深圳學(xué)校建筑被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略探究

唐 海 華

(吉林大學(xué)珠海學(xué)院，廣東 珠海 519000)

地球表面的溫度近些年來(lái)上升得越來(lái)越快，隨著全球平均氣溫的上漲，將會(huì)造成海拔低的一些城市如上海、紐約、新奧爾良、東京、孟買(mǎi)、阿姆斯特丹等被海水淹沒(méi)。面對(duì)全世界的這種環(huán)境問(wèn)題，建筑無(wú)疑脫不了直接關(guān)系?；仡櫲祟?lèi)的歷史，有過(guò)三次的城鎮(zhèn)化進(jìn)程：第一次是經(jīng)歷兩百多年才完成的以英國(guó)為代表的工業(yè)革命；第二次是以美國(guó)為代表的電氣化革命，歷時(shí)一百余年；第三次就是以我國(guó)為代表的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，以全球信息化為主要特征。前兩次的城鎮(zhèn)化進(jìn)程都帶來(lái)了很?chē)?yán)重很惡劣的環(huán)境破壞和能源的大量消耗，而我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程的規(guī)模十分龐大，其總量比前兩次整個(gè)城鎮(zhèn)化的全部過(guò)程還要多。近些年來(lái)，建筑運(yùn)行的能耗已經(jīng)隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的整體提高也在持續(xù)地增加，建筑能耗也已經(jīng)成為了我國(guó)能源消耗主要來(lái)源。

面對(duì)當(dāng)今全球嚴(yán)峻的環(huán)境與能源問(wèn)題，氣候引導(dǎo)下的綠色與節(jié)能建筑設(shè)計(jì)成為了現(xiàn)當(dāng)代建筑研究的一個(gè)重要課題。而學(xué)校建筑作為一種具有教育示范意義的公共建筑物，加上它對(duì)于學(xué)生環(huán)境意識(shí)的培養(yǎng)方面具有一定的示范教育意義，所以對(duì)于學(xué)校建筑的綠色、環(huán)保與節(jié)能變得尤為重要。建筑師在對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)，不可避免地要對(duì)其進(jìn)行綠色、生態(tài)與節(jié)能方面的考慮。

對(duì)于目前現(xiàn)有的綠色建筑設(shè)計(jì)，很多都只是停留在堆砌一些節(jié)能技術(shù)的層面。相反，與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色與節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的潛力還可以有待充分挖掘。本文主要從以深圳為代表的嶺南地區(qū)的氣候特征入手，然后分別對(duì)適應(yīng)自然條件的綠色建筑的被動(dòng)式設(shè)計(jì)的概念、重要性、研究意義和學(xué)校建筑具體的綠色被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略詳細(xì)論述。

1 以深圳為代表的嶺南地區(qū)的氣候特征

深圳地區(qū)為亞熱帶海洋性濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，其主要表現(xiàn)為冬季比較短暫，也比較溫和，寒冷的時(shí)間很短，而夏季比較漫長(zhǎng)并且濕熱，氣溫的日較差和年較差都不大，晝夜溫差的變化也很小。雨量充沛，太陽(yáng)輻射比較強(qiáng)烈，空氣當(dāng)中的含濕量比較高，常年盛行東南風(fēng)和西南風(fēng)。

2 綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)的概念

綠色建筑主動(dòng)式設(shè)計(jì)主要是指使用那些依賴(lài)于不可再生能源(包括利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等轉(zhuǎn)換的電能)的空調(diào)和照明系統(tǒng)，和使用那些依賴(lài)于動(dòng)力設(shè)備與輔助機(jī)械的太陽(yáng)能利用設(shè)備的綠色建筑設(shè)計(jì)。而綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)主要是采用氣候適應(yīng)下的建筑合適的朝向、優(yōu)化的布局、合理的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱形式以及一些合適的節(jié)能材料與遮陽(yáng)設(shè)施的運(yùn)用等手段，來(lái)達(dá)到建筑綠色與節(jié)能的要求。

3 學(xué)校建筑被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略的研究意義

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)一定程度上依賴(lài)于傳統(tǒng)建筑在適應(yīng)自然條件方面的建造經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也可以對(duì)傳統(tǒng)的建造經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)建筑資源的保護(hù)與繼承方面有著重要的意義。

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)一定程度上可以減少主動(dòng)式技術(shù)(如空調(diào)、照明系統(tǒng)等設(shè)備)的使用，從這種角度看，主動(dòng)式技術(shù)運(yùn)用就相當(dāng)于是綠色建筑在短時(shí)間內(nèi)，面對(duì)非常極端的條件下的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的一個(gè)補(bǔ)償措施。

因此，從綠色建筑設(shè)計(jì)的層面來(lái)看，針對(duì)不同地區(qū)的氣候條件，可以先采用被動(dòng)式的綠色與節(jié)能建筑設(shè)計(jì)措施，將被動(dòng)式與主動(dòng)式這兩種設(shè)計(jì)策略結(jié)合在一起使用，從而使綠色建筑真正地發(fā)揮節(jié)能效益。

