被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層的設(shè)計(jì)研發(fā)與應(yīng)用＊
——以華師大鹽城實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師培訓(xùn)中心為例

鄒立君 張彤

東南大學(xué)建筑學(xué)院

空間圍合，容納并限定了人的生活，某種程度來說也是為了更好地進(jìn)行環(huán)境調(diào)控1。正是出于這樣的緣由，從原始棚屋的圍欄到現(xiàn)代主義的中性墻體再到當(dāng)代集成多種性能的復(fù)合表皮（圖1），人們不斷深化并延展充當(dāng)氣候調(diào)控界面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在地域環(huán)境與資源組成中的性能意涵和空間層級(jí)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)不只是對(duì)不利環(huán)境因素的隔絕與屏蔽，更是基于風(fēng)、光、熱等環(huán)境要素的選擇性過濾與交互，在能量的保蓄、傳遞和釋放過程中扮演著積極主動(dòng)的角色。而近年來隨著可持續(xù)理念與綠色建筑的推進(jìn)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在面向未來更多元的建成環(huán)境和空間需求時(shí)需要呈現(xiàn)其敏感性、適應(yīng)性與可調(diào)節(jié)性，從而創(chuàng)造出一種在氣候、能量與環(huán)境中實(shí)現(xiàn)智能交互和動(dòng)態(tài)平衡，如生命體般敏感而精確的能量結(jié)構(gòu)。被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層是空間調(diào)節(jié)2策略中“交互式表皮3”的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)4，是指在特定氣候條件和建筑內(nèi)部空間的環(huán)境性能需求下，利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)在一定厚度或深度內(nèi)的材質(zhì)、構(gòu)件與空間組織設(shè)計(jì)，對(duì)建筑內(nèi)外風(fēng)、光、熱等環(huán)境要素進(jìn)行交互式調(diào)控的設(shè)計(jì)技術(shù)。

相較于傳統(tǒng)的幕墻和表皮，這一概念拓展了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的單一構(gòu)件意義，以“腔層”的形態(tài)形成具有一定空間氣候梯度的包裹結(jié)構(gòu)。這種緩沖空間摒棄了傳統(tǒng)的隔絕范式，既可以在一定程度下防止各種極端氣候?qū)κ覂?nèi)的影響，又可以強(qiáng)化各種微觀氣候調(diào)節(jié)的效果，在滿足人們舒適需求的同時(shí)，避免一味采用動(dòng)力設(shè)備調(diào)控環(huán)境，節(jié)約能源消耗。

被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響很大程度體現(xiàn)在“熱舒適”這一指標(biāo)上，此外還需均衡采光、視線、功能、美觀的需求。通過建立和研究其對(duì)環(huán)境因子的作用機(jī)制和原理，可以歸納總結(jié)出影響環(huán)境物理性能的被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層的腔層因子和變量關(guān)系（圖2）。這8個(gè)相關(guān)變量分別為可開啟面積比（HWR）、進(jìn)出風(fēng)口面積比（S）、導(dǎo)風(fēng)面方向角（θ）、腔層豎向開孔率（Φ）、腔層深度（D）、窗墻面積比（WWR）、綜合遮陽系數(shù)（SW）和熱質(zhì)（Q）。這些變量對(duì)于被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層的性能表現(xiàn)各有權(quán)重，并進(jìn)一步體現(xiàn)在操作溫度、相對(duì)濕度、空氣流速、太陽輻射和室內(nèi)照度這5項(xiàng)環(huán)境物理參數(shù)5上，在設(shè)計(jì)階段需結(jié)合實(shí)際空間體驗(yàn)與環(huán)境性能需求進(jìn)行取舍、加權(quán)和整合。

1 示范工程概況

華師大鹽城實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師培訓(xùn)中心位于鹽城市城南新區(qū)南海未來城核心板塊華東師范大學(xué)基礎(chǔ)教育園區(qū)的東北角（圖3，4），是“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“目標(biāo)和效果導(dǎo)向的綠色建筑設(shè)計(jì)新方法及工具”的示范工程。建筑占地面積約2 600m2，總建筑面積11 350m2，主要用于在職教師研學(xué)交流、課題研究和綜合培訓(xùn)等相關(guān)工作。項(xiàng)目從2018年3月開始進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，2019年5月完成擴(kuò)初設(shè)計(jì)，同年11月完成施工圖設(shè)計(jì)，目前正處于施工階段。

