要設(shè)計方法，對建筑設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)。研究最終形成的設(shè)計導(dǎo)則的結(jié)構(gòu)體系為“總則+分則+導(dǎo)則權(quán)重與優(yōu)選”（圖4）。其中總則部分對“夏熱冬暖”“綠色建筑”“公共建筑”三個關(guān)鍵詞進(jìn)行了相關(guān)闡述，分則部分結(jié)合“三大體系分類”和“專業(yè)類型分類”兩種方式，從空間規(guī)劃、建筑空間、建筑界面及其他（結(jié)構(gòu)、設(shè)備等）四個層面展開研究，并將“綠建指標(biāo)分類”中的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材納入其中，以完善相關(guān)內(nèi)容。

表3 相關(guān)文獻(xiàn)中綠色建筑研究的分類方式對比

3 設(shè)計模式研究方法路徑

4 夏熱冬暖地區(qū)綠色公共建筑設(shè)計導(dǎo)則框架

5 導(dǎo)則條目優(yōu)選方法1示例（以空間規(guī)劃層面規(guī)劃布局部分為例）

6 導(dǎo)則權(quán)重與優(yōu)選方案示意

5.3 導(dǎo)則主要內(nèi)容

設(shè)計導(dǎo)則的總則部分重點闡述夏熱冬暖氣候區(qū)的設(shè)計原則、公共建筑設(shè)計要求、綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等普遍性問題：1）夏熱冬暖氣候區(qū)設(shè)計原則主要包括遮陽隔熱、通風(fēng)散熱、環(huán)境降溫、防雨防潮防臺風(fēng)四個方面；2）公共建筑設(shè)計要求主要闡述公共建筑的類型特征和設(shè)計原理，提出在公共建筑的空間、功能、尺度及活動要求下如何有效適應(yīng)的問題；3）綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保方面確立綠色建筑設(shè)計目標(biāo)。

分則部分從空間規(guī)劃、建筑空間、建筑界面及其他層面（結(jié)構(gòu)、設(shè)備等）分別確定指導(dǎo)設(shè)計的詳細(xì)導(dǎo)則，其中：1）空間規(guī)劃層面包括選址、土地使用、規(guī)劃布局、外部空間、景觀與環(huán)境；2）建筑空間層面包括場地規(guī)劃、體型設(shè)計、功能組織、流線安排、空間設(shè)計；3）建筑界面層面包括建筑材料、水平圍護(hù)結(jié)構(gòu)、垂直圍護(hù)結(jié)構(gòu)、門窗洞口；4）其他層面包括結(jié)構(gòu)、給排水、暖通空調(diào)、建筑電氣、可再生能源等偏向于新技術(shù)和新材料的主動式節(jié)能措施（圖4，5）。

5.4 導(dǎo)則權(quán)重與優(yōu)選方案的嘗試

研究在得出夏熱冬暖氣候下綠色公共建筑設(shè)計導(dǎo)則的基礎(chǔ)上，參照《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50378-2014）的評分方法，試圖建立導(dǎo)則（主要指分則中指導(dǎo)設(shè)計的詳細(xì)條款）并進(jìn)行權(quán)重和方案優(yōu)選，對其適用性和重要性實現(xiàn)進(jìn)一步的研究，以期在面對具體實踐項目時，對導(dǎo)則的甄別能更具有針對性（圖6）。

（1）優(yōu)選方法1：將分則內(nèi)容B與總則條款A(yù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

主要考量分則B中的具體條款與總則A中夏熱冬暖氣候區(qū)設(shè)計原則A1（如通風(fēng)、遮陽、隔熱、防潮等）及綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)A2（如節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保等）的關(guān)聯(lián)頻次，關(guān)聯(lián)頻次多的條款重要性較高，反之則重要性較低。

（2）優(yōu)選方法2：根據(jù)夏熱冬暖氣候區(qū)地域特征進(jìn)行權(quán)重。

確立地域特征體系A(chǔ)中的各項地域特征因子Ra，并求取其在體系A(chǔ)中的重要性權(quán)重a（其中選取的特征因子Ra應(yīng)具備氣候影響大、具有獨特性、與綠建評價關(guān)聯(lián)度高、能通過指標(biāo)反映等特征）。例如，夏熱冬暖氣候區(qū)的重要問題是“溫高濕重”，那么選擇“溫高濕重”為特征因子Ra，相應(yīng)的a“通風(fēng)（散熱防潮）”重要性權(quán)重較高，然后通過專家問卷和相關(guān)案例數(shù)據(jù)分析的方式具體確立a的數(shù)值。

分則B中的不同類別條款亦有重要性高低，如某類條款是其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的控制項或在《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50378-2014）中的計算分值較高，則該類條款Rb的重要性權(quán)重b較高，然后通過專家問卷和分值計算的方式具體確立b的數(shù)值。

