基于氣候適應(yīng)性的嶺南地區(qū)綠色建筑低碳設(shè)計(jì)策略

楊韶馨

（中譽(yù)設(shè)計(jì)有限公司 廣東 清遠(yuǎn) 511518）

0 前言

“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的提出，給我國實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提出了更為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。建筑作為三大終端消費(fèi)之一，碳排放占CO2總排放量的1/4［1］，綠色低碳化設(shè)計(jì)是我國綠色發(fā)展的重要一環(huán)。

風(fēng)、光、熱、濕是氣候的基本元素，不同元素有不同存在的方式，且受到地理位置、地表形態(tài)和人類活動(dòng)的影響。嶺南地區(qū)氣候濕熱、多雨，夏季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，冬季暖潤(rùn)溫和，夏季制冷需求多，導(dǎo)致建筑能耗高，對(duì)綠色建筑的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。基于該氣候適應(yīng)性的通風(fēng)隔熱與遮陽技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也成為彰顯嶺南現(xiàn)代建筑的鮮明特色［2］。尤其是在居民對(duì)高質(zhì)量生活要求和“雙碳”目標(biāo)的雙重形勢(shì)下，對(duì)嶺南地區(qū)的綠色建筑發(fā)展提出了更高的要求［3］。如果建筑項(xiàng)目在規(guī)劃-設(shè)計(jì)-運(yùn)行全生命周期開展節(jié)能技術(shù)，即針對(duì)嶺南地區(qū)亞熱帶氣候區(qū)，從建筑空間布局形態(tài)開始，到建筑設(shè)計(jì)，再到運(yùn)行時(shí)的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)措施和當(dāng)?shù)鼐用袷褂眯袨榈?，則會(huì)更有效的推動(dòng)綠色建筑低碳化發(fā)展。

綠色建筑是城市、能源、自然的高度協(xié)調(diào)，是人與自然共同發(fā)展的必然路徑［4］。在此過程中，需要專業(yè)人員不僅要有低碳化的思維設(shè)計(jì)模式，還需要對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂?、生態(tài)和行為習(xí)慣較為熟稔，才能把綠色建筑低碳化貫徹其中［5］。

圍繞綠色建筑各方面，學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，劉剛［6］總結(jié)了綠色建筑材料的應(yīng)用現(xiàn)狀以及節(jié)水、冷屋頂、最低新風(fēng)等節(jié)能技術(shù)；田慧峰等人［7］介紹了國內(nèi)綠色建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策，旨在鼓勵(lì)政府、開發(fā)商、施工單位等對(duì)綠色建筑重視，推動(dòng)綠色技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用；湯文?。?］從建筑的全生命周期出發(fā)，參考《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50378—2006》，得到不同星級(jí)下的綠色建筑增量成本，與總投資比較后選擇項(xiàng)目的綠色建筑技術(shù)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮綠色建筑的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

針對(duì)夏熱冬暖地區(qū)綠色建筑發(fā)展方面，李東和［9］在充分考慮氣候因素條件下，把研究重點(diǎn)放在被動(dòng)式建筑與設(shè)計(jì)策略上，主要有建筑體形復(fù)雜化，建筑間距以節(jié)能為原則，采用天庭、天井等加強(qiáng)建筑通風(fēng)，設(shè)置遮陽設(shè)施，此外還有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和資源利用等方面的建議；黃惠菁［10］基于嶺南氣候，探究了不同形式的遮陽構(gòu)件及其與光伏發(fā)電技術(shù)、再生水蒸發(fā)、太陽追蹤自動(dòng)遮陽、防眩光等技術(shù)的綜合應(yīng)用；此外，嶺南地區(qū)空調(diào)能耗占到建筑總能耗的一半以上，對(duì)建筑空調(diào)形式和管理必不可少。楊虎等人［11］探討了廣州某教育建筑空調(diào)采用溫濕度精確控制和探測(cè)是否使用的控制空調(diào)開關(guān)的措施。

本文基于地塊建筑的全生命周期，即從規(guī)劃開始，到設(shè)計(jì)到后期運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)形式等，通過調(diào)研不同階段已有建筑實(shí)例和發(fā)表的文獻(xiàn)等，全面梳理適應(yīng)于嶺南氣候的各項(xiàng)綠色建筑技術(shù)，為后續(xù)綠色建筑技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 建筑形態(tài)布局

1.1 形態(tài)布局概念

顧名思義，建筑形態(tài)布局即建筑與建筑、周圍環(huán)境形成的樣式。通過基本形態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑周圍氣候調(diào)節(jié)是綠色建筑設(shè)計(jì)方法的內(nèi)涵之一。