1 中性墻體與復(fù)合表皮的技術(shù)圖示

2 影響環(huán)境物理性能的被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層的腔層因子和變量關(guān)系

3 華東師范大學(xué)基礎(chǔ)教育園區(qū)總平面

4 華東師范大學(xué)基礎(chǔ)教育園區(qū)鳥瞰圖

1.1 氣候特征

鹽城位于江蘇沿海中部，在氣候分區(qū)上屬夏熱冬冷地區(qū)，四季分明、光照充足，年平均氣溫13.9～14.5℃，年降雨量980～1 100mm，平均日照時(shí)數(shù)2 241～2 390h，全年無霜期209～218天。由于瀕臨黃海，鹽城季風(fēng)性氣候特征也較為明顯，以夏季的偏南風(fēng)和冬季的西北風(fēng)為主要風(fēng)向。夏季氣候炎熱、潮濕多雨，最高氣溫37.2℃；冬季氣候寒冷、干燥少雨，最低氣溫-9.2℃；而春秋兩季屬季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，春季氣候溫和、冷暖變幅較大，秋季天高氣爽、晴日較多。特殊的環(huán)境與氣候促使該地區(qū)的建筑既要滿足夏季防熱、通風(fēng)降溫，也要兼顧冬季防寒保暖的需求。

1.2 氣候理性設(shè)計(jì)

5 建筑的上下兩個(gè)體量透視

氣候理性設(shè)計(jì)是指針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，在建筑空間組織、形態(tài)塑造、材料選擇等全方位體現(xiàn)對(duì)氣候適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，其邏輯源于對(duì)氣候與環(huán)境的理解。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段充分考慮到鹽城的氣候特性，從多個(gè)維度展開了對(duì)建筑綠色節(jié)能體系的建構(gòu)。整個(gè)方案可分為上、下兩個(gè)體量（圖5），其中地下1層，地上6層。上部4層體量為高度集約的規(guī)整造型，用于教師培訓(xùn)與住宿，面積5 585m2；下部3層體量由不規(guī)則的斜面覆蓋，一、二層為報(bào)告廳、閱覽、門廳、咖啡等公共功能，地下一層為設(shè)備用房和車庫，面積共5 765m2。在建筑上下體量之間還貫穿有一個(gè)高達(dá)34.5m的中庭（圖6），其上小下大的空間形態(tài)有利于激發(fā)熱壓機(jī)制下的自然通風(fēng)，進(jìn)而可將熱壓通風(fēng)和低壓置換通風(fēng)結(jié)合，形成有效的混合通風(fēng)策略。整個(gè)建筑通過合理的形體設(shè)計(jì)與空間組織，能量體形系數(shù)6僅為0.269。

建筑上下相異的形體設(shè)計(jì)也催生了不同的表皮策略。下部體量采用生態(tài)介質(zhì)表皮技術(shù)（圖7），整體覆蓋厚達(dá)35cm的植草屋面，為建筑提供了優(yōu)越的熱絕緣性能，減少了內(nèi)部空間的能量耗散并形成了舒適的微氣候環(huán)境。上部體量采用被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層技術(shù)，對(duì)不同朝向的界面進(jìn)行分類別差異化調(diào)控。建筑內(nèi)部還均布有一套如蟻穴般精密的熱虹吸通風(fēng)系統(tǒng)（圖8），通過熱壓通風(fēng)的機(jī)制，調(diào)控各個(gè)房間的室內(nèi)環(huán)境，從而有效縮短冬夏兩季空調(diào)耗能的時(shí)長，達(dá)到節(jié)能目的。除此之外，還設(shè)有采熱天窗、光伏發(fā)電、地源熱泵、太陽能風(fēng)帽等其他節(jié)能措施，配合智能化的信息收集與管理系統(tǒng)以主被動(dòng)相結(jié)合的方式，集成和優(yōu)化建筑的綠色設(shè)計(jì)策略和設(shè)備系統(tǒng)，打造出個(gè)性化、智慧化、節(jié)能型的建筑空間。