4 綠色校園被動(dòng)式設(shè)計(jì)的具體策略

基于前文對(duì)深圳地區(qū)氣候特征的認(rèn)識(shí)，以下分別從學(xué)校的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建筑單體設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)深圳學(xué)校建筑被動(dòng)式的綠色設(shè)計(jì)策略具體展開(kāi)論述。

4.1 學(xué)校規(guī)劃層面的被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略

對(duì)于學(xué)校規(guī)劃層面的被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略，歸納如下：

1)可以充分利用江風(fēng)、海風(fēng)等季候風(fēng)的優(yōu)越自然條件，以自然通風(fēng)為主的原則進(jìn)行學(xué)校的規(guī)劃布局設(shè)計(jì)；

2)在進(jìn)行建筑朝向的選取上，可以使建筑的迎風(fēng)面和主導(dǎo)風(fēng)向成30°～60°范圍內(nèi)的角度布置，這樣可以使建筑背風(fēng)面所產(chǎn)生的漩渦區(qū)的范圍減少，使得氣流更為順暢；

3)學(xué)校南向的建筑可以采用局部敞開(kāi)的形式，以及建筑的底層可以采取架空的形式，將夏季主導(dǎo)風(fēng)引入學(xué)校的內(nèi)部，形成穿過(guò)學(xué)校內(nèi)部建筑的風(fēng)道(見(jiàn)圖1，圖2)；

4)在進(jìn)行建筑布局的時(shí)候，可以采取行列式與錯(cuò)列式的布局形式，這樣可以增大學(xué)校建筑的通風(fēng)面積，使得氣流容易導(dǎo)入學(xué)校建筑內(nèi)部；

5)以喬灌木為主、草坪為輔的設(shè)計(jì)原則，設(shè)置多種形式的校園綠化，如種植屋面、垂直立體綠化以及有水體穿插的綠地系統(tǒng)等，營(yíng)造大面積的水景和人工濕地，以及盡量采用一些滲水性的地面，減少學(xué)校熱島效應(yīng)的產(chǎn)生。

4.2 適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛳碌膸X南民間傳統(tǒng)建筑的建造理論與經(jīng)驗(yàn)

在適應(yīng)嶺南地區(qū)特有的自然條件的情況下，嶺南民間傳統(tǒng)建筑在建造方面形成了自己的理論與經(jīng)驗(yàn)，為了使得建筑能有良好的自然通風(fēng)，他們利用熱壓和風(fēng)壓來(lái)進(jìn)行空氣的交換。

熱壓，即指通過(guò)溫度的差異，使得空氣的密度變得不均勻，從而形成了冷熱空氣的交換。在建筑規(guī)劃布局上，主要表現(xiàn)為通過(guò)不同的空間組合變化來(lái)形成熱壓。例如，嶺南地區(qū)梳式布局的村落就是利用這種原理，村子前面與村子后面的農(nóng)田、樹(shù)木與池塘等屬于低溫空間，熱空氣經(jīng)過(guò)這些區(qū)域，溫度就會(huì)降低下來(lái)，而村落里面的村舍的墻體、屋頂?shù)冉ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)與部件屬于高溫空間，整個(gè)村落里就形成了一定的溫度差，自然而然地就造成了冷熱空氣的交換，從而有利于整個(gè)村落的自然通風(fēng)。

風(fēng)壓，則是指通過(guò)不同的空間尺度的變化，使得空氣的密度變得不均勻，從而形成了空氣的壓力差，使得氣流在相鄰的空間里進(jìn)行交換。一般情況下，廊道內(nèi)的風(fēng)壓比較小，天井里的風(fēng)壓比較大，天井里的自然風(fēng)就會(huì)通過(guò)建筑的室內(nèi)流向廊道，嶺南地區(qū)密集式的民居平面就是利用風(fēng)壓的這種原理，通過(guò)廊道、廳堂與天井的這些不同尺度的空間組合形成的。

嶺南地區(qū)的氣候適應(yīng)下的嶺南民間傳統(tǒng)建筑的一些建造經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：

1)利用熱壓的原理，在建筑中設(shè)計(jì)一些廊道、巷道，而且這些廊道、巷道必須是南北向的，以便于通風(fēng)，只有這樣才能形成陰影區(qū)，才能起到冷巷的作用。

2)在炎炎的夏日，空氣多以陣風(fēng)的形式在流動(dòng)，風(fēng)吹過(guò)以后，便會(huì)出現(xiàn)時(shí)間很短的靜風(fēng)間隙。這時(shí)，如果要是能夠形成回風(fēng)，便會(huì)增加建筑室內(nèi)空氣更換的次數(shù)，建筑室內(nèi)的降溫與散熱效果也會(huì)更為理想。多進(jìn)院落式的民居的風(fēng)場(chǎng)一般比較流暢，有利于回風(fēng)的形成，即建筑室內(nèi)的穿堂風(fēng)經(jīng)過(guò)廳堂后，如果碰上了障礙物的話，就會(huì)反向流動(dòng)，便會(huì)形成回風(fēng)(見(jiàn)圖3)。