綜合權(quán)重W進(jìn)一步明確體系A(chǔ)與分則B的影響關(guān)系，特定條款的重要性評價用權(quán)重a與權(quán)重b乘積的數(shù)值f（ab）表示。例如分則B的某項條款在分則中的權(quán)重是b1，在地域特征體系A(chǔ)中能影響氣候特征的因子Ra1對應(yīng)的權(quán)重是a1，則該條款的重要性數(shù)值為a1×b1（如果該條款不能影響體系A(chǔ)中選定的任何特征因子，則該條款重要性極低，乘積數(shù)值為0）5。

（3）優(yōu)選方法3：根據(jù)具體項目場地與建筑特征進(jìn)行權(quán)重。

每個建筑項目都具有特殊性，特別是場地條件和建筑要求，如某項目場地三面環(huán)水，但南側(cè)受到嚴(yán)重的地形遮擋，由于水陸風(fēng)的作用場地通風(fēng)條件極佳，但采光條件差，那么即使是在夏熱冬暖氣候區(qū)，其綠色建筑設(shè)計要點也不再是“通風(fēng)”而是“采光”（夏熱冬暖氣候區(qū)設(shè)計要點通常是遮陽而非采光）。

優(yōu)選方法3與優(yōu)選方法2類似，通過分析具體項目場地與建筑特征體系A(chǔ)的關(guān)系，再選擇場地與建筑特征因子Ra并求取其權(quán)重a，然后按照優(yōu)選方法2依次計算。

6 后續(xù)研究

空間模式的探索已經(jīng)具有較強(qiáng)的研究基礎(chǔ)，并且有大量設(shè)計實踐可作為參照。在此基礎(chǔ)上，公共建筑的夏熱冬暖氣候適應(yīng)性設(shè)計模式和導(dǎo)則的確立一方面需要關(guān)注系統(tǒng)性與全面性的問題，另一方面如果要對具體的設(shè)計實踐有更直接的指導(dǎo)作用，則需要對導(dǎo)則進(jìn)行權(quán)重分析以及優(yōu)選組合，研究提出的三種方法還需要進(jìn)一步討論其間的關(guān)系及適用范圍。另一個可行的思路是加強(qiáng)設(shè)計導(dǎo)則對空間形體、建筑表皮等參數(shù)的定量研究，將相關(guān)的氣候適應(yīng)性經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為在建筑設(shè)計過程中須遵循和可操作的一些常量，這無疑需要更加深入、大量的測評、模擬和實證研究。

注釋

1 文獻(xiàn)[1]指出，建筑的氣候適應(yīng)性研究關(guān)注的一般為氣候的直接影響，包括應(yīng)對氣候因素對建筑物理環(huán)境的影響（舒適性），應(yīng)對氣候因素對建筑結(jié)構(gòu)及材料的損害（耐候性），以及應(yīng)對突發(fā)自然災(zāi)害和氣候變化的影響（安全性）。

2 文獻(xiàn)[2]認(rèn)為，建筑的氣候適應(yīng)性正是在人使用建筑的過程中體現(xiàn)的，許多建筑策略的達(dá)成離不開使用者的行為調(diào)控。建筑的氣候適應(yīng)性一方面體現(xiàn)在直接營造的建筑微氣候，另一方面體現(xiàn)在是否能最大化地支持使用者的社會生活模式及行為調(diào)節(jié)作用。

3 文獻(xiàn)[3]表明，在建筑空間功能、使用方式、空間尺度等方面發(fā)生本質(zhì)變化的當(dāng)下，嶺南建筑具有氣候與功能的雙重適應(yīng)性，從規(guī)劃模式、建筑模式兩個方面總結(jié)了園林格局、原型改造、尺度復(fù)制、尺度放大、水平并列、垂直并列、院落模式等多種途徑。

4 在研究中國本土化綠色建筑設(shè)計策略時，文獻(xiàn)[4]將被動式策略主要劃分為城市設(shè)計、建筑單體設(shè)計、細(xì)部建構(gòu)設(shè)計三個層面，而主動式技術(shù)則以被動式策略為基礎(chǔ)，作為各個層面的技術(shù)補(bǔ)償措施。5文獻(xiàn)[5]針對《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50378-2014）地域適應(yīng)性不足的問題，提出了構(gòu)建綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)的地域性研究體系：子域的地域特征體系A(chǔ)、綠色建筑評價地方標(biāo)準(zhǔn)體系B和綜合作用權(quán)重體系W。本研究參考其研究體系，簡化了A和B中目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層三個遞階層次，并取消了B中原始權(quán)重F（f）和Rb（b）的修正關(guān)系。

圖片來源

圖1為作者改繪；圖2～6，表1～3為作者自繪。