6 建筑中庭透視

7 生態(tài)介質(zhì)表皮

8 熱虹吸通風(fēng)管腔系統(tǒng)

2 被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在建筑上部體量（三至六層）的外圍，依照不同朝向界面所需承擔(dān)的氣候調(diào)節(jié)功能，分設(shè)不同空間深度的氣候緩沖空間——被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層（圖9，10）。其中南向主要為遮陽與采光的可調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)平衡，北向?yàn)橄募靖魺?、冬季蓄熱以及過渡季自然通風(fēng)的調(diào)節(jié)，東、西兩向主要為日曬屏蔽與高頻貫穿通風(fēng)。四側(cè)腔層共同形成了有序的空間氣候梯度，包裹著核心的使用空間，有效地調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的環(huán)境需求。

9 被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層軸測

10 被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層平面示意

2.1 南立面腔層——光熱動(dòng)態(tài)平衡

建筑南側(cè)的腔層設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)建筑中凹陽臺(tái)與涼廊的集合，深陷的陽臺(tái)有利于建筑遮擋過多的輻射熱，同時(shí)也創(chuàng)造出適宜的室內(nèi)光環(huán)境。整個(gè)南側(cè)腔層長64 800mm，高14 500mm，深度為2 300mm。在豎向上根據(jù)各層層高由樓板劃分成4層水平的空間，這些樓板充當(dāng)了各層空間的“挑檐”角色，而挑檐下方即是類似涼廊的空間（圖11）。每層的腔層在形態(tài)與構(gòu)造設(shè)計(jì)上可由外而內(nèi)分成三個(gè)層級(jí)：外界面、空氣間層和內(nèi)界面。

11 南立面腔層

南側(cè)腔層的外界面由豎向遮陽隔板、水平向動(dòng)態(tài)遮陽構(gòu)件和圍護(hù)欄桿組成。豎向隔板的間距為1 800mm，是不同房間和走道開間的最大公約尺寸，以此并列布置形成有序的立面節(jié)奏。而在一些較為開敞的公共空間，部分隔板的間距又會(huì)擴(kuò)大至3 600mm或5 400mm，以滿足視線和采光的需求。豎向隔板采用纖維增強(qiáng)混凝土板，寬900mm、厚200mm，作為屏蔽過多太陽輻射的主要構(gòu)件。在五、六兩層相鄰的住宿單元外，遮陽隔板的寬度被加長至2 300mm，起到空間分隔的作用。水平的動(dòng)態(tài)遮陽構(gòu)件是在豎向隔板遮陽的同時(shí)，根據(jù)一天中太陽高度角的變化智能地上下移動(dòng)來屏蔽熱輻射，其白色光滑的上表面反射的光線也可對(duì)室內(nèi)采光進(jìn)行補(bǔ)充。水平動(dòng)態(tài)遮陽構(gòu)件寬900mm、厚150mm，選擇性地安裝在一些豎向隔板之間，可以對(duì)部分研討室、教室、宿舍和報(bào)告廳進(jìn)行個(gè)性化調(diào)控。水平向動(dòng)態(tài)構(gòu)件和豎向固定構(gòu)件的組合一同構(gòu)成了南側(cè)腔層的第一道交互式界面，對(duì)光熱進(jìn)行平衡調(diào)控（圖12），對(duì)通風(fēng)進(jìn)行引導(dǎo)。

12 南立面腔層光熱平衡遮陽

中部的空氣間層是內(nèi)外圍護(hù)界面之間的緩沖空間，也是建筑與外部環(huán)境間的過渡區(qū)域，同時(shí)承擔(dān)了公共空間和交通空間的作用。在設(shè)計(jì)中，結(jié)合功能的需求，不同區(qū)段空氣間層的深度也存在差異。培訓(xùn)和住宿功能的房間對(duì)應(yīng)的空氣間層深度為2 100mm，在兼顧使用空間最大化的同時(shí)具有相對(duì)較“深”的間層環(huán)境；在核心筒和中庭外對(duì)應(yīng)的區(qū)域，空氣間層的深度擴(kuò)大到4 500mm和5 600mm，設(shè)計(jì)有錯(cuò)層的庭院和微地形景觀，并在外墻上布置立體綠化以增大其熱絕緣性能。這些景觀要素既能吸收過多的輻射熱量，也能形成良好的微氣候環(huán)境，在樓層之間促進(jìn)熱壓機(jī)制下的通風(fēng)作用，豐富內(nèi)部空間的體驗(yàn)。