建筑形態(tài)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①要體現(xiàn)對(duì)土地的最佳利用，不浪費(fèi)土地資源；②要建造適應(yīng)于當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖ问剑趲X南地區(qū)要特別注意通風(fēng)、遮擋和采光三者之間的平衡；③體現(xiàn)建筑與人的交互，即居民與外界的通達(dá)性，保證居民生活便利。

因此，不同氣候區(qū)和文化地區(qū)的建筑形態(tài)千差萬別，如圖1所示。

圖1 不同氣候區(qū)建筑形態(tài)Fig.1 Architectural Forms in Different Climate Zones

1.2 形態(tài)布局設(shè)計(jì)策略

從廣義來說，形態(tài)布局不僅考慮建筑與周圍環(huán)境的和諧、節(jié)約能源，還要表達(dá)出人文情懷，Serge Salat博士［12］對(duì)巴黎的始建于19 世紀(jì)中葉的奧斯曼式建筑情有獨(dú)鐘。

奧斯曼式建筑在自然光可利用率、被動(dòng)空間占比、街區(qū)的可達(dá)性和連接性，都表現(xiàn)得極為優(yōu)越，實(shí)現(xiàn)建筑、環(huán)境、人和諧統(tǒng)一，如圖2所示。

圖2 巴黎奧斯曼式建筑形態(tài)Fig.2 Paris Ottoman Architectural Form

嶺南地區(qū)的通風(fēng)帶走建筑聚集的大部分熱量，在設(shè)計(jì)形態(tài)布局時(shí)要注重通風(fēng)走廊的形成。胡顯軍［13］對(duì)嶺南舊街區(qū)進(jìn)行微改造時(shí)，重新梳理了形態(tài)肌理，提出了對(duì)堵塞通風(fēng)的建筑構(gòu)件進(jìn)行拆除，以還原街區(qū)原始的氣候適應(yīng)性肌理，如圖3所示。

圖3 街區(qū)肌理疏通［13］Fig.3 Street Texture Dredging

增強(qiáng)通風(fēng)的方式不僅表現(xiàn)在平面布局，還可以在垂直方向上，形成上下相通的樓井，更符合用地緊張以高層建筑為主的現(xiàn)代城市設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 天井內(nèi)院疏通與優(yōu)化［13］Fig.4 Drainage and Optimization of the Courtyard

除了建筑布局、空間結(jié)構(gòu)之外，形態(tài)設(shè)計(jì)還包含其他建筑構(gòu)件，比如雨棚、遮陽，在嶺南地區(qū)不僅要應(yīng)對(duì)多雨天氣，還要抵擋炎熱酷暑。

從上面的分析可以看出，形態(tài)布局的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于適應(yīng)氣候從空間的橫向和縱向兩個(gè)維度，圍繞通風(fēng)和遮擋兩個(gè)核心開展。具體的設(shè)計(jì)策略為平行于主流風(fēng)速形成通風(fēng)廊道，豎直方向設(shè)置天庭、天井對(duì)建筑抽風(fēng)；平面布局沿用傳統(tǒng)騎樓的方式設(shè)置遮擋構(gòu)件、樓與樓間隔設(shè)置雨棚，豎向空間在中段形成架空、空中庭院，既能貼近自然又能節(jié)約能耗（見圖5～圖6）。

圖5 街巷改造增加綠化和遮陽設(shè)施［13］Fig.5 Greening and Shading Facilities in Street Space Design

圖6 建筑架空示意圖［13］Fig.6 Building Overhead Schematic Diagram

2 建筑設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，通過設(shè)計(jì)可以改變建筑空間功能、使用者行為，達(dá)到滿足居民對(duì)生活空間的要求和減少能源消耗的目標(biāo)。

建筑設(shè)計(jì)的綠色低碳策略主要為抵抗?jié)駸釟夂蜻M(jìn)行建筑的被動(dòng)式設(shè)計(jì)，減少建筑人工環(huán)境的耗能。沈馳［14］提出了5 種以空間塑造引導(dǎo)行為的綠色設(shè)計(jì)策略，總結(jié)如下：

⑴利用自然采光和自然通風(fēng)減少對(duì)能源依賴，具體措施是把建筑“切薄”，讓建筑與周圍環(huán)境的接觸面增加，充分利用自然光和通風(fēng)。這種方式增加了建筑的體型系數(shù)，在以制冷為主的嶺南地區(qū)比較實(shí)用；

