冬冷夏熱地區綠色建筑空間及形體被動式設計分析

張 潔

建筑作為人類賴以生存的重要環境要素之一，其設計對于生態節能具有重要意義。目前，我國冬冷夏熱地區的建筑能耗較高，節能潛力巨大，通過綠色建筑設計可以有效降低能耗。被動式設計方法是一種結合了綠色建筑和可持續發展思想的技術手段，是在滿足功能要求的前提下，盡量采用自然通風和采光，以降低建筑能耗。

1 被動式設計的基本理念

被動式設計是指以盡量減少建筑對周圍環境的影響和浪費為目標，通過合理的建筑空間和形體設計，在保證建筑安全性和舒適性的前提下，最大限度降低能源消耗、提高能源利用效率的一種建筑設計方法[1]。

被動式設計是一種具有綜合優勢的設計方法，其基本理念是：通過建筑空間和形體設計，盡量減少建筑對周圍環境的影響，降低能耗，從而實現生態節能。被動式設計是綠色建筑的基本理念之一，通過對自然條件、建筑空間和形體等方面進行優化和組合，最大限度降低建筑能耗。

被動式設計思想主要包括4 個方面：第1，充分利用自然條件，充分利用太陽能和風能等可再生能源；第2，合理進行形體設計，通過空間組合提高室內環境的舒適度；第3，建筑空間與形體要充分考慮節能、節地、節水、節材和保護環境等內容，而且要考慮熱舒適度的要求；第4，通過合理的選址降低建設成本。

2 基于被動式設計的建筑空間

被動式設計方法是在建筑設計階段，根據自然條件的限制，利用建筑設計手法提升室內環境品質，不僅可以減少對能源的依賴，還可以實現節能環保。建筑空間的節能與通風采光有著緊密聯系，通過對建筑空間的合理布置可以降低能源消耗，而空間布局應充分考慮氣候因素。不同地區可利用不同的建筑空間形式進行被動式設計，其中寒冷地區可采用圍護結構保溫、遮陽和隔熱等措施來提高室內熱環境質量；冬冷夏熱地區可利用屋頂和墻面作為保溫隔熱構件，并合理設置通風采光口以充分利用太陽輻射熱，保持室內空氣流通；溫暖地區可利用屋頂和墻面作為隔熱構件，并充分利用自然通風；炎熱地區可利用屋頂和墻面作為遮陽構件，并合理設置通風口以充分利用自然通風[2]。

通過形體被動式設計可以創造出一些獨特的建筑形式和空間特征。例如，使用建筑殼體或開放的天井可以為空間引入更多的自然光線，促進空氣流通。同時，利用材料的自重可以創造出更具有動態感的建筑形式[3]。總的來說，基于形體被動式設計的建筑空間具有很多優點，可以為人們提供更好的室內環境和更具創意的建筑形式，能夠大幅減少能源消耗和對環境造成的影響。

3 建筑空間及形體的影響因素

3.1 氣候

建筑空間及形體的設計會受到氣候因素的影響。在冬冷夏熱地區，冬季太陽高度角較低，太陽光通過門窗照射到室內需要消耗更多的能量，因此為了減少冬季室內熱量損失，建筑可以采用東西向布置。而在夏季太陽高度角較高時，由于太陽輻射強度較高，如果建筑采用東西向布置會給室內帶來很大的陰影面積，影響采光和自然通風。因此，在夏熱冬冷地區，建筑的朝向和外形設計應考慮當地的氣候條件。

在建筑中合理利用自然通風和采光可以有效提高室內環境的質量，在實際設計中需要注意以下3 點：

1）避免建筑內部的采光口和通風口之間出現開口過大、過小及開口位置不合理等問題。

2）根據當地氣候條件合理選擇窗墻比和窗戶尺寸。

3）室內盡量采用自然通風方式，這樣可以避免空調等制冷設備帶來的環境問題。

3.2 布局

布局是指建筑物內部空間的組織方式，如圖1 所示。合理的布局能改善室內環境，減少能源消耗。從冬冷夏熱地區的氣候條件來看，該地區屬于濕熱氣候區，夏季炎熱干燥，冬季寒冷多雨。在規劃布局時應充分考慮自然通風和采光，合理利用建筑之間的空間關系。

圖1 建筑空間布局（來源：網絡）

例如，在冬冷夏熱地區進行綠色建筑設計時，可以采用“L”形平面或“凹”形平面的布局形式，以使室內空間更加明亮、通透[4]。另外，在冬冷夏熱地區進行綠色建筑設計時還可以利用屋頂來調節室內環境。例如，在屋頂上設置天窗或通風裝置可以改善室內的自然通風和采光；在屋頂上設置太陽能電池板等可再生能源系統也能提高室內環境的舒適度。

3.3 材料

在綠色建筑的設計過程當中，材料是非常重要的一環，優質的材料能夠給建筑帶來更加良好的使用性能。具體如下：

1）木材。木材是1 種天然材料，具有良好的保溫性能，而且具有自然的光澤和紋理，給人帶來自然舒適的感覺。

2）混凝土。混凝土具有良好的保溫和隔熱性能，在冬冷夏熱地區可以考慮將其作為主要的建筑材料。

3）墻體材料。墻體材料是影響室內環境的一個重要因素，在綠色建筑設計過程中應優先選擇保溫性能和抗凍性能俱佳的墻體材料，盡量減少能源與資源消耗。

4）遮陽設施。遮陽設施可以阻擋太陽輻射進入室內，達到降溫和降低能耗的效果。

4 空間及形體在綠色建筑中的應用

綠色建筑是指在滿足基本功能的基礎上，從節能、節地、節水、節材及保護環境和節約資源等方面，通過利用自然通風、采光及遮陽等技術，減少建筑對能源的消耗，實現與自然和諧相處的建筑。綠色建筑可以通過多種技術手段降低能耗，達到節能減排的目的。空間是建筑設計的核心，在綠色建筑中發揮著重要作用。通過合理的空間設計，可以使室外新鮮空氣與室內熱空氣進行有效循環，避免室內出現“熱島效應”。在綠色建筑設計中，良好的空間形態可以實現自然通風、采光，改善室內環境的舒適度。