腔層的內(nèi)界面直接與內(nèi)部使用空間相接觸，是對(duì)外界面和空氣間層調(diào)節(jié)作用的進(jìn)一步補(bǔ)充，能夠讓腔層整體對(duì)室內(nèi)的調(diào)控更為準(zhǔn)確和全面。內(nèi)界面主要由中空Low-E玻璃外窗、立體綠化、木制門扇和外墻加UHPC（高強(qiáng)性能混凝土預(yù)制構(gòu)件）幕墻體系構(gòu)成（圖13）。中空Low-E玻璃外窗是內(nèi)界面光與風(fēng)的通道，其大面積的通透效果最大限度地滿足了室內(nèi)的采光需求。整個(gè)南向腔層在夏季可以很好地遮蔽過多的輻射，達(dá)到光熱的平衡，經(jīng)多次反射，進(jìn)入室內(nèi)的光線也會(huì)變得柔和，避免眩光；在冬季，腔層的緩沖會(huì)使建筑內(nèi)部的供暖空間耗散更少的熱量，從而節(jié)約能耗。

13 南立面腔層內(nèi)界面

14 夏至日14 時(shí)有無南側(cè)腔層室內(nèi)照度對(duì)比

15 有無南側(cè)腔層全年制熱、制冷與照明能耗對(duì)比

16 夏至日10、12、14 時(shí)有無南側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

17 冬至日10、12、14 時(shí)有無南側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

從性能模擬結(jié)果來看，南側(cè)腔層的置入對(duì)建筑室內(nèi)空間的光熱需求進(jìn)行平衡，有效減少了全年室內(nèi)的總體能耗。實(shí)驗(yàn)選取兩個(gè)對(duì)照組，對(duì)比分析了有無腔層狀態(tài)下夏至日14時(shí)室內(nèi)的照度分布（圖14），全年制冷、制熱與照明的總體能耗（圖15）和夏至日、冬至日10、12、14時(shí)室內(nèi)的操作溫度（圖16，17）。在對(duì)光環(huán)境的影響上，夏至日14時(shí)南側(cè)腔層組相較于無腔層組室內(nèi)照度大于300Lux標(biāo)準(zhǔn)的范圍減少了22.4%，這部分在全年需要額外補(bǔ)充的照明能耗為330kW·h；同時(shí)南側(cè)腔層的遮陽構(gòu)件又在夏季屏蔽了過多的太陽輻射，使得室內(nèi)的操作溫度低于無腔層狀態(tài)，這部分所減少的全年制冷能耗為636kW·h，從而平衡并優(yōu)化室內(nèi)的光熱能耗。在冬至日，腔層開敞的半室外環(huán)境會(huì)使得室內(nèi)操作溫度略低于無腔層組，此時(shí)則需要將水平遮陽構(gòu)件調(diào)節(jié)到更高的位置來獲取更多的光熱，從而減少室內(nèi)的照明與采暖能耗。

2.2 北立面腔層——冬夏季節(jié)平衡

18 北立面腔層

建筑在園區(qū)內(nèi)的整體布局偏東南方向，因而北立面的朝向并非正北，而是北偏西24°。這也使北立面的腔層面臨著更為復(fù)雜的氣候問題，其設(shè)計(jì)也是四個(gè)立面中最為綜合的部分，集中體現(xiàn)了針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)氣候環(huán)境的調(diào)控方式。它既需要在寒冷的冬季減少室內(nèi)的熱損失，也需要在炎熱的夏季屏蔽西向熱輻射，循環(huán)帶走室內(nèi)的熱量與濕氣。根據(jù)建筑平面的布置，腔層分三段包裹在住宿、教室等核心空間的外圍?？紤]到核心筒體量占據(jù)，部分北向空間則被作為輔助空間，直接由實(shí)墻圍合并開有橫向的長窗。兩種形式的界面結(jié)合創(chuàng)造出虛實(shí)相映的立面節(jié)奏（圖18）。

