地域文化背景下被動式生態(tài)建筑技術(shù)應(yīng)用

陳曙琪 張華 段于瑄 張滿

摘 要：地域文化中包含著豐富的傳統(tǒng)生態(tài)智慧和被動式設(shè)計方法，對其展開挖掘并運(yùn)用到當(dāng)代綠色建筑設(shè)計中，是實(shí)現(xiàn)建筑減碳的重要策略之一。以2022臺達(dá)杯獲獎作品《林澗.驛》為例，探討地域文化背景下的被動式生態(tài)建筑技術(shù)應(yīng)用。作品對院落、火塘、底層架空等傳統(tǒng)空間進(jìn)行了轉(zhuǎn)譯，很好地解決了建筑的采光、通風(fēng)和遮陽問題，結(jié)合太陽能、地源熱泵等可再生能源的利用，實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能和減碳目標(biāo)，創(chuàng)造了符合四川本土地域特征的綠色建筑。

關(guān)鍵詞：火塘；地域文化；被動式建筑；建筑設(shè)計

基金項(xiàng)目：本文系河南工業(yè)大學(xué)2022年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目“雙碳目標(biāo)下基于數(shù)字模擬的綠色建筑性能優(yōu)化研究”（202210463082）、2021年河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院本科教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“一流專業(yè)建設(shè)背景下基于就讀經(jīng)驗(yàn)的建筑學(xué)專業(yè)人才分類培養(yǎng)體系建構(gòu)”（2021GJYJTM01）研究成果。

地域文化是某一地區(qū)古老的文化傳統(tǒng)，反映了當(dāng)?shù)氐牧?xí)俗、生活以及思想。建筑是地域文化的重要載體，包含著應(yīng)對氣候的傳統(tǒng)生態(tài)智慧和被動式設(shè)計方法，對其進(jìn)行挖掘并運(yùn)用到當(dāng)代綠色建筑設(shè)計中，可實(shí)現(xiàn)文化與建筑功能、形象、細(xì)節(jié)等方面的融合，對地域文化傳承有重要的作用。2020年，我國明確提出“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”目標(biāo)，隨后，“雙碳”被寫入2021年《政府工作報告》中。在“雙碳”目標(biāo)的指引下，建筑行業(yè)更加重視綠色建筑設(shè)計。建筑師們在這一方面做了很多有益的探索，創(chuàng)作了大量的優(yōu)秀案例，如：從化圖書館靈活利用傳統(tǒng)冷巷技術(shù)構(gòu)建三維通風(fēng)系統(tǒng)，有效解決了建筑通風(fēng)采光問題[1]；清華大學(xué)南區(qū)食堂借鑒中國園林中的步移景異打造立體街道，材料上使用老校區(qū)紅磚，以傳承校園文化[2]。通過這些優(yōu)秀案例可以看到，地域性特點(diǎn)給綠色建筑設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)，同時也帶來了許多設(shè)計靈感。2022臺達(dá)杯獲獎作品《林澗.驛》（圖1）通過挖掘四川傳統(tǒng)民居特點(diǎn)及建筑文化，結(jié)合現(xiàn)代綠色建筑技術(shù)，探索了以被動式建筑技術(shù)為主、主動式建筑技術(shù)為輔的綠色建筑設(shè)計方法。

一、構(gòu)思來源

（一）氣候分析

項(xiàng)目所在地位于四川盆地西北部關(guān)壩溝流域自然保護(hù)小區(qū)內(nèi)。關(guān)壩村林地面積達(dá)6 499.3畝（1畝約666.67平方米），森林覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤性氣候，氣候溫和，降水豐沛，日照充足，四季分明。該地相對濕度保持在68％以上，年平均溫度14.3 ℃，水平面總輻射量達(dá)1 144.6 kWh/㎡。場地夏季盛行東南風(fēng)，冬季盛行西北風(fēng)，年平均風(fēng)速為1.5 m/s。

（二）地域文化

我國傳統(tǒng)民居凝聚了千百年來人們對居住空間如何適應(yīng)周邊自然環(huán)境的思考。四川四周高山，地處盆地，溝壑縱橫，地形多變。當(dāng)?shù)孛窬邮紫瓤紤]適應(yīng)濕熱氣候和多變的山地環(huán)境，基于遮陽和通風(fēng)方面的考慮，逐漸發(fā)展出特有的建筑形式，如火塘、檐廊和部分架空的一層等，這些都體現(xiàn)了人與自然相互依存的人居環(huán)境觀。

