夏熱冬冷地區(qū)產(chǎn)業(yè)園區(qū)被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)技術(shù)研究

【摘要】建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展面臨更大挑戰(zhàn)，同時(shí)也迎來重要發(fā)展機(jī)遇。文章結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)視角上對(duì)建筑設(shè)計(jì)構(gòu)架、氣候與環(huán)境特點(diǎn)、場地與布局分析、功能與空間要素、建筑技術(shù)運(yùn)用等方面進(jìn)行了探索與研究，闡述了如何將綠色設(shè)計(jì)的理念和方法融入建筑設(shè)計(jì)。以氣候適應(yīng)性為核心，通過分析研究氣候、場地、建筑空間、功能、界面等方面，構(gòu)建適應(yīng)夏熱冬冷氣候下園區(qū)的綠色建筑設(shè)計(jì)模式。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；被動(dòng)式設(shè)計(jì)；技術(shù)運(yùn)用

【中圖分類號(hào)】TU201.5 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）02-0073-03

0 引言

“雙碳”目標(biāo)下，綠色生態(tài)建筑建設(shè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。隨著我國快速城市化，一系列環(huán)境污染和能源問題先后出現(xiàn)，影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，在生態(tài)文明建設(shè)大發(fā)展的背景下，設(shè)計(jì)綠色、低碳、循環(huán)、可持續(xù)的建筑，是當(dāng)代建筑師的責(zé)任和使命。建筑設(shè)計(jì)中的被動(dòng)式設(shè)計(jì)在使用過程中可以有效減少對(duì)能源的消耗，甚至可以實(shí)現(xiàn)零能耗。本文結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)產(chǎn)業(yè)化園區(qū)項(xiàng)目，針對(duì)被動(dòng)式綠色建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的解析與運(yùn)用進(jìn)行了深入研究。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)構(gòu)架

綠色建筑設(shè)計(jì)的核心價(jià)值具有多元化的特征，其價(jià)值觀體系往往決定了設(shè)計(jì)發(fā)展的方向和結(jié)果。應(yīng)杜絕以純粹的形式化、個(gè)性化等為出發(fā)點(diǎn)，將綠色生態(tài)的價(jià)值觀作為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)核心與輸入輸出的依據(jù)，從而創(chuàng)造出理性、地域性、與自然生態(tài)和諧的建筑。因此，綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)從前期、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營進(jìn)行全生命周期的綜合設(shè)計(jì)，以總體平衡為目標(biāo)，從建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)在本質(zhì)出發(fā)，處理地域、環(huán)境、空間、功能、界面、技術(shù)、流程、造價(jià)等問題，不斷評(píng)估修正，進(jìn)行驗(yàn)證反饋，在整體系統(tǒng)平衡中達(dá)到最優(yōu)效果。

1.1 綠色建筑設(shè)計(jì)重要的思維方式

1）堅(jiān)持從整體到局部、從空間到措施的設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)是系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，包含了建筑及其所在區(qū)域環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系，也反映了全生命周期維度的影響。整體解決方案效果會(huì)更大于局部應(yīng)用，針對(duì)各環(huán)節(jié)的把控，應(yīng)先進(jìn)行全面綜合的思考，再分散到局部實(shí)施?？臻g設(shè)計(jì)和需求的調(diào)控是重要的切入點(diǎn)，包括空間布局、尺度、集約型、功能與環(huán)境的關(guān)系等。所以綠色設(shè)計(jì)以空間為先導(dǎo)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，再到技術(shù)措施的提升與優(yōu)化[1]。

2）要以全生命周期為重要考量范疇。綠色建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)貫穿全過程的全生命周期的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從開始的整個(gè)區(qū)域的生態(tài)、氣候分析，到單體設(shè)計(jì)深入，構(gòu)建材料采集、生產(chǎn)及單體建造，再到運(yùn)營維護(hù)、重復(fù)使用，乃至整體生態(tài)修復(fù)平衡與環(huán)境整合。以全生命周期為考量范疇，可以更深刻地體現(xiàn)本土化的環(huán)境整合、人性化的多樣性、長壽因子的應(yīng)用、低碳技術(shù)的拓展，可以利用智慧化技術(shù)加以調(diào)控，形成全過程的管控手段和方式。