三段腔層至西向東分別長7 200mm、28 800mm和7 200mm，深1 900mm，高14 400mm，在頂部均設(shè)計(jì)有可開啟的玻璃天窗用于加熱腔層內(nèi)部的空氣和豎向通風(fēng)。不同于南側(cè)腔層的開敞，北側(cè)腔層是完全封閉的，還在空氣間層的每層樓板上設(shè)計(jì)有上下交錯(cuò)布置的寬700mm的矩形洞口，這些洞口在五、六兩層的住宿區(qū)域則更為密集（圖19）。間隔的開洞使得封閉的腔層在樓層之間有了貫通，因而熱量可以逐步傳遞至每一樓層，腔層豎向的通風(fēng)效應(yīng)也更為顯著。

19 北立面腔層內(nèi)界面

北側(cè)腔層的外界面由遮陽隔板、橫向遮陽板、玻璃窗和圍護(hù)欄桿組成。遮陽隔板寬850mm、厚150mm，采用同南向腔層隔板相同的材質(zhì)和間隔布置?？紤]到對(duì)西曬精準(zhǔn)且充分的屏蔽，隔板又旋轉(zhuǎn)了24°來正對(duì)西向。相應(yīng)地，玻璃窗垂直于遮陽隔板布置，在立面上形成了鋸齒形態(tài)。橫向遮陽板厚100mm，以三角形的形態(tài)嵌入在遮陽隔板與外窗之間，并根據(jù)內(nèi)部對(duì)應(yīng)位置的樓板是否開洞，設(shè)置了兩種高度：1 100mm或距離上層樓板底部600mm。圍護(hù)欄桿的布置和玻璃窗的布置有兩種類型，也直接與此規(guī)則相關(guān)（圖20）。腔層的內(nèi)界面設(shè)計(jì)及其組成同南側(cè)腔層，幕墻體系實(shí)體材料均采用UHPC。

20 北立面腔層外界面的兩種幕墻類型

北立面腔層可在冬季關(guān)閉內(nèi)外界面的窗戶，利用頂部玻璃天窗所接收的太陽輻射對(duì)整個(gè)腔層的空氣進(jìn)行升溫，大幅降低室內(nèi)外溫差，從而減少溫差傳熱的熱損失，節(jié)省采暖能耗，相當(dāng)于北方的“溫室”。在夏季，開啟頂部天窗，利用煙囪效應(yīng)使熱空氣自下而上運(yùn)動(dòng)并從天窗排出，循環(huán)帶走熱量；而內(nèi)外界面窗戶同時(shí)開啟可利用南北向的風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)，帶走室內(nèi)濕熱的空氣，緩和熱能積聚，降低制冷能耗（圖21）。在過渡季節(jié)，腔層可配合建筑內(nèi)部的熱虹吸自然通風(fēng)管腔協(xié)同作用，合理地調(diào)節(jié)內(nèi)外環(huán)境。

同樣設(shè)置對(duì)照組對(duì)夏至日與冬至日的10、12、14時(shí)室內(nèi)的操作溫度與全年制冷、制熱能耗進(jìn)行分析（圖22～24）。結(jié)果顯示，在冬季北側(cè)腔層內(nèi)積蓄的熱量可有效減少室內(nèi)的熱損失，對(duì)北向空間保溫并使得室內(nèi)操作溫度高于無腔層組。在有腔層的狀態(tài)下全年制熱總能耗為13 323kW·h，相較于無腔層狀態(tài)全年制熱總消耗13 545kW·h減少了222kW·h（約1.6%）。在夏季，腔層中面向正西的遮陽隔板可在午后遮擋太陽輻射，使得室內(nèi)操作溫度大幅低于無腔層組，而此時(shí)若打開腔層頂部的天窗與內(nèi)外界面的窗扇進(jìn)行熱壓與風(fēng)壓的通風(fēng)則可進(jìn)一步降低室內(nèi)溫度（圖25，26）。模擬得出有腔層組全年制冷總能耗為7 693kW·h，相比于無腔層組全年制冷能耗8 297kW·h減少604kW·h（約7.3%）。北側(cè)腔層的設(shè)計(jì)可在全年共減少826kW·h的制冷與制熱能耗，從而起到節(jié)能作用。