⑵公共空間室外化，減少能源使用，這要是針對(duì)非主要使用的公共空間，比如大堂、中庭、走廊、電梯廳等，可采用架空的狀態(tài)營(yíng)造陰涼的環(huán)境，與嶺南地區(qū)傳統(tǒng)騎樓設(shè)計(jì)有異曲同工之妙，還可以增加與室外的交互，體現(xiàn)建筑的開放；

⑶創(chuàng)造“冷巷”，加強(qiáng)自然通風(fēng)，這是傳統(tǒng)嶺南建筑塑造環(huán)境的精髓，嶺南地區(qū)濕熱，通風(fēng)甚至比遮陽、隔熱更為重要，既可以帶走建筑熱量，還可以作為空調(diào)新風(fēng)的來源，減少能源的使用，同時(shí)傳承歷史建筑風(fēng)格；

⑷圍護(hù)界面機(jī)動(dòng)設(shè)置，應(yīng)對(duì)不同季節(jié)氣候的變化，比如報(bào)告廳正面墻采用轉(zhuǎn)門，氣候舒適的時(shí)候，轉(zhuǎn)門打開，與外界的綠植相連，不僅身心愉悅，還可以減少機(jī)械通風(fēng)消耗的能量，遮擋組件的靈活應(yīng)用，冬季增加太陽輻射，夏季減少室內(nèi)得熱；

⑸消極空間的再造，猶如廢棄物再利用，疏散樓梯使用頻率低，如果不放在核心筒，而是與外界相通，且覆蓋通透的遮陽格柵，就可以更加吸引使用者上下樓，不僅可以消食交談，還減少電梯的使用頻率。

賀珉［15］在針對(duì)夏熱冬暖地區(qū)辦公建筑綠色設(shè)計(jì)中，把建筑的通風(fēng)當(dāng)成重點(diǎn)，設(shè)置拔風(fēng)井盡量增加建筑的引風(fēng)，此外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)氣候變化，生態(tài)設(shè)計(jì)增加建筑空間的自然氣息，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用可再生能源等設(shè)計(jì)策略也值得借鑒；李鑫強(qiáng)［16］在建筑設(shè)計(jì)中提出設(shè)置退臺(tái)式獨(dú)立露臺(tái)，增加立體綠化突出遮陽，被動(dòng)式設(shè)計(jì)中采用倒置式屋面和外墻保溫系統(tǒng)，注重門窗節(jié)能設(shè)計(jì)減少能耗。

在建筑設(shè)計(jì)方面，為適應(yīng)亞熱帶氣候區(qū)，要充分發(fā)揮被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，包含建筑外形設(shè)計(jì)充分利用自然光和通風(fēng)；建筑功能布局優(yōu)化與自然環(huán)境和諧互動(dòng)；遮擋和隔熱構(gòu)件合理設(shè)置，減少室內(nèi)得熱；靈活設(shè)置部分構(gòu)件，增加建筑空間的多樣性等。

在對(duì)清遠(yuǎn)民族工業(yè)園企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展基地進(jìn)行改造時(shí)，從3個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)（見圖7）：

圖7 清遠(yuǎn)工業(yè)園區(qū)建筑形態(tài)和布局Fig.7 Architectural Form and Layout of Qingyuan Industrial Park

⑴ 項(xiàng)目地形與建筑體量和周邊建筑肌理相結(jié)合，建筑之間布置綠化及活動(dòng)空間，把建筑體量解構(gòu)為更小的基本型，建筑與自然更為和諧，消除建筑對(duì)城市造成的壓迫感；

⑵工業(yè)園區(qū)建筑體量大類型多，建筑形態(tài)和布局以人為本進(jìn)行設(shè)計(jì)，將辦公綜合樓置于沿街面反映企業(yè)文化和生活氣息，辦公綜合樓弧線設(shè)計(jì)以增加地標(biāo)性，把建筑分解為有趣的基本形體，形成了一系列的綠化花園，滿足人們的生活和工作需求；

⑶在為建筑遮擋陽光的同時(shí)，使它能受到盛行風(fēng)的吹拂，讓建筑獲得良好的遮蔭通風(fēng)效果。屋頂具備太陽能板和隔熱設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)可再生能源的目標(biāo)。同時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)于整體水資源管理與景觀美化進(jìn)行了規(guī)劃，以保護(hù)和恢復(fù)本地植物群落。