（三）傳統(tǒng)生態(tài)建筑智慧

當(dāng)?shù)爻凉h族外，有一個藏族的特殊支系，被稱為白馬人。白馬人居住的傳統(tǒng)民居最開始以一種類似吊腳樓的底層架空的方式抵御濕熱氣候，經(jīng)過幾代傳承演變，民居成為如今的土墻板屋形式，屋頂輕薄且四面出挑，由木椽、木板和青瓦組成，在達(dá)到良好的遮陽效果的同時又保留著古樸自然的氣質(zhì)[3]。在白馬人的居住空間中，火塘是極為重要的一部分，它承擔(dān)了家庭成員聚集和會客的功能。在白馬人的觀念中，房屋背后和河流的上游處均有“索麥”，即神山，面對神山，是對山神的尊敬，能得到神的庇佑[4]。因此，火塘是白馬人民居中非常重要的空間。

二、《林澗.驛》中的被動式生態(tài)設(shè)計

（一）火塘的空間轉(zhuǎn)譯

火塘作為白馬人傳統(tǒng)民居中的主要活動空間和精神空間，是傳統(tǒng)被動式節(jié)能技術(shù)之一，將建筑功能賦予火塘空間，并與底層架空空間相結(jié)合，在采光、通風(fēng)、冬季保暖、夏季隔熱以及防潮等方面提升空間環(huán)境。

1.空間營造

在白馬人的傳統(tǒng)民居中，火塘空間在建筑中呈上下貫通的形式，首層部分主要由一個低于室內(nèi)平面的矩形以及中心部分的火爐組成，二層及屋頂開通風(fēng)孔。設(shè)計方案在展覽空間中設(shè)置火塘作為休憩空間，火塘中間下沉部分自然形成座位，四周用展墻與展覽空間分割，在與展覽空間相通的同時保證了休息空間的私密性。在傳統(tǒng)民居火塘中心的火爐位置設(shè)置室內(nèi)綠化，在增添室內(nèi)自然氣息的同時也能形成一定程度的視線遮擋（圖2）。

2.火塘架空通風(fēng)系統(tǒng)

火塘下沉空間一側(cè)做可開啟裝置，與建筑整體的底層架空部分相結(jié)合，下沉部分的垂直面可以開啟，結(jié)合建筑底層架空、側(cè)高窗共同形成火塘架空通風(fēng)系統(tǒng)。夏季打開建筑架空層擋板、下沉空間垂直面以及火塘側(cè)高窗，保證室內(nèi)良好的通風(fēng)效果；冬季將所有可開啟的部分閉合，避免冬季風(fēng)吹入室內(nèi)，起到保溫的效果。

3.火塘自然采光系統(tǒng)

展覽室為大空間，僅通過側(cè)面采光難以滿足室內(nèi)光照需要，也容易造成眩光。對此，將火塘空間設(shè)置在展覽室中部，采用天窗采光，光線柔和，使一層展覽空間中部的采光情況得到有效改善，該區(qū)域全自然采光百分比（Daylight Autonomy，DA）由35.84％提升到64.38％（圖3）。

（二）底層架空手法的利用

在白馬人早期的民居中，曾將底部架空，周圍敞開，作為牲畜飼養(yǎng)空間。底層架空的手法不僅有利于建筑通風(fēng)，且將人的活動空間進(jìn)行抬高處理，遠(yuǎn)離地面潮氣，是傳統(tǒng)的被動式節(jié)能手法之一。項(xiàng)目場地高差變化大，所以在方案設(shè)計中，根據(jù)地形將建筑底部抬高500 mm—600 mm，營造底部架空的首層空間。這樣既能發(fā)揮其在通風(fēng)防潮方面的優(yōu)勢，又可以在建造過程中減少施工對地形的破壞。架空層帶走了夏季大部分的潮濕空氣，并且在冬季形成保溫層效果，可大幅提高室內(nèi)的舒適度。通過模擬可以看出，在不架空的情況下，一層建筑平均處于較冷環(huán)境；加入架空層后，建筑一層的舒適度得到明顯改善，由較冷變?yōu)檫m中（圖4）。

（三）可調(diào)節(jié)式陽光房系統(tǒng)

陽光房是重要的被動式設(shè)計方法之一，能夠很好地發(fā)揮冬季保溫的作用，但封閉的陽光房也會帶來夏季過熱的問題。設(shè)計采用可調(diào)節(jié)式陽光房系統(tǒng)，在保證冬季保暖的同時促進(jìn)夏季通風(fēng)，改善陽光房夏季過熱現(xiàn)象?？烧{(diào)節(jié)式陽光房在方案中主要用在建筑主入口處和二層建筑南側(cè)。夏季可將陽光房頂部遮陽簾打開，并且將陽光房門全啟，建筑東南方向可以在無遮擋的情況下最大限度滿足室內(nèi)通風(fēng)，以保證建筑入口的舒適度。冬季關(guān)閉東南向全啟式陽光房門，通過側(cè)門進(jìn)入建筑，避免東南向冷風(fēng)直接吹入室內(nèi)，同時提高進(jìn)入室內(nèi)的空氣溫度?？烧{(diào)節(jié)式陽光房為在建筑中靈活調(diào)節(jié)室內(nèi)小氣候提供了更多可能，提高了建筑節(jié)能效率。

