地域文化背景下被動式生態建筑技術應用

陳曙琪 張華 段于瑄 張滿

摘 要：地域文化中包含著豐富的傳統生態智慧和被動式設計方法，對其展開挖掘并運用到當代綠色建筑設計中，是實現建筑減碳的重要策略之一。以2022臺達杯獲獎作品《林澗.驛》為例，探討地域文化背景下的被動式生態建筑技術應用。作品對院落、火塘、底層架空等傳統空間進行了轉譯，很好地解決了建筑的采光、通風和遮陽問題，結合太陽能、地源熱泵等可再生能源的利用，實現了建筑節能和減碳目標，創造了符合四川本土地域特征的綠色建筑。

關鍵詞：火塘；地域文化；被動式建筑；建筑設計

基金項目：本文系河南工業大學2022年大學生創新創業訓練計劃項目“雙碳目標下基于數字模擬的綠色建筑性能優化研究”（202210463082）、2021年河南工業大學建筑學院本科教育教學改革研究與實踐項目“一流專業建設背景下基于就讀經驗的建筑學專業人才分類培養體系建構”（2021GJYJTM01）研究成果。

地域文化是某一地區古老的文化傳統，反映了當地的習俗、生活以及思想。建筑是地域文化的重要載體，包含著應對氣候的傳統生態智慧和被動式設計方法，對其進行挖掘并運用到當代綠色建筑設計中，可實現文化與建筑功能、形象、細節等方面的融合，對地域文化傳承有重要的作用。2020年，我國明確提出“2030碳達峰、2060碳中和”目標，隨后，“雙碳”被寫入2021年《政府工作報告》中。在“雙碳”目標的指引下，建筑行業更加重視綠色建筑設計。建筑師們在這一方面做了很多有益的探索，創作了大量的優秀案例，如：從化圖書館靈活利用傳統冷巷技術構建三維通風系統，有效解決了建筑通風采光問題[1]；清華大學南區食堂借鑒中國園林中的步移景異打造立體街道，材料上使用老校區紅磚，以傳承校園文化[2]。通過這些優秀案例可以看到，地域性特點給綠色建筑設計帶來了挑戰，同時也帶來了許多設計靈感。2022臺達杯獲獎作品《林澗.驛》（圖1）通過挖掘四川傳統民居特點及建筑文化，結合現代綠色建筑技術，探索了以被動式建筑技術為主、主動式建筑技術為輔的綠色建筑設計方法。

一、構思來源

（一）氣候分析

項目所在地位于四川盆地西北部關壩溝流域自然保護小區內。關壩村林地面積達6 499.3畝（1畝約666.67平方米），森林覆蓋率高，生態環境質量好，屬于亞熱帶季風濕潤性氣候，氣候溫和，降水豐沛，日照充足，四季分明。該地相對濕度保持在68％以上，年平均溫度14.3 ℃，水平面總輻射量達1 144.6 kWh/㎡。場地夏季盛行東南風，冬季盛行西北風，年平均風速為1.5 m/s。

（二）地域文化

我國傳統民居凝聚了千百年來人們對居住空間如何適應周邊自然環境的思考。四川四周高山，地處盆地，溝壑縱橫，地形多變。當地民居首先考慮適應濕熱氣候和多變的山地環境，基于遮陽和通風方面的考慮，逐漸發展出特有的建筑形式，如火塘、檐廊和部分架空的一層等，這些都體現了人與自然相互依存的人居環境觀。

（三）傳統生態建筑智慧

當地除漢族外，有一個藏族的特殊支系，被稱為白馬人。白馬人居住的傳統民居最開始以一種類似吊腳樓的底層架空的方式抵御濕熱氣候，經過幾代傳承演變，民居成為如今的土墻板屋形式，屋頂輕薄且四面出挑，由木椽、木板和青瓦組成，在達到良好的遮陽效果的同時又保留著古樸自然的氣質[3]。在白馬人的居住空間中，火塘是極為重要的一部分，它承擔了家庭成員聚集和會客的功能。在白馬人的觀念中，房屋背后和河流的上游處均有“索麥”，即神山，面對神山，是對山神的尊敬，能得到神的庇佑[4]。因此，火塘是白馬人民居中非常重要的空間。

二、《林澗.驛》中的被動式生態設計

（一）火塘的空間轉譯

火塘作為白馬人傳統民居中的主要活動空間和精神空間，是傳統被動式節能技術之一，將建筑功能賦予火塘空間，并與底層架空空間相結合，在采光、通風、冬季保暖、夏季隔熱以及防潮等方面提升空間環境。

1.空間營造

在白馬人的傳統民居中，火塘空間在建筑中呈上下貫通的形式，首層部分主要由一個低于室內平面的矩形以及中心部分的火爐組成，二層及屋頂開通風孔。設計方案在展覽空間中設置火塘作為休憩空間，火塘中間下沉部分自然形成座位，四周用展墻與展覽空間分割，在與展覽空間相通的同時保證了休息空間的私密性。在傳統民居火塘中心的火爐位置設置室內綠化，在增添室內自然氣息的同時也能形成一定程度的視線遮擋（圖2）。

2.火塘架空通風系統

火塘下沉空間一側做可開啟裝置，與建筑整體的底層架空部分相結合，下沉部分的垂直面可以開啟，結合建筑底層架空、側高窗共同形成火塘架空通風系統。夏季打開建筑架空層擋板、下沉空間垂直面以及火塘側高窗，保證室內良好的通風效果；冬季將所有可開啟的部分閉合，避免冬季風吹入室內，起到保溫的效果。