1.2 構(gòu)建正向設(shè)計(jì)流程

綠色低碳建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以正向設(shè)計(jì)思路為主線展開，從宏觀到微觀，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，按照不同階段、不同專業(yè)、不同要素、不同時(shí)序逐漸展開，有序地推進(jìn)在設(shè)計(jì)過程中不斷融入綠色設(shè)計(jì)理念和基因。

2 被動(dòng)式建筑技術(shù)的解析

某氣體純化氣技術(shù)研發(fā)總部主要用于進(jìn)行氣體純化設(shè)備系列半導(dǎo)體儀器的生產(chǎn)及研發(fā)，產(chǎn)品為氣體純化器、氣體純化系統(tǒng)、氣體過濾器，見圖1。項(xiàng)目用地面積為18 676 m2，擬建設(shè)地上建筑面積37 352 m2（1棟5層科研大樓、2棟生產(chǎn)大樓、1棟綜合樓）。項(xiàng)目建成預(yù)計(jì)生產(chǎn)氣體提純專用設(shè)備1 000臺(tái)/年，研發(fā)氣體提純專用設(shè)備10臺(tái)樣式/年。

2.1 氣候與環(huán)境特點(diǎn)

夏熱冬冷地區(qū)是指我國最冷月平均溫度滿足0～10 ℃ ，最熱月平均溫度滿足25～30 ℃ ，日平均溫度≤5 ℃的天數(shù)為0～90 d，日平均溫度≥25 ℃的天數(shù)為49～110 d的地區(qū)。氣候區(qū)域的建筑物必須滿足夏季防熱、通風(fēng)、降溫要求，冬季應(yīng)適當(dāng)兼顧防寒[2]?？傮w規(guī)劃、單體設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理應(yīng)有利于良好的自然通風(fēng)。夏季風(fēng)以東南向?yàn)橹?，?guī)劃設(shè)計(jì)留出東南向風(fēng)道，建筑面向東南向開窗。春秋過渡季節(jié)合理控制通風(fēng)有助于減少建筑對(duì)空調(diào)設(shè)備的需求，冬季寒冷應(yīng)控制建筑防風(fēng)。

本地區(qū)降水充足，易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害，設(shè)計(jì)過程中采用雨水收集與利用的設(shè)備，同時(shí)結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用。每年6、7月份梅雨季節(jié)時(shí)期，氣候陰沉多雨，器物易霉，建筑設(shè)計(jì)結(jié)合通風(fēng)天井、通風(fēng)中庭、底層架空等方式加強(qiáng)建筑整體的通風(fēng)，緩解建筑內(nèi)部的潮濕等問題。

2.2 場地與布局分析

項(xiàng)目選址避開污染地塊，遠(yuǎn)離噪聲、電磁輻射、振動(dòng)和有害化學(xué)品等污染。進(jìn)行區(qū)域生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，調(diào)查場地內(nèi)表層土壤質(zhì)量，促進(jìn)場地的自然生態(tài)資源、自然景觀資源、人文景觀資源的可持續(xù)利用與發(fā)展。

建筑布局尊重區(qū)域的城市空間形態(tài)，充分考慮建筑的高度、密度、外觀形態(tài)，以實(shí)現(xiàn)城市風(fēng)貌的和諧統(tǒng)一。規(guī)劃考慮節(jié)約用地，減少內(nèi)部動(dòng)線，通過4個(gè)建筑體塊組合，利用2層連廊的平臺(tái)將各建筑有效聯(lián)系在一起，提高各建筑直接功能的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，使得科研、生產(chǎn)、生活于一體，最大化縮短人行動(dòng)線。建筑組團(tuán)外側(cè)為車行交通體系，貨運(yùn)、車行、人行動(dòng)線各自獨(dú)立且互不干擾。

