淺談綠色建筑中的被動設計
——以珠海派諾科技園為例

文／張 偉 金科（上海）建筑設計有限公司 工程師

引言

綠色建筑是指在生命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[1]。而綠色建筑的被動設計，是指通過建筑物與場地自然條件的結合，調節建筑光、聲、熱環境等，從而降低能耗。以被動優先為原則進行設計，有利于生態、經濟的可持續性發展，有利于不同區域建筑文化的傳承。

1 項目概況介紹

1.1 項目背景

在20 世紀90 年代初，國家建立了珠海高新技術區，經過多年孕育發展，通過無數企業人共同拼搏奮斗，現如今建設已卓有成效，放眼縱觀，整個高新區未來發展不可限量。作為出入珠海的主要門戶，它不僅僅是企業孵化器、高校聚集地，更是未來粵港澳大灣區重要產能輸出的中堅力量。

本案業主是珠海市派諾科技有限公司，向來以“智慧用電、綠色用能”為使命，其形象的綜合園區更應成為綠色建筑、智慧建筑的代表。文章以派諾科技園設計為例，主要對它的被動設計進行分析。

1.2 工程概況

項目位于珠海市高新區科技創新海岸南圍片區科技九路北、創新八路東側，地塊呈矩形,用地較為規整，其中東西向長約125 米，南北向約96 米。基地周圍都為已建成的工業用房，基地內部地勢平坦。

項目用地面積約1.2 萬平方米，容積率1.8，地上計容建筑面積約2.16 萬平方米。由三棟多層建筑組成，整體布局緊湊（圖1）：1#樓位于地塊北側，地上六層，建筑高度為24 米；2#樓位于地塊西南側，地上五層，建筑高度為20.4 米，西面層層跌落，景觀步道直通屋面；3#樓位于地塊東南側，地上七層，建筑高度為24 米，平面布局呈三角形。

圖1 西側沿創新八路鳥瞰效果圖

沿場地西側的創新八路設置人行主出入口和車行出入口，內部車行道路沿用地邊線布置，日常通行兼做消防車道；園區內部采取人車分流的交通組織方式，方便安全出行。

2 針對區域氣候條件的研究分析

2.1 日照因素

珠海盛夏（6 ～8 月）平均氣溫28.2℃。日照充沛，太陽能源豐富。平均每天5.1 小時，日照最多的月份為7 月，日照時數可達7.7 小時/天①。

2.2 風向因素

珠海地處珠江口西岸，屬亞熱帶季風海洋性氣候。年主導風向以偏東風為主，頻率占比達16%。春季（3 ～5 月）以偏東風和東南風為主，盛夏（6 ～8 月）以西南風為主，秋冬（9 月～次年2 月）則以東北和偏東風為主②。

2.3 雨水因素

珠海全年降水量較豐富，全年平均130～150天為降雨日。每年第二、三季度為雨季，降雨量約占全年的90%左右。受熱帶氣旋的影響，臺風季節短時暴雨較多③。

3 方案設計淺析

3.1 以成本控制為設計目標

做到有成本意識，設計過程中始終以節儉作為出發點，在減少資源消耗的同時，另一方面也關注如何提高資源利用效率。

3.1.1 關于成本意識

根據規劃條件，建筑限高24 米，得出地塊為多層建筑單體或建筑群。在相同地質條件下，多層因其結構關系，導致開挖地下室經濟性較差，在滿足要求的前提下，應盡量減少地下開挖，以地面停車等方式取代地下車庫，以達到控制建設成本的目的。

根據相關規范，建筑單體應合理控制樓層和電梯數量。在滿足使用需求的前提下，減少能耗及運營維護成本。

掌握相關工程經濟知識，做到因地制宜，合理選用建筑材料、結構形式、施工技術及施工組織設計，控制工程造價。

3.1.2 關于提高效率

建筑體形系數是指建筑物與室外空氣直接接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值[2]，它與建筑物的節能有直接關系：對其他條件相同的建筑而言，體形系數越大，建筑體積外表面積也就越大；散熱面積越大，建筑能耗就越高，對建筑節能越不利。因此適度控制建筑體量及體形系數，做到體型簡潔、功能布局合理，能夠有效提高資源利用效率。

3.2 以被動節能為設計原則

3.2.1 數據計算

根據設計條件：規劃容積率1.8，建筑密度40%，建筑高度24 米。場地東西向長約125 米，南北向約96 米（圖2 左1）。計算得出符合數據要求的原始形體：60 米×60 米×24 米（長×寬×高）（圖2 左2）。

3.2.2 形體推演（被動設計）

珠海常年遭受南亞熱帶季風侵襲，本案被動設計著重考慮在夏季增加建筑物通風量以及防曬措施，冬季防止不利風向侵襲，進而提升園區內的風品質。同時有效利用太陽能、自然雨水，減少建筑能耗。