3 空調(diào)策略

3.1 現(xiàn)有狀況

嶺南地區(qū)暖通空調(diào)消耗的能源占到建筑總能耗的一半以上，綠色建筑設(shè)計(jì)繞不過暖通設(shè)計(jì)。暖通系統(tǒng)包含供能、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)3個(gè)方面，在嶺南地區(qū)主要是通風(fēng)、去濕和制冷。

蘇海東［17］針對(duì)建筑裝修階段，提出了在低碳背景下空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采用太陽能技術(shù)、變頻技術(shù)、綠色材料技術(shù)和能源分析與循環(huán)利用技術(shù)的建議；賀珉［15］提出不同功能區(qū)空調(diào)分區(qū)設(shè)計(jì)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)要注意熱回收和地板送風(fēng)、空調(diào)水系統(tǒng)種要數(shù)字化調(diào)節(jié)等措施。學(xué)者對(duì)以上空調(diào)系統(tǒng)措施的研究已經(jīng)很多，下面以嶺南地區(qū)氣候?yàn)楸尘?，著重?qiáng)調(diào)的空調(diào)節(jié)能措施。

3.2 除濕制冷分步

嶺南地區(qū)房間熱舒適不達(dá)標(biāo)，除了溫度高之外，很多時(shí)候是濕度太高。在廣州大學(xué)采用集中供冷能源費(fèi)用較高，是廣受詬病的原因之一，其中一項(xiàng)就是為達(dá)到室內(nèi)熱舒適，設(shè)置的空調(diào)室內(nèi)溫度過低，但經(jīng)過調(diào)研是室內(nèi)的濕度太高，造成了室內(nèi)不舒適且能源浪費(fèi)的結(jié)果［18］。

秦翠翠［19］采用機(jī)械通風(fēng)的方式在住宅可以明顯的改善房間環(huán)境。除了住宅之外，采用多聯(lián)機(jī)和其他集中空調(diào)形式的建筑，可設(shè)計(jì)除濕和制冷分開以滿足室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減少空調(diào)能耗。

3.3 監(jiān)測(cè)和控制

建筑空調(diào)使用行為不當(dāng)可使建筑能耗費(fèi)用翻倍［20］，因此，監(jiān)測(cè)和基于行為對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制在多聯(lián)機(jī)和中央空調(diào)中必不可少。不同功能建筑的具體措施如下：

⑴針對(duì)教室有固定上課時(shí)間的建筑功能，可通過自控系統(tǒng)設(shè)置空調(diào)的開啟時(shí)間段，如果是中小學(xué)，在體育課或其他活動(dòng)時(shí)間設(shè)置空調(diào)關(guān)閉，如果是大學(xué)間歇性上課的教室，可增加空調(diào)使用終止時(shí)間指令才允許開啟的控制。

⑵如果是辦公室，可采用紅外線等監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)在室人員行為實(shí)施監(jiān)測(cè)，可設(shè)置離開15 min 后自動(dòng)關(guān)閉等控制方法，也可根據(jù)固定上下班時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管控。

在數(shù)字化當(dāng)?shù)赖默F(xiàn)代社會(huì)，除了使用行為監(jiān)測(cè)之外，結(jié)合房間溫度的精確控制和設(shè)置空調(diào)能耗管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)維過程中空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

4 結(jié)論

本文從嶺南地區(qū)熱濕、多雨的氣候出發(fā)，以建筑綠色低碳設(shè)計(jì)為目標(biāo)，從建筑形態(tài)布局、建筑設(shè)計(jì)和空調(diào)系統(tǒng)3個(gè)方面進(jìn)行了論述，結(jié)論如下：

⑴建筑布局基于當(dāng)?shù)氐南募局鲗?dǎo)風(fēng)向，形成通風(fēng)走廊帶走建筑內(nèi)的熱量，局部細(xì)節(jié)考慮遮陽、遮雨設(shè)施和綠化，形成人、自然和建筑的和諧。

⑵建筑設(shè)計(jì)主要采用分區(qū)精細(xì)化設(shè)計(jì)和被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，針對(duì)不長(zhǎng)時(shí)間停留和消極功能，可多與外界自然相連，常用空間多接觸自然采光，參考騎樓中部架空設(shè)計(jì)，建筑活動(dòng)門靈活設(shè)計(jì)等。

⑶空調(diào)方面在現(xiàn)有的綠色技術(shù)上，依托于數(shù)字化技術(shù)，基于室內(nèi)環(huán)境和行為使用監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)可采用除濕制冷分步，對(duì)功能房間設(shè)置開啟時(shí)間和自動(dòng)關(guān)閉等措施。