21 北立面腔層夏季通風(fēng)與冬季蓄熱

22 有無北側(cè)腔層全年制熱與制冷能耗對(duì)比

23 夏至日10、12、14 時(shí)有無北側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

24 冬至日10、12、14 時(shí)有無北側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

25 南、北側(cè)腔層風(fēng)壓通風(fēng)下速度場分布

26 南、北側(cè)腔層風(fēng)壓通風(fēng)下速度場分布

2.3 東、西立面腔層——通風(fēng)隔熱

建筑的東、西立面需要屏蔽西曬和日出時(shí)低角度的太陽輻射熱，同時(shí)在夏季引導(dǎo)自然通風(fēng)帶走圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收的熱量，在冬季盡量減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失。在設(shè)計(jì)中，通過兩側(cè)新增的進(jìn)深為1 800mm的腔體空間，形成中空的雙層實(shí)墻來實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的調(diào)控（圖27）。

27 東、西立面腔層

腔層的內(nèi)界面為大面積實(shí)墻，僅在每層走廊盡頭依據(jù)層高開有寬1 000mm、高2 400mm或1 350mm的豎向平開窗，用于采光與東西向的通風(fēng)；外側(cè)墻體為固定在結(jié)構(gòu)鋼梁上的UHPC幕墻，在中部和頂部各開有一道細(xì)長的洞口，形成“T”形的采光與導(dǎo)風(fēng)通道。中部的豎向洞口對(duì)應(yīng)室內(nèi)走廊，寬1 800mm、高13 000mm；頂部的橫向洞口長17 800mm、高600mm，促進(jìn)腔層內(nèi)上升的熱空氣從頂部排出?？紤]到當(dāng)?shù)夭煌竟?jié)的風(fēng)向，東、西立面的腔層還在南端留有寬400mm、高14 400mm的豎向洞口，引導(dǎo)夏季的偏南風(fēng)進(jìn)入腔層帶走熱量；而在北側(cè)為防止冬季的偏北風(fēng)進(jìn)入腔層造成不必要的能量耗散，豎向洞口被巧妙地隱藏在東、西立面腔層與北立面腔層交接的界面上，寬450mm、高14 400mm，以此在夏季形成“室外—東、西立面腔層—北立面腔層—室外”的通風(fēng)路徑（圖28）。反之在冬季，腔層內(nèi)較為穩(wěn)定的氣流則為建筑室內(nèi)的采暖環(huán)境提供了一層保溫屏障。

28 東、西立面腔層輻射屏蔽與夏季通風(fēng)

設(shè)置對(duì)照組對(duì)夏至日與冬至日10、12、14時(shí)進(jìn)行模擬，分析腔層西曬屏蔽與保溫的作用，得出全年制冷與制熱能耗（圖29）。結(jié)果顯示，在夏季，有腔層組室內(nèi)的操作溫度要明顯低于無腔層組，且距離腔層越近的房間受到的增益越多（圖30）；腔層中南北向高頻次的通風(fēng)也可進(jìn)一步帶走熱量，降低室內(nèi)溫度（圖31）。此狀態(tài)下全年制冷總能耗為7 950kW·h，相較于無腔層組全年制冷能耗8 297kW·h減少347kW·h（約4.2%）。而在冬季，腔層內(nèi)穩(wěn)定的氣流環(huán)境對(duì)鄰近房間有很好的保溫作用，室內(nèi)操作溫度要高于無腔層組（圖32），其全年制熱總能耗為12 261kW·h，相比于無腔層組全年制熱能耗13 545kW·h減少了1 284kW·h（約9.5%）。

