宋曄皓談夏熱冬冷地區辦公建筑設計的策略

◎ 本刊記者 汪莉莉

夏熱冬冷地區是指累年日平均溫度穩定低于或等于5℃的日數為60天至89天，以及累年日平均溫度穩定低于或等于5℃的日數不足60天，但累年日平均溫度穩定低于或等于8℃的日數大于或等于75天。其氣候特點是夏季酷熱，冬季濕冷，空氣濕度較大，當室外溫度5℃以下時，如沒有供暖設施，室內溫度低、舒適度差。夏熱冬冷地區的綠色辦公建筑設計主要是從建筑師角度思考需要做哪些工作，以及怎么樣從被動的角度處理這些問題，后期在能源咨詢團隊或者是環境咨詢團隊配合下怎樣更深入的考慮這些問題。

目前我國的夏熱冬冷地區涉及上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、重慶、四川、貴州省（市）等14個省（直轄市）的部分地區。我國供暖地區的劃分根據國家標準《民用建筑熱工設計規范》（GB50176－93），用累年最冷月和最熱月平均溫度作為主要指標，累年日平均溫度≤5℃和≥25℃的天數作為輔助指標，將全國劃分為嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和五個地區。根據我國的氣侯區劃又大概分成三個小的亞區，從西往東三個區域，基本上這些地方面積相對遼闊，人口相對集中，對我們國家經濟貢獻度非常大，它的氣侯特征也非常鮮明，比如說夏季高溫必須采用空調系統來降溫；冬季這些地區相對來說比較寒冷。前一段時間討論的如火如荼的夏熱冬冷地區采取集中供暖的問題，宋曄皓所率領的清華大學研究團隊經過研究發現，用冷源或者是熱源并不能徹底解決夏季和冬季建筑物所存在的問題，所以夏熱冬冷地區建筑物的取暖和降溫問題是不可回避的。

夏熱冬冷地區建筑應對策略

夏熱冬冷地區內還有一個難題是相對濕度較大，除濕是一個很棘手的問題，在經過一段時間的研究后清華大學的研究團隊有了大量的數據積累。特別是對夏熱冬冷地區辦公建筑的研究方面，研究團隊不僅擁有專業的研究人員，同時有專門的科研設備，二者相互配合可以更好的完成基礎研究工作。研究團隊從認知建筑學出發，再加上建環兩個專業密切合作進行調研，并對建筑物的建構和構造進行深入研究，這些研究工作為夏熱冬冷地區的建筑設計決策提供了基礎條件。究其根本，這些調研的價值不在于建筑本身有什么創造性，而是如實的反應夏熱冬冷地區的建筑現狀。

盡可能的壓縮建筑物的采暖和制冷時間段，這是宋曄皓與研究團隊在進行研究時的最大初衷。宋曄皓說：“上世紀80年代非常經典的結論是華南理工大學教授在對廣州夏熱冬冷地區進行研究后提到的一個結論：在31度溫度條件下如果有適當的自然通風或者是電風扇吹風，被測試者舒適感知度和在29度溫度條件下的舒適感知度沒有太大差別，是可以接受的，在這種輕體力勞動條件下也是可以接受的。”這就意味著如果可以采用被動的策略并通過一些輔助手段，采用一些措施可以達到延長過渡季目的。

研究團隊在基礎研究情況下也總結了可能針對夏熱冬冷地區建筑師有創造力的幾個關鍵要素，第一是自然通風，第二是建筑遮陽，第三是隔熱的處理和采光。其中采光這一點特別重要，因為光和電是相輔相成的，如果沒有自然采光解決照明的問題必然要依托人工照明，這樣一來耗電量就會增加。“有一個特別經典的案例就是利用天窗采光效率，并用太陽能光熱板再轉化成電，再用人工照明，但是這種利用天窗比較被動、比較自然的方式，在綠色建筑評估體系中得不到補償，因為沒有采用先進的技術，這一點相對來說比較被動。”宋曄皓說到。

關于雨水的利用是對于自然通風原理性進行的剖析，首先要求這個房屋不能太深，如果太深的話必須采用主動和誘導式的通風策略，此外還要強調開口，有開口之后它對通風的誘導和強化具有積極意義。此外，還需要利用熱壓和風壓綜合作用，其實風壓并不可靠，由于夏熱冬冷地區夏季時候進風區、進風度比較高，這時需要采用熱壓綜合作用的方式來促進自然分工。

建筑的遮陽部分可以通過體量的設計和組合達到比較好的遮陽效果，建筑設計師在不拋棄傳統的精華外利用被動方式進行建筑的自遮陽，并在這個原則基礎上將每一個人的創造性都得到充分的體現。天窗或者是反光誘導、采光系統、建筑的隔熱、隔熱和通風的結合還有雨水的利用等方面，都是夏熱冬冷地區辦公建筑需要考量的重要因素。以雨水的利用為例，在雨水利用方面的技術要求不一定很高，瑞典的綠化屋頂其實就很簡單，利用一個小池子，當雨水多的時候這個池子就變成水池；當雨水少的時候池子就變成景觀池，無論怎樣水都會滲透到地下。雨水池的最終目的不是把雨水收集到雨水管道里面，而是讓收集的雨水最終回到自然中。

