深圳學校建筑被動式綠色設計策略探究

唐 海 華

(吉林大學珠海學院，廣東 珠海 519000)

地球表面的溫度近些年來上升得越來越快，隨著全球平均氣溫的上漲，將會造成海拔低的一些城市如上海、紐約、新奧爾良、東京、孟買、阿姆斯特丹等被海水淹沒。面對全世界的這種環境問題，建筑無疑脫不了直接關系。回顧人類的歷史，有過三次的城鎮化進程：第一次是經歷兩百多年才完成的以英國為代表的工業革命；第二次是以美國為代表的電氣化革命，歷時一百余年；第三次就是以我國為代表的城鎮化進程，以全球信息化為主要特征。前兩次的城鎮化進程都帶來了很嚴重很惡劣的環境破壞和能源的大量消耗，而我國的城鎮化進程的規模十分龐大，其總量比前兩次整個城鎮化的全部過程還要多。近些年來，建筑運行的能耗已經隨著建筑行業的迅速發展和人們生活水平的整體提高也在持續地增加，建筑能耗也已經成為了我國能源消耗主要來源。

面對當今全球嚴峻的環境與能源問題，氣候引導下的綠色與節能建筑設計成為了現當代建筑研究的一個重要課題。而學校建筑作為一種具有教育示范意義的公共建筑物，加上它對于學生環境意識的培養方面具有一定的示范教育意義，所以對于學校建筑的綠色、環保與節能變得尤為重要。建筑師在對其進行規劃與設計時，不可避免地要對其進行綠色、生態與節能方面的考慮。

對于目前現有的綠色建筑設計，很多都只是停留在堆砌一些節能技術的層面。相反，與自然環境相協調的綠色與節能建筑設計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的氣候特征入手，然后分別對適應自然條件的綠色建筑的被動式設計的概念、重要性、研究意義和學校建筑具體的綠色被動式設計策略詳細論述。

1 以深圳為代表的嶺南地區的氣候特征

深圳地區為亞熱帶海洋性濕潤季風氣候，其主要表現為冬季比較短暫，也比較溫和，寒冷的時間很短，而夏季比較漫長并且濕熱，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，太陽輻射比較強烈，空氣當中的含濕量比較高，常年盛行東南風和西南風。

2 綠色建筑被動式設計的概念

綠色建筑主動式設計主要是指使用那些依賴于不可再生能源(包括利用太陽能、風能等轉換的電能)的空調和照明系統，和使用那些依賴于動力設備與輔助機械的太陽能利用設備的綠色建筑設計。而綠色建筑被動式設計主要是采用氣候適應下的建筑合適的朝向、優化的布局、合理的建筑外圍護結構的保溫隔熱形式以及一些合適的節能材料與遮陽設施的運用等手段，來達到建筑綠色與節能的要求。

3 學校建筑被動式綠色設計策略的研究意義

綠色建筑被動式設計一定程度上依賴于傳統建筑在適應自然條件方面的建造經驗，同時也可以對傳統的建造經驗進行檢驗，對傳統建筑資源的保護與繼承方面有著重要的意義。

綠色建筑被動式設計一定程度上可以減少主動式技術(如空調、照明系統等設備)的使用，從這種角度看，主動式技術運用就相當于是綠色建筑在短時間內，面對非常極端的條件下的被動式設計策略的一個補償措施。

因此，從綠色建筑設計的層面來看，針對不同地區的氣候條件，可以先采用被動式的綠色與節能建筑設計措施，將被動式與主動式這兩種設計策略結合在一起使用，從而使綠色建筑真正地發揮節能效益。

4 綠色校園被動式設計的具體策略

基于前文對深圳地區氣候特征的認識，以下分別從學校的規劃設計和建筑單體設計兩個方面對深圳學校建筑被動式的綠色設計策略具體展開論述。

4.1 學校規劃層面的被動式綠色設計策略

對于學校規劃層面的被動式綠色設計策略，歸納如下：

1)可以充分利用江風、海風等季候風的優越自然條件，以自然通風為主的原則進行學校的規劃布局設計；

2)在進行建筑朝向的選取上，可以使建筑的迎風面和主導風向成30°～60°范圍內的角度布置，這樣可以使建筑背風面所產生的漩渦區的范圍減少，使得氣流更為順暢；

3)學校南向的建筑可以采用局部敞開的形式，以及建筑的底層可以采取架空的形式，將夏季主導風引入學校的內部，形成穿過學校內部建筑的風道(見圖1，圖2)；

4)在進行建筑布局的時候，可以采取行列式與錯列式的布局形式，這樣可以增大學校建筑的通風面積，使得氣流容易導入學校建筑內部；

5)以喬灌木為主、草坪為輔的設計原則，設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等，營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，減少學校熱島效應的產生。