4.1 建筑布局

建筑布局合理與否直接影響建筑的采光、通風、采暖等性能，進而影響整個建筑的能耗。在綠色建筑設計中，不僅要考慮建筑的節能要求，還要考慮對室內環境的影響，因此需要合理進行建筑布局。建筑布局方式有2 種：一是將空間劃分為多個區域，每一個區域都可以作為一個獨立的空間；二是將空間劃分為幾個單元，每個單元也都可以作為一個獨立的空間。通過合理的空間劃分可以有效提高室內通風、采光效果，降低能耗[5]。

4.2 室內空間

室內空間是綠色建筑中最重要的組成部分，其設計應滿足使用要求，實現節能環保的效果。合理設置室內空間尺度是保證室內熱舒適性的前提，同時可以有效提高房間的采光、通風效果。根據綠色建筑節能環保的設計要求，在保證室內溫度適宜的前提下，要盡量減少空調、采暖等設備的使用時間，并在不同功能區域之間設置一定的過渡空間，避免室內溫度過高。

4.3 形體在綠色建筑中的應用

形體在綠色建筑中的應用，是指將建筑的外形和內部結構，與環境和能源利用相結合，以提高建筑的能效和環保水平。形體設計應用于綠色建筑，可通過3 個方面來發揮作用：

首先，形體設計能夠提高建筑的能源效率。通過設計建筑的外形和內部結構，可以更好地利用太陽能和自然通風調節建筑內部的溫度。例如，改變建筑的朝向和設計建筑物外形可以更好地利用太陽輻射的角度，最大限度提高太陽能的利用率。

其次，形體設計能夠增強建筑的可持續性。對于綠色建筑，形體設計不僅需要考慮建筑的外觀和結構，還需考慮室內空間的功能需求以及建筑的碳排放和對周圍環境的影響。例如，通過應用創新的建筑材料、工藝和構造方式，可以實現建筑外形的可持續性和環保性。

最后，形體設計還可以提高建筑的美感和舒適度。優秀的形體設計可以為建筑賦予獨特的觀感和空間感，而且良好的形體也能增加室內空間的自然采光和通風，為人們提供更加舒適和健康的生活環境[6]。

總的來說，形體在綠色建筑中的應用具有多重優點，不僅能提高建筑的能效和可持續性，還能提高建筑的美感和舒適度。因此，在未來的綠色建筑設計中，形體設計將會越來越重要，成為一種創新和可持續發展的設計方向。

4.4 案例分析

案例項目位于上海市，地處 東 經120°52 ′ ～122°12 ′、北 緯30°40′～31°53′，日照充足，雨量充沛，屬于典型的冬冷夏熱地區。案例示意如圖2 所示。

該案例北側為居住區，南側為商業區，建筑形體從南向北逐漸變小，進深從東向西逐漸變大。在建筑物的內部設計中沒有使用過多的空調設備，通過自然通風和采光可達到降低室內溫度和提高室內舒適度的目的。

經調查發現，上海市建筑體型系數對空調和采暖能耗的影響沒有北方地區明顯，但也有一定影響。因此，設計人員應綜合多方因素考慮建筑體型，宜采用規整體型，避免凹凸變化，且建筑層高應合理。一般來說，條式建筑的體型系數不宜大于0.35，點式建筑的體型系數不宜大于0.40。

該項目在被動式建筑設計策略的運用上，主要遵循如下指導思想：冬天盡可能利用太陽輻射與地熱資源對建筑進行被動式供暖，同時對外墻、門窗采取適當的構造方法，降低熱量散失，避免室內溫度的劇烈波動；夏天利用多種遮陰方法阻隔多余的日光，并利用合適的建筑物外形進行自然通風，加速室內空氣交換，從而實現夏天的制冷和除濕。由于該項目周圍是高密度的住宅開發和景觀資源，在一定的回旋半徑下最大限度向北遷移，一方面可以獲得湖景，另一方面可以保留較大的庭院和大面積的綠地，使得住戶能夠享受到室外的自然風光，從而更好地維護小型區域的生態環境。

案例的研究結果表明：建筑空間和形體在冬冷夏熱地區綠色建筑中具有重要作用，空間形態和形體尺度決定了綠色建筑對環境的影響程度；通過有效利用自然通風和采光，可以達到提高室內環境舒適度的目的；在被動式設計理論指導下進行綠色建筑設計，可以減少能耗，降低建筑運行成本。

5 結語

建筑是一個復雜的系統，涉及的學科眾多，任何一個環節出現問題都可能對建筑整體造成影響。在綠色建筑中，被動式設計理論和方法的應用，不僅可以使建筑內部空間形態和形體尺度更加合理，更能有效改善室內環境品質。在冬冷夏熱地區的綠色建筑中，被動式設計理論和方法可以有效降低建筑能耗，提高建筑室內環境品質，為人們提供一個健康、舒適的生活環境。隨著社會發展和科技進步，被動式設計理論在綠色建筑中將得到更廣泛的應用。