29 有無東、西側(cè)腔層全年制熱與制冷能耗對(duì)比

30 夏至日10、12、14 時(shí)有無東、西側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

31 東、西側(cè)腔層夏季風(fēng)壓通風(fēng)下溫度場分布

32 冬至日10、12、14 時(shí)有無東、西側(cè)腔層室內(nèi)操作溫度對(duì)比

3 結(jié)語

作為綠色建筑“空間調(diào)節(jié)”設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用和實(shí)證示范，華師大鹽城實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師培訓(xùn)中心適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣髋c場地環(huán)境，將建筑的綠色設(shè)計(jì)思維從降低能耗轉(zhuǎn)向氣候適應(yīng)，通過建筑師的形體操作和空間設(shè)計(jì)，使建筑的環(huán)境調(diào)控重新回歸了建筑學(xué)的自主性。從建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)層面來看，“被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層”這一概念的引入和技術(shù)應(yīng)用，分別根據(jù)不同的環(huán)境需求與空間差異，在建筑上部體量的四象界面設(shè)計(jì)了具有相應(yīng)空間深度的氣候調(diào)節(jié)腔層，以被動(dòng)的方式結(jié)合智能化的可調(diào)節(jié)構(gòu)件，在冬冷夏熱的季節(jié)性熱流周期內(nèi)對(duì)光熱進(jìn)行平衡調(diào)控，對(duì)氣流進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)能量進(jìn)行調(diào)節(jié)。腔層的存在既有效減少了內(nèi)部核心空間的能量耗散，在降低全年能耗的情況下營造出舒適的室內(nèi)環(huán)境，也創(chuàng)造出節(jié)奏鮮明、虛實(shí)相映的立面形式特征與美感，為建筑氣候界面的營造開拓了新的思路，也為夏熱冬冷氣候區(qū)低能耗綠色建筑的實(shí)踐提供了新的示范。

注釋

1 建筑環(huán)境調(diào)控是指建筑通過多種設(shè)計(jì)手段的整合與優(yōu)化，逐步縮小環(huán)境與人體熱舒適之間的差異，當(dāng)建筑所處的外部環(huán)境出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，仍能通過建筑的調(diào)節(jié)使室內(nèi)環(huán)境處于舒適的熱平衡之中。建筑的環(huán)境調(diào)控包含對(duì)風(fēng)、光、熱、濕多種物理環(huán)境的綜合調(diào)節(jié)，最終反映到熱環(huán)境與人體舒適上。

2 空間調(diào)節(jié)是指建筑師在本專業(yè)范疇內(nèi)，通過有效的空間組織、合理的體形與構(gòu)造設(shè)計(jì)，以空間本身的單體形態(tài)和群體組織來實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外環(huán)境的性能化調(diào)節(jié)，從而提高建筑使用舒適度和健康度，減少能耗，是基于可持續(xù)性環(huán)境目標(biāo)的性能導(dǎo)向設(shè)計(jì)手段。

3 交互式表皮是指針對(duì)特定地區(qū)的氣候特征與環(huán)境條件，在建筑設(shè)計(jì)中通過對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)造、形態(tài)與組織方式的設(shè)計(jì)，從而調(diào)控室內(nèi)外的物理環(huán)境、提高舒適度、減少能源消耗的設(shè)計(jì)策略與技術(shù)。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能肌理與交互式表皮設(shè)計(jì)策略是綠色建筑“空間調(diào)節(jié)”理論的重要組成部分。

4 交互式表皮設(shè)計(jì)直接指向四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):被動(dòng)式氣候調(diào)節(jié)腔層、熱質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)蓄、生態(tài)介質(zhì)表皮和光熱平衡遮陽。

5 環(huán)境物理參數(shù)是參考維克多·奧戈雅（Victor Olgyay）提出的“人體與氣候因子關(guān)系圖”和“生物氣候圖”，歸納出對(duì)人體舒適度產(chǎn)生影響的環(huán)境物理參數(shù)，總結(jié)為操作溫度、相對(duì)濕度、空氣流速、太陽輻射和室內(nèi)照度五項(xiàng)。

6 能量體形系數(shù)不同于傳統(tǒng)的建筑形體系數(shù)（建筑物的外表面積和外表面積所包的體積之比），是指建筑熱交換界面面積與耗能空間體積的比值，是影響建筑物耗熱量指標(biāo)的重要因素之一，是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。能量體形系數(shù)越大，單位建筑面積對(duì)應(yīng)的外表面積越大，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失越大，能耗就越多。

圖片來源

圖1 來源于文獻(xiàn)[1，2]；圖2 根據(jù)文獻(xiàn)[12]整理繪制；圖3，7～13，18～21，27，28 為作者根據(jù)資料繪制；圖4～6 為東南大學(xué)建筑學(xué)院張彤教授工作室資料；圖14～17，22～24，29，30，32 由作者模擬得出（軟件選用Ladybug、Honeybee、EnergyPlus、Radiance）；圖25，26，31 由仲文洲提供。