3.火塘自然采光系統

展覽室為大空間，僅通過側面采光難以滿足室內光照需要，也容易造成眩光。對此，將火塘空間設置在展覽室中部，采用天窗采光，光線柔和，使一層展覽空間中部的采光情況得到有效改善，該區域全自然采光百分比（Daylight Autonomy，DA）由35.84％提升到64.38％（圖3）。

（二）底層架空手法的利用

在白馬人早期的民居中，曾將底部架空，周圍敞開，作為牲畜飼養空間。底層架空的手法不僅有利于建筑通風，且將人的活動空間進行抬高處理，遠離地面潮氣，是傳統的被動式節能手法之一。項目場地高差變化大，所以在方案設計中，根據地形將建筑底部抬高500 mm—600 mm，營造底部架空的首層空間。這樣既能發揮其在通風防潮方面的優勢，又可以在建造過程中減少施工對地形的破壞。架空層帶走了夏季大部分的潮濕空氣，并且在冬季形成保溫層效果，可大幅提高室內的舒適度。通過模擬可以看出，在不架空的情況下，一層建筑平均處于較冷環境；加入架空層后，建筑一層的舒適度得到明顯改善，由較冷變為適中（圖4）。

（三）可調節式陽光房系統

陽光房是重要的被動式設計方法之一，能夠很好地發揮冬季保溫的作用，但封閉的陽光房也會帶來夏季過熱的問題。設計采用可調節式陽光房系統，在保證冬季保暖的同時促進夏季通風，改善陽光房夏季過熱現象?？烧{節式陽光房在方案中主要用在建筑主入口處和二層建筑南側。夏季可將陽光房頂部遮陽簾打開，并且將陽光房門全啟，建筑東南方向可以在無遮擋的情況下最大限度滿足室內通風，以保證建筑入口的舒適度。冬季關閉東南向全啟式陽光房門，通過側門進入建筑，避免東南向冷風直接吹入室內，同時提高進入室內的空氣溫度?？烧{節式陽光房為在建筑中靈活調節室內小氣候提供了更多可能，提高了建筑節能效率。

（四）建筑遮陽系統

深遠的出檐是四川民居中最典型的特征之一，不僅可以阻擋雨水淋到外墻，而且能起到很好的遮陽效果，對改善室內環境有重要的作用。在方案中，根據建筑朝向、功能的不同，運用了多種形式的遮陽手法。辦公區部分采用水平遮陽板與反光材料相結合的方式，為室內提供漫反射光線，提高了工作環境與學習研究環境的舒適度。展覽功能與售賣功能區通過挑檐元素結合窗套設計達到遮陽要求，提高了建筑美感，增加了造型元素。

三、《林澗.驛》中的其他設計策略

除被動式生態設計外，作品中還利用了可再生能源，如太陽能光伏、地源熱泵等。

（一）光伏瓦（主動式太陽能技術）

項目所在地四川太陽能資源較豐富，具有非常好的光伏利用條件。隨著現代光伏技術逐漸成熟，光伏產品的效率越來越高，產品形式也越來越多。光伏瓦是一種具有隔熱、防水，同時可以發電的屋面材料，非常適用于坡屋頂建筑[5]。方案采用坡屋頂形式，結合光伏瓦，既能很好地融入當地環境，又可以為建筑提供能源。屋頂坡度利用當地最佳傾角，入射輻射強度可達2 262.38 kWh/m2，每年可發電334 264.16 kWh。

（二）地源熱泵

地源熱泵是一種新型的供暖系統，在使用過程中產生的污染物極少，具有能量利用率高、使用方便等優勢，對環境保護有重要意義。項目所在地位于山區，晝夜溫差大，有豐富的地下水資源，具有利用地源熱泵的有利條件。方案中利用地源熱泵可以解決建筑的冬季濕冷問題。

四、結語

挖掘地域文化中的傳統生態智慧，既能使建筑很好地融入當地環境，又能實現建筑減碳?！读譂?驛》作品充分結合四川地域文化，在進行傳統建筑空間現代轉譯的同時，探索被動式生態建筑技術的應用。利用綠色建筑模擬分析軟件，輔助完善建筑方案。作品對院落、火塘、底層架空等傳統空間進行了轉譯，很好地解決了建筑的采光、通風和遮陽問題，結合太陽能、地源熱泵等可再生能源的利用，實現了建筑節能和減碳目標，創造了符合四川本土地域特征的綠色建筑。對基于地域文化傳承的綠色建筑設計的探討，是現代綠色建筑發展的重要課題。充分挖掘地域文化和本土生態智慧，經過轉譯，再恰當運用在現代綠色建筑設計中，是打造具有中國特色的綠色建筑的有效途徑。

參考文獻：

[1]肖毅強，劉穗杰.綠色回歸空間：廣州市從化區圖書館（一、二期）建筑設計[J].建筑學報，2018（6）：46-49.

[2]宋曄皓，孫菁芬，解丹，等.可持續建筑設計的思考：清華大學南區學生食堂設計[J].建筑學報，2016（11）：59-61.

[3]史琛燦.白馬藏族民居的地域性建筑材料探析[J].建筑與文化，2017（11）：219-220.

[4]王欣.四川平武白馬藏族的生態文化空間[J].西藏民族學院學報（哲學社會科學版），2011（6）：59-68，140.

[5]楊泰.地源熱泵技術應用闡述[J].潔凈與空調技術，2022（2）：72-75.

作者簡介：

陳曙琪 ，河南工業大學建筑學院學生。研究方向：綠色建筑設計。

張華（通訊作者），博士，河南工業大學建筑學院副教授。研究方向：綠色建筑設計。

段于瑄 ，河南工業大學建筑學院學生。研究方向：綠色建筑設計。

張滿 ，河南工業大學建筑學院學生。研究方向：綠色建筑設計。