隨著全球氣候變暖的趨勢日益明顯，減少碳排放、實現(xiàn)“碳中和”已經(jīng)成為國際社會的共識。綠色建筑在這一背景下應(yīng)運而生，并得到了迅速發(fā)展。綠色建筑并不是一個原生的建筑類型，而是指遵循可持續(xù)發(fā)展理念的各種類型建筑。適應(yīng)地域環(huán)境、健康舒適、節(jié)能環(huán)保、節(jié)約資源、利用和親近自然等綠色建筑設(shè)計理念，是所有優(yōu)質(zhì)的建筑設(shè)計的共同目標。

綠色建筑的設(shè)計離不開對當?shù)氐赜颉夂虻倪m應(yīng)性設(shè)計，包括從場地、布局、形體、功能、空間、界面等多方面采用不同設(shè)計手法，同時，疊加新技術(shù)、新設(shè)備、新材料等主動式綠色技術(shù)的使用，屏蔽或減少外部環(huán)境和氣候?qū)ㄖ覂?nèi)外空間環(huán)境的負面影響，提高建筑的環(huán)保性能和居住舒適度。

然而，當前綠色建筑實踐中仍然存在一些問題，如主動式綠色技術(shù)的堆砌，不僅帶來了高昂的設(shè)備投入費用，復雜的運維管理往往也使得實際節(jié)能效果并不顯著，對建筑運營中能耗減少及使用舒適等需求并未起到質(zhì)的改觀。

在生態(tài)文明發(fā)展的背景下，建筑師應(yīng)在設(shè)計中發(fā)揮主導作用，采用被動式綠色設(shè)計技術(shù)，通過合理的建筑布局、朝向、窗墻比，充分利用自然光、自然通風等手段，減少對機電設(shè)備的依賴。同時，針對室外不利氣候，建筑師可以運用建筑形體、材料、構(gòu)造等設(shè)計元素，調(diào)節(jié)建筑的微氣候環(huán)境，達到適用、健康、舒適、節(jié)能的效果。這并不意味著要完全放棄主動式綠色技術(shù)的應(yīng)用，而是要在被動式設(shè)計的基礎(chǔ)上，輔以適當?shù)臋C電設(shè)備進行主動式調(diào)節(jié)，如智能照明系統(tǒng)、節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)等，實現(xiàn)節(jié)能與舒適的平衡。

被動式綠色建筑設(shè)計體系涵蓋場地、功能、空間、形體、界面等多個方面，筆者主要分析夏熱冬冷地區(qū)的公共建筑場地、空間、形體設(shè)計環(huán)節(jié)中被動式綠色建筑設(shè)計技術(shù)的控制要點，及其相關(guān)設(shè)計手法的應(yīng)用。

 1 場地設(shè)計 

場地設(shè)計應(yīng)結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征，對不同的場地條件進行分析，選取最適宜的場地布局方式進行組合，形成最優(yōu)綠色建筑布局方案。一方面注重生態(tài)保持與重塑，包括自然環(huán)境協(xié)調(diào)、規(guī)劃設(shè)計研究、環(huán)境資源利用，針對場地內(nèi)部及周邊前置條件的分析和研究；另一方面，注重綠色布局與組織，包括場地交通組織、建筑體量布局、生物氣候設(shè)計等，從而針對性地開展綠色設(shè)計策略與布局。

1.1 自然環(huán)境的協(xié)調(diào)與利用設(shè)計實踐

1.1.1 設(shè)計理念

在選擇場地時，首先應(yīng)注意場地安全，避免具有環(huán)境污染及自然災(zāi)害的場地。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)尊重用地及周邊的生態(tài)本底，減少對自然環(huán)境的改變與破壞，促進場地的自然生態(tài)資源、自然景觀資源、人文景觀資源的可持續(xù)利用與發(fā)展。自然環(huán)境的協(xié)調(diào)與利用可采取的措施如下。

（1）在夏熱冬冷地區(qū)的場地選址和規(guī)劃中，應(yīng)結(jié)合地區(qū)氣候特色，對場地內(nèi)部的生態(tài)本底、自然景觀資源和人文景觀資源進行有效的評估和保護。生態(tài)本底的具體內(nèi)容如表1所示。

表1 生態(tài)本底具體內(nèi)容

（2）規(guī)劃與建筑設(shè)計應(yīng)支持生態(tài)城市的構(gòu)建，包括合理規(guī)劃城市生態(tài)用地、恢復和改善城市水系、維護和弘揚地方獨特風貌。同時，應(yīng)積極采納低影響的開發(fā)策略，加速推進海綿城市、森林城市等生態(tài)城區(qū)的建設(shè)。