3)利用多天井的形式進(jìn)行通風(fēng)，如密集式民居的平面構(gòu)成中，在中軸線上布置有好幾個(gè)天井，同時(shí)起到進(jìn)風(fēng)的作用，在兩側(cè)會(huì)安排狹長(zhǎng)的巷子，起到冷巷的作用。

4.3 學(xué)校建筑單體的被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略

對(duì)于學(xué)校建筑單體具體的被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略，也歸納如下：

1)在建筑單體的平面設(shè)計(jì)中，借鑒嶺南民間傳統(tǒng)建筑適應(yīng)自然條件的一些經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置一些自然的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，以形成穿堂風(fēng)，即對(duì)流的氣流通道。其中，進(jìn)風(fēng)口的高度盡量接近學(xué)生和老師活動(dòng)的區(qū)域；

2)充分地利用太陽(yáng)光照，給學(xué)校的建筑室內(nèi)創(chuàng)造一種健康、舒適的自然光照環(huán)境。如可以設(shè)計(jì)一些共享中庭、下沉庭院，或者是在建筑的屋頂上設(shè)計(jì)一些高側(cè)窗等解決學(xué)校建筑進(jìn)深比較大的空間自然采光比較困難的問(wèn)題；

3)由于本地區(qū)夏季比較長(zhǎng)，常年建筑室內(nèi)外溫差不大，極端的氣溫現(xiàn)象很少發(fā)生，所以不存在因?yàn)榻ㄖ覂?nèi)外比較大的溫差，從而通過(guò)一些熱橋部位引起建筑室內(nèi)結(jié)露返潮的現(xiàn)象。所以在本地區(qū)的學(xué)校建筑的外墻保溫隔熱的形式的選擇上，應(yīng)該優(yōu)先采用外墻自保溫系統(tǒng)，其次是外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)，之后才考慮外墻外保溫和外墻夾芯保溫等保溫構(gòu)造形式；

4)在學(xué)校建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，可以采取開(kāi)敞式外循環(huán)的雙層皮通風(fēng)玻璃幕墻，其內(nèi)層幕墻是封閉的(可以設(shè)計(jì)一些可開(kāi)啟的門(mén)窗以便于室內(nèi)的換氣與清潔、圍護(hù))，空氣在建筑室外與熱道之間進(jìn)行流動(dòng)，而且這種空氣流動(dòng)不需要依賴(lài)于一些專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，完全可以憑借著自然通風(fēng)來(lái)完成，運(yùn)行的成本也比較低，是一種比較生態(tài)的節(jié)能幕墻；

5)本地區(qū)特別適合種植一些亞熱帶常綠植物，所以對(duì)于學(xué)校建筑的屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)，可以采用種植屋面的形式，對(duì)于減少城市熱島效應(yīng)也有很大的意義；

6)嶺南民間傳統(tǒng)建筑向來(lái)比較重視建筑的遮陽(yáng)，比如竹筒屋、騎樓、冷巷、木花格窗、空斗墻等等。對(duì)于學(xué)校建筑的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，可以針對(duì)不同的建筑部位，采取不同的遮陽(yáng)形式。例如，水平活動(dòng)翻板遮陽(yáng)構(gòu)件對(duì)于太陽(yáng)高度角比較大，而且是從窗戶的前上方斜射下來(lái)的，陽(yáng)光的遮擋效果比較好，一般比較適合于校園建筑的南向、東南向以及西南向部位的遮陽(yáng)，也可以用于大面積的玻璃屋頂或者是玻璃幕墻的遮陽(yáng),而垂直活動(dòng)翻板遮陽(yáng)構(gòu)件，比較適合遮擋那些太陽(yáng)高度角不大，從窗戶的側(cè)向斜射過(guò)來(lái)的陽(yáng)光，一般可以用于校園建筑的北向、東北向以及西北向等部位的遮陽(yáng)等等(見(jiàn)圖4，圖5)。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于以深圳為代表的嶺南地區(qū)學(xué)校建筑的被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)，可以從當(dāng)?shù)氐奈锢憝h(huán)境，尤其是當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境的分析著手，針對(duì)學(xué)校建筑具體所面臨的一些氣候問(wèn)題，在學(xué)校規(guī)劃與學(xué)校建筑單體設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略；同時(shí)，可以借鑒嶺南民間傳統(tǒng)建筑在適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件下的建造理論與經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)前全球的環(huán)境與能源問(wèn)題愈加的突出，減少建筑對(duì)于空調(diào)負(fù)荷及其他不可再生能源的依賴(lài)；在建筑設(shè)計(jì)中基于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，采用合適的建筑朝向、優(yōu)化的布局形式、合理的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱形式以及一些合適的節(jié)能材料與遮陽(yáng)設(shè)施的運(yùn)用等被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)策略，來(lái)達(dá)到建筑綠色與節(jié)能的要求愈加的必要。