4.2 適應當地氣候下的嶺南民間傳統建筑的建造理論與經驗

在適應嶺南地區特有的自然條件的情況下，嶺南民間傳統建筑在建造方面形成了自己的理論與經驗，為了使得建筑能有良好的自然通風，他們利用熱壓和風壓來進行空氣的交換。

熱壓，即指通過溫度的差異，使得空氣的密度變得不均勻，從而形成了冷熱空氣的交換。在建筑規劃布局上，主要表現為通過不同的空間組合變化來形成熱壓。例如，嶺南地區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田、樹木與池塘等屬于低溫空間，熱空氣經過這些區域，溫度就會降低下來，而村落里面的村舍的墻體、屋頂等建筑圍護結構與部件屬于高溫空間，整個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，從而有利于整個村落的自然通風。

風壓，則是指通過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行交換。一般情況下，廊道內的風壓比較小，天井里的風壓比較大，天井里的自然風就會通過建筑的室內流向廊道，嶺南地區密集式的民居平面就是利用風壓的這種原理，通過廊道、廳堂與天井的這些不同尺度的空間組合形成的。

嶺南地區的氣候適應下的嶺南民間傳統建筑的一些建造經驗，總結如下：

1)利用熱壓的原理，在建筑中設計一些廊道、巷道，而且這些廊道、巷道必須是南北向的，以便于通風，只有這樣才能形成陰影區，才能起到冷巷的作用。

2)在炎炎的夏日，空氣多以陣風的形式在流動，風吹過以后，便會出現時間很短的靜風間隙。這時，如果要是能夠形成回風，便會增加建筑室內空氣更換的次數，建筑室內的降溫與散熱效果也會更為理想。多進院落式的民居的風場一般比較流暢，有利于回風的形成，即建筑室內的穿堂風經過廳堂后，如果碰上了障礙物的話，就會反向流動，便會形成回風(見圖3)。

3)利用多天井的形式進行通風，如密集式民居的平面構成中，在中軸線上布置有好幾個天井，同時起到進風的作用，在兩側會安排狹長的巷子，起到冷巷的作用。

4.3 學校建筑單體的被動式綠色設計策略

對于學校建筑單體具體的被動式綠色設計策略，也歸納如下：

1)在建筑單體的平面設計中，借鑒嶺南民間傳統建筑適應自然條件的一些經驗，設置一些自然的進風口和出風口，以形成穿堂風，即對流的氣流通道。其中，進風口的高度盡量接近學生和老師活動的區域；

2)充分地利用太陽光照，給學校的建筑室內創造一種健康、舒適的自然光照環境。如可以設計一些共享中庭、下沉庭院，或者是在建筑的屋頂上設計一些高側窗等解決學校建筑進深比較大的空間自然采光比較困難的問題；

3)由于本地區夏季比較長，常年建筑室內外溫差不大，極端的氣溫現象很少發生，所以不存在因為建筑室內外比較大的溫差，從而通過一些熱橋部位引起建筑室內結露返潮的現象。所以在本地區的學校建筑的外墻保溫隔熱的形式的選擇上，應該優先采用外墻自保溫系統，其次是外墻內保溫系統，之后才考慮外墻外保溫和外墻夾芯保溫等保溫構造形式；

4)在學校建筑的圍護結構的設計上，可以采取開敞式外循環的雙層皮通風玻璃幕墻，其內層幕墻是封閉的(可以設計一些可開啟的門窗以便于室內的換氣與清潔、圍護)，空氣在建筑室外與熱道之間進行流動，而且這種空氣流動不需要依賴于一些專門的設備，完全可以憑借著自然通風來完成，運行的成本也比較低，是一種比較生態的節能幕墻；

5)本地區特別適合種植一些亞熱帶常綠植物，所以對于學校建筑的屋頂的設計，可以采用種植屋面的形式，對于減少城市熱島效應也有很大的意義；

6)嶺南民間傳統建筑向來比較重視建筑的遮陽，比如竹筒屋、騎樓、冷巷、木花格窗、空斗墻等等。對于學校建筑的遮陽設計，可以針對不同的建筑部位，采取不同的遮陽形式。例如，水平活動翻板遮陽構件對于太陽高度角比較大，而且是從窗戶的前上方斜射下來的，陽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，也可以用于大面積的玻璃屋頂或者是玻璃幕墻的遮陽,而垂直活動翻板遮陽構件，比較適合遮擋那些太陽高度角不大，從窗戶的側向斜射過來的陽光，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等等(見圖4，圖5)。

5 結語

對于以深圳為代表的嶺南地區學校建筑的被動式綠色設計，可以從當地的物理環境，尤其是當地的氣候環境的分析著手，針對學校建筑具體所面臨的一些氣候問題，在學校規劃與學校建筑單體設計中采取相應的設計策略；同時，可以借鑒嶺南民間傳統建筑在適應當地氣候條件下的建造理論與經驗。

當前全球的環境與能源問題愈加的突出，減少建筑對于空調負荷及其他不可再生能源的依賴；在建筑設計中基于當地的氣候條件，采用合適的建筑朝向、優化的布局形式、合理的建筑外圍護結構保溫隔熱形式以及一些合適的節能材料與遮陽設施的運用等被動式綠色設計策略，來達到建筑綠色與節能的要求愈加的必要。