（四）建筑遮陽系統(tǒng)

深遠(yuǎn)的出檐是四川民居中最典型的特征之一，不僅可以阻擋雨水淋到外墻，而且能起到很好的遮陽效果，對改善室內(nèi)環(huán)境有重要的作用。在方案中，根據(jù)建筑朝向、功能的不同，運(yùn)用了多種形式的遮陽手法。辦公區(qū)部分采用水平遮陽板與反光材料相結(jié)合的方式，為室內(nèi)提供漫反射光線，提高了工作環(huán)境與學(xué)習(xí)研究環(huán)境的舒適度。展覽功能與售賣功能區(qū)通過挑檐元素結(jié)合窗套設(shè)計達(dá)到遮陽要求，提高了建筑美感，增加了造型元素。

三、《林澗.驛》中的其他設(shè)計策略

除被動式生態(tài)設(shè)計外，作品中還利用了可再生能源，如太陽能光伏、地源熱泵等。

（一）光伏瓦（主動式太陽能技術(shù)）

項(xiàng)目所在地四川太陽能資源較豐富，具有非常好的光伏利用條件。隨著現(xiàn)代光伏技術(shù)逐漸成熟，光伏產(chǎn)品的效率越來越高，產(chǎn)品形式也越來越多。光伏瓦是一種具有隔熱、防水，同時可以發(fā)電的屋面材料，非常適用于坡屋頂建筑[5]。方案采用坡屋頂形式，結(jié)合光伏瓦，既能很好地融入當(dāng)?shù)丨h(huán)境，又可以為建筑提供能源。屋頂坡度利用當(dāng)?shù)刈罴褍A角，入射輻射強(qiáng)度可達(dá)2 262.38 kWh/m2，每年可發(fā)電334 264.16 kWh。

（二）地源熱泵

地源熱泵是一種新型的供暖系統(tǒng)，在使用過程中產(chǎn)生的污染物極少，具有能量利用率高、使用方便等優(yōu)勢，對環(huán)境保護(hù)有重要意義。項(xiàng)目所在地位于山區(qū)，晝夜溫差大，有豐富的地下水資源，具有利用地源熱泵的有利條件。方案中利用地源熱泵可以解決建筑的冬季濕冷問題。

四、結(jié)語

挖掘地域文化中的傳統(tǒng)生態(tài)智慧，既能使建筑很好地融入當(dāng)?shù)丨h(huán)境，又能實(shí)現(xiàn)建筑減碳?！读譂?驛》作品充分結(jié)合四川地域文化，在進(jìn)行傳統(tǒng)建筑空間現(xiàn)代轉(zhuǎn)譯的同時，探索被動式生態(tài)建筑技術(shù)的應(yīng)用。利用綠色建筑模擬分析軟件，輔助完善建筑方案。作品對院落、火塘、底層架空等傳統(tǒng)空間進(jìn)行了轉(zhuǎn)譯，很好地解決了建筑的采光、通風(fēng)和遮陽問題，結(jié)合太陽能、地源熱泵等可再生能源的利用，實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能和減碳目標(biāo)，創(chuàng)造了符合四川本土地域特征的綠色建筑。對基于地域文化傳承的綠色建筑設(shè)計的探討，是現(xiàn)代綠色建筑發(fā)展的重要課題。充分挖掘地域文化和本土生態(tài)智慧，經(jīng)過轉(zhuǎn)譯，再恰當(dāng)運(yùn)用在現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計中，是打造具有中國特色的綠色建筑的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖毅強(qiáng)，劉穗杰.綠色回歸空間：廣州市從化區(qū)圖書館（一、二期）建筑設(shè)計[J].建筑學(xué)報，2018（6）：46-49.

[2]宋曄皓，孫菁芬，解丹，等.可持續(xù)建筑設(shè)計的思考：清華大學(xué)南區(qū)學(xué)生食堂設(shè)計[J].建筑學(xué)報，2016（11）：59-61.

[3]史琛燦.白馬藏族民居的地域性建筑材料探析[J].建筑與文化，2017（11）：219-220.

[4]王欣.四川平武白馬藏族的生態(tài)文化空間[J].西藏民族學(xué)院學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2011（6）：59-68，140.

[5]楊泰.地源熱泵技術(shù)應(yīng)用闡述[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2022（2）：72-75.

作者簡介：

陳曙琪 ，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院學(xué)生。研究方向：綠色建筑設(shè)計。

張華（通訊作者），博士，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院副教授。研究方向：綠色建筑設(shè)計。

段于瑄 ，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院學(xué)生。研究方向：綠色建筑設(shè)計。

張滿 ，河南工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院學(xué)生。研究方向：綠色建筑設(shè)計。