整體建筑采用圍合布局，內(nèi)部庭院、平臺(tái)、特定的場景形成多元化的特色空間。地形設(shè)計(jì)上，采用微地形、場地高差處理，形成地表接地式和地下接地式的形態(tài)以產(chǎn)生緩沖空間，為主要空間提供被動(dòng)式預(yù)冷/預(yù)熱的媒介。局部架空式接地空間，將開口迎合夏季風(fēng)的主導(dǎo)風(fēng)向，從而在夏季獲得更多自然通風(fēng)加速底層散熱。場地結(jié)合景觀設(shè)計(jì)開展綠化植物配置，利用地被植物、平臺(tái)綠化、屋頂綠化，增加建筑及場地的綠量，提升綠化植物固碳能力，有效調(diào)節(jié)局部微氣候，提升建筑周邊空氣品質(zhì)，為使用者提供優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境。

2.3 功能與空間要素

建筑使用空間可分為室外、室內(nèi)和室內(nèi)外過渡空間3種類型。就室內(nèi)空間而言，又可分為以自然氣候主導(dǎo)的開放性空間和以人工氣候?yàn)橹鞯姆忾]性空間。前者對(duì)自然氣候要素具有明顯的選擇性，而后者則往往是排斥性的[3]。不同的使用功能對(duì)于氣候具有不同的適應(yīng)性，通過合理設(shè)置建筑功能空間與室外氣候的聯(lián)系關(guān)系可以最大程度地利用自然資源，提高建筑能效。在設(shè)計(jì)中充分拓展融入自然的開放性空間潛力，完全融入自然的室外空間和灰空間不需要額外的建筑能耗，見圖2。通過庭院、敞廳、敞廊等方式形成室外和半室外的功能空間，減少與自然隔閡的封閉空間需要最多的能耗，盡可能將空間連通，以充分利用有利的氣候條件，從而將不利氣候因素的影響降到最低。

同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目建筑功能空間進(jìn)行彈性功能拓展和健康設(shè)計(jì)，可以為建筑空間提供增值，需要更多關(guān)注室內(nèi)外休閑健身空間的設(shè)計(jì)及室內(nèi)熱濕環(huán)境、空氣品質(zhì)等方面的設(shè)計(jì)，提高室內(nèi)人員的健康度和滿意度[4]。建筑空間組織在被動(dòng)式設(shè)計(jì)中尤為重要，合理安排不同能耗空間在建筑中的位置及相對(duì)關(guān)系，為降低建筑能耗提供基礎(chǔ)，保證人工氣候調(diào)節(jié)僅用于最需要的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境人工依賴的最小化。

2.4 建筑外圍護(hù)界面

圍護(hù)墻體是建筑與外部環(huán)境直接接觸的界面，直接受到自然及人工環(huán)境的作用。通過優(yōu)化圍護(hù)墻體的熱工性能，如蓄熱能力、隔熱能力，對(duì)其薄弱環(huán)節(jié)，如冷熱橋構(gòu)造的加強(qiáng)處理，使得室內(nèi)空間環(huán)境維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，可以減少能耗，從而對(duì)提升舒適度有直接幫助。

建筑立面設(shè)計(jì)結(jié)合建筑立面形象及建筑自遮陽的處理，通過自身產(chǎn)生的陰影來形成建筑的“自遮陽”，進(jìn)而達(dá)到減少屋頂和墻體受熱的目的。此外，自遮陽方式具有建筑效果完整、遮陽效果持久、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)[5]。本項(xiàng)目采用豎向桿件、平臺(tái)挑板、采光天窗電動(dòng)式可調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)、喬木遮陽、爬藤綠化植物等進(jìn)行綜合性建筑遮陽體系，可以有效降低建筑能耗。

3 綠色建筑技術(shù)運(yùn)用

3.1 光伏太陽能

1）項(xiàng)目模式及接入方式。光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力用戶在同一場所，屬于分布式光伏發(fā)電，采用“自發(fā)自用余電量上網(wǎng)”的模式。項(xiàng)目的接入系統(tǒng)方式為低壓380 V接入。