建筑物在過度季適當權衡

宋曄皓向記者介紹，以珠江一個辦公樓為例，它的大概建筑面積是2萬平方米，設計團隊在進行了一些前期的基礎研究后，決定在做設計的時候有一個主動相對來說有誘導性的東西。首先是徑深，其次是庭院的位置，還有可能貫通的風道。設計團隊對建筑初步的結論和建議必須經過科學的論證，現在因為各項技術相對成熟，比如計算機技術的成熟使得團隊有條件做風動管理，設計團隊在能源團隊的配合下能夠確定開口到底怎么樣更加穩妥？怎么可以使效率得到提高。同時，設計團隊牢記一個原則，就是在冬季和夏季必然要有空調的情況下，兩者怎樣進行適當的權衡，不能在過渡季表現非常良好，但到了冬夏用空調的時候很被動，這樣的效果并不理想。

那么可不可以用建筑的部位來做適當的熱壓通風？從而強調自然通風的效果。頂層架空對于在夏熱冬冷地區的建筑物有著重要意義，很多研究都有證明這一點。清華大學的研究團隊在基礎平面上做了大量研究，在研究過程中對通風口、風向風速比較密集的地方做了大量的模型比較。同時，關于建筑遮陽方面，建筑的自遮陽是最需要實現的問題之一，因為如果是簡單的基于西方的發達技術，可控、調解受制于我們的管理水平，受制于機械制造水平，受制于維修維護的成本等多個因素。如果設計團隊可以針對多種需求，不求最好但求合適，在這樣的前提下做一些研究工作，對于自遮陽和構建遮陽來說有著深遠意義。“當然沒有任何事情是十全十美的，你得到一點就要失去一點，當建筑師做到自遮陽的時候在某一些方面比如墻體或者是圍護結構要承擔造價的增加，這些問題也將隨著研究的深入不斷出現。”宋曄皓說。

其實庭院本身已經是一個對自遮陽來說具有重大意義的原型了，設計師還是要考慮怎么在平面的情況下或者是直接暴露在外的情況如何進行處理。而建筑隔熱方面，大部分設計師還是想既然遮陽就需要建筑有一定的厚度，可以把墻體做成中空的，能夠有一些誘導性的風向，這些做法都是可以實現的。建筑設計師對于任何一個構造元素、立面構造元素都不希望只有單一功能，它們應該被賦予更多復合性功能，比如能遮陽、能采光、能太陽能發電，總之是功能越多越理想。因為墻體比較厚，設計師還要考慮怎么能夠做一些遮陽或者是在通風的情況下做一些反光，因為對于建筑物來說自然采光非常重要尤其是辦公建筑。

當然最好的采光就是天窗，但是好多建筑的天窗還處于相對保守的階段，這是由于設計師也不確定天窗的形式和高度，或者是跟采光復合起來的綜合作用，未來這一問題將是設計師與研究團隊需要攻克的難題之一。另外，對于雨水的利用要依循簡單利用的原理，不要做復合利用非得要加紫外線照射之類。只需要做一個簡單的雨水處理，如果有水的時候就是一個蓄水池，如果沒有水的時候就是一個景觀池，而且所有植被都要用自然的東西。在雨水少的時候將蓄水池作為景觀使用，雨水多的時候只要能將雨滲到地下就足夠了，建筑物也可以結合建筑本身景觀進行處理，優選當地植物，以這個思路對建筑進行設計。

不能回避剛才說到的冷和熱問題，建筑物必須有冷源和熱源，否則的話傳遞不到一個主題，所以設計團隊在研究的時候將這一問題作為對暖通空調工程師團隊提出的要求。以這一問題為橋梁使建筑師團隊和暖通空調工程師團隊進行緊密合作，兩個團隊通過探討，決定運用什么樣的方式以及采用哪些模式，能夠更好的提高建筑物的能源利用效率，讓它花一度電獲得更多的東西，比如說這種分區包括分片怎么樣分主、分次，兩個團隊都做了大量比較細致的研究。

當然，這一過程將帶來更加繁雜的工作量，因為早在90年代大部分建筑師主導最多的是關于人體舒適度的研究，在上世紀六七十年代大量的基礎研究包括舒適溫度、居住者著裝情況、居住者吹風情況、居住者的溫度、相對濕度等等，大量的分布和踩點都圍繞這些問題進行。如今，越來越多的人談“綠色”，談“綠色建筑”和“節能”，然而究竟什么是綠色？什么是節能？其實要解決這些問題最根本的關鍵因素就是目前中國的舒適度、南方的舒適度，我國各個不同地區的舒適度和英國、美國的舒適度一樣嗎？如果這些問題不解決，那么綠色建筑以及綠色建筑的節能標準就沒有意義。

解決這些問題需要大量的基礎研究，不能只將目光局限在高新技術、可持續、綠色等高端問題，而是要將精力更多的放在基礎研究中。我國夏熱冬冷地區夏季悶熱、冬季寒冷，而這一地區的建筑普遍缺乏適應氣候的調控措施，導致了室內熱環境惡劣。人們為了改善生活環境濫用空調設備，又引起能源消耗急劇上升，能源供不應求。為了解決這些問題，建筑需要重新審視與氣候的關系，采用適當的技術措施為人們創造適宜的生活環境，同時提高用能效率、減少對不可再生能源的消耗。