針對風向因素的設計策略：

（1）按常規8.4 米柱網與面積的組合，以最小體形系數對原始體塊進行切分與組合，將原始形體一分為二，分別置于地塊南北兩側，同時南北兩側樓棟間距滿足消防要求（圖2 右2）。

（2）以風向控制建筑走向為主要策略

①珠海夏季主導風為西南風。對建筑西側進行擠壓變形，一方面增加夏季主動風的迎風面面積，便于主導風吹散建筑主體殘留余熱，同時縮小西曬面積，減少西曬對建筑的影響（圖2 右1）。

圖2 建筑形體推導（繪圖單位：米）

②沿常年主導風向將南側樓棟進一步切分為二，使兩樓棟的山墻面對立，形成風洞，增加建筑群的通風量（圖3 左）。

③冬季不利風為東北風，南側樓棟迎風面采用圓弧處理的方式，起到一定的擋風作用（圖3 左）。

（3）園區內建筑均采用首層架空的形式設計，形成地面通風廊道。1#樓中設置直通屋面的內庭，外側結合底層部分實墻，形成煙囪效應④，達到強化拔風的效果（圖3 右）。

圖3 風向分析圖

針對雨水因素的設計策略：

珠海地區降水豐富，在場地中央區域布置景觀蓄水池，一方面串聯整個園區的景觀設計，同時有助于調節園區微氣候，促進水資源的循環利用。

針對日照因素的設計策略：

日照最長日為夏至日，日出時間為05 ∶42，日落時間為19 ∶12。全天日照時長約為13 小時30 分鐘（圖4）。Ecotact 進行模擬太陽高角度計算，得出1#樓西側外墻傾斜8°左右可有效減少西曬，同時形體內折，可起到一定的自遮陽效果。

圖4 夏至日日照軌跡分析

3.2.3 綠色賦能

人類的整個發展過程就是不斷的地適應自然、改造自然的過程。其中建設活動是主要途徑之一，而建筑則是它的產物和結果。綠色植物作為自然對于人類最好的饋贈，與人類智慧的結晶之一——建筑物相結合，不光令人賞心悅目，使人仿佛置身于自然之中，緩解城市鋼筋混凝土森林帶來的壓迫感，同時也可以改善場地微氣候。

（1）2#樓建筑室外爬梯直通屋面，置人于景，盡享立體綠化。南北向通過綠廊連接，有機串聯1#、2#、3#樓的生產和休閑功能。

（2）選用本地植物，適配當地自然生態環境。

（3）利用架空層停車，保留地面綠植。

（4）采用種植屋面，吸收熱量，減少熱島效應。

3.3 以適宜技術為設計手段

綠色建筑評價指標體系應由安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節約、環境宜居5 類指標組成[3]。新建綠色建筑根據對應指標評價標準，獲得對應評級。新施工技術運用以及新材料的研發，可從多方面提供技術支撐從而更便利地達到國家綠色建筑評價標準要求。

采用主動太陽能回收技術，將豐富的太陽能通過特殊設備轉換成熱能或電能，可用于建筑保溫，滿足供電需要，減少建筑日常使用對傳統能源的需求。

選用可控的節能、智能、環保照明器具，延長燈具使用壽命，減少能源消耗。或根據不同時間提供該段時間內最低照明需求，公共場所如樓梯走廊等燈具采用自熄開關的方式，做到資源利用最大化。

有效利用雨水資源，通過雨水回收利用系統，將回收的雨水用于植被灌溉等；采用中水處理裝置，滿足衛生潔具用水需求等；非飲用水采用再生水、雨水等非傳統水源，能有效地進行廢水的二次利用。

3.4 以運營及管理為設計保障

建筑的運行階段占整個建筑全生命時限的95%以上，因此運行管理模式和策略關系到綠色建筑建設的成敗，也是實現綠色建筑內涵的關鍵之一[4]。

3.4.1 智能化、信息化

在項目實踐階段，運用智慧的管理系統參與計量、檢測及調控。通過計算機進行實時數據記錄，確保實現正常運行所需要的最小能耗。經長期數據跟蹤對比，自發調節各階段環境所需通風、照明、用水量等運行參數的標準，實現項目的自我優化。

3.4.2 科學的管理

物業管理單位是建筑在運營階段管理的主體，對物業人員加強環保、節能、責任意識的培訓，提升物業管理水平。運用科學的管理方法，建立實時的信息管理平臺，執行責任到人的管理體系，實施嚴格的獎懲制度。

結語

近些年，為達到相應評價標準而使用大量的主動技術包裝出來的綠色建筑仍不在少數。應因地制宜，整合資源，真正做到從問題的根源出發，而非以結果或評價為設計導向。如此看來，國內綠色建筑的建設目前仍是任重而道遠。

注釋：

①—③珠海氣象資料數據來源于當年氣象網站及網絡文獻資料。

④煙囪效應就是指利用建筑內部空氣的熱壓差來實現建筑的自然通風。

圖片來源：

文中所有圖片均為作者自繪