2）太陽能電池組件。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目，采用芯片轉(zhuǎn)換效率最高的單晶硅太陽電池組件，組件單板容量為525 WP。項(xiàng)目光伏面積為3 940.86 m2，光伏年發(fā)電約48萬 kW .h，主要用于園區(qū)廠房照明、動(dòng)力設(shè)備等。

3.2 BIM技術(shù)的運(yùn)用

建筑信息模型（BIM）的應(yīng)用主要體現(xiàn)在綠色設(shè)計(jì)指標(biāo)提取、節(jié)能計(jì)算、算量統(tǒng)計(jì)、模擬仿真、綠色設(shè)計(jì)評(píng)估等方面。以BIM為載體，提取模型內(nèi)相關(guān)參數(shù)與信息，以達(dá)到高效、高質(zhì)地進(jìn)行綠建指標(biāo)計(jì)算、節(jié)能計(jì)算、算量、模擬、評(píng)估等，輔助綠色設(shè)計(jì)方法落地。綠色設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)整個(gè)建筑生命周期中，在建造和使用流程上對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)資源使用效率（包括降低材料消耗、節(jié)能、減排等）的提高。BIM可持續(xù)設(shè)計(jì)的特性與綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)關(guān)注點(diǎn)相同，結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性實(shí)施步驟如下：界定基于BIM的綠色設(shè)計(jì)范圍—目標(biāo)設(shè)定—?dú)庀筚Y料獲取—BIM性能化模擬—方案優(yōu)化。

3.3 智慧化管理系統(tǒng)

根據(jù)不同系統(tǒng)板塊綠色設(shè)計(jì)的方法內(nèi)容、不同前置的條件，在系統(tǒng)總體框架下選取最適宜的方法加以組合。一體化智慧管理平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、室內(nèi)照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、空氣處理機(jī)、新風(fēng)處理機(jī)、送排風(fēng)機(jī)、車庫CO檢測、電力監(jiān)控系統(tǒng)等，做到有效實(shí)時(shí)檢測、控制建筑能耗，提升項(xiàng)目在后期運(yùn)維管理的效率。建設(shè)BIM技術(shù)的全生命周期管理平臺(tái)與設(shè)計(jì)實(shí)施系統(tǒng)，以保障綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)施全過程中的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

本文以某氣體純化氣技術(shù)研發(fā)總部項(xiàng)目為例，以綠色建筑設(shè)計(jì)理論體系為依據(jù)，結(jié)合被動(dòng)式節(jié)能的技術(shù)手段，在項(xiàng)目前期就對(duì)地域氣候與環(huán)境特點(diǎn)、場地與布局、功能與空間要素、建筑外圍護(hù)界面等進(jìn)行分析，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)自身優(yōu)勢，有效降低建筑能耗。并通過綠色建筑設(shè)計(jì)形成完整的設(shè)計(jì)流程，以正向設(shè)計(jì)的角度，為夏熱冬冷地區(qū)產(chǎn)業(yè)園區(qū)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔凱，劉恒.綠色建筑設(shè)計(jì)導(dǎo)則建筑專業(yè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2021.

[2] 張宏儒.適應(yīng)夏熱冬冷氣候的綠色公共建筑設(shè)計(jì)導(dǎo)則[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2021.

[3] 卓高松.夏熱冬冷地區(qū)綠色辦公建筑的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略研究[D].北京：清華大學(xué)，2013.

[4] 安琪，黃瓊，張欣.基于能耗模擬分析的建筑空間組織被動(dòng)設(shè)計(jì)研究[J].建筑節(jié)能，2019，47（1）：63-70.

[5] 李保峰，李鋼.建筑表皮：夏熱冬冷地區(qū)建筑表皮設(shè)計(jì)研究[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[作者簡介]高國紅（1979—），男，上海人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：產(chǎn)業(yè)園區(qū)綠色建筑設(shè)計(jì)。