1.1.2 項目實踐

湖南省醴陵一中是當?shù)氐陌倌昝＃瑧?yīng)校方要求，在校區(qū)指定場地設(shè)計一幢新建教學樓，以滿足日益增長的教學需求與逐漸更新的教學模式。在教學樓功能滿足走班制教學的前提下，整個設(shè)計過程貫穿了對自然場域精神的尊重、對百年校園文化的傳承、對學習方式的探索與溯源。其中場地設(shè)計充分實踐了對自然環(huán)境的協(xié)調(diào)與應(yīng)用，具體措施如下。

（1）充分利用植被資源，保留場地高大喬木。基地位于山地環(huán)境，樹木保有量大、高差大，情況復雜。場地設(shè)計決定盡量保留現(xiàn)有樹木，尊重場地自然環(huán)境。項目南部通過形體轉(zhuǎn)折，避讓場地內(nèi)已有高大喬木，如圖1所示。建筑建成即“綠”，教室被場地樹木環(huán)繞。

圖1 形體轉(zhuǎn)折避讓基地現(xiàn)有喬木

（2）尊重場地高差，通過豎向交通完成不同功能空間的連接，如圖2所示。空間的連接與功能具有延展性、通達性。地下車庫分層布置，集約經(jīng)濟，負1層車庫平進，采用自然通風與采光，如圖3所示。底層注重教學空間可達性；2層為林間步廊，聯(lián)通南北，人車分流，其主入口效果圖如圖4所示；3層注重教學空間快速通達與人流的快速通過。通過這些設(shè)計理念，既創(chuàng)造了一棟真正具有場域歸屬感的建筑，也創(chuàng)造了多元豐富的空間體驗。

圖2 多層豎向交通設(shè)計示意圖

圖3 負1層流線示意圖及車庫實景圖

圖4 教學樓2層主入口效果圖

1.2 建筑總體布局與組織設(shè)計實踐

1.2.1 設(shè)計理念

建筑整體規(guī)劃與布局應(yīng)尊重城市肌理與文脈傳承，與城市風貌和諧統(tǒng)一。根據(jù)建筑外部環(huán)境特征，合理開展外部交通、出入口、內(nèi)部交通、靜態(tài)交通的設(shè)計，使之安全、方便、快捷。合理控制地上面積的使用，以實現(xiàn)空間利用最大化。同時，結(jié)合氣候特色開展總體布局，利用氣候優(yōu)勢最大限度改善并保持舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，延長自然熱舒適度時長。建筑總體布局與組織可采取的措施如下。

（1）建筑總體布局應(yīng)遵循上位規(guī)劃，保證建筑高度、密度、形態(tài)、風格與城市結(jié)構(gòu)肌理相協(xié)調(diào)。具體設(shè)計中，可考慮視線通廊、景觀空間互視等手法，加強城市空間之間的呼應(yīng)與延續(xù)，提升居住質(zhì)量與美學舒適度。

（2）建筑總體布局與組織應(yīng)在結(jié)合地域氣候與環(huán)境特征的前提下，合理布置間距與體量組團，達到降低能耗的目的。合理設(shè)置建筑朝向，保證主要功能空間日照標準，通過組合布局，采用南低北高、合院式等布局形態(tài)，優(yōu)化采光能效，冬季采光獲得熱輻射，夏季自遮陽減少熱輻射。

（3）建筑群布局對自然通風的影響很大，在夏熱冬冷地區(qū)，風環(huán)境設(shè)計原則為“疏導夏季風、阻擋冬季風”。在夏季主導風向上采取“前短后長、前疏后密”“前低后高、逐步升高”的布局形式，可通過開放式布局、局部斷開、退層、架空等設(shè)計手法實現(xiàn)。冬季主導風向上封閉設(shè)計，以疏導夏季風和阻擋冬季風。主要街巷、道路與夏季主導風向呈0°～30°夾角。風環(huán)境設(shè)計時也應(yīng)注意室外活動區(qū)風環(huán)境舒適度，避免無風或風速過高等情況。宜通過對室外風環(huán)境的模擬分析調(diào)整優(yōu)化建筑布局。

1.2.2 項目實踐

金鷹中學是一所全日制高級中學，位于湖南省醴陵市，用地面積為2.3萬m2，總建筑面積為3.1萬m2。在建設(shè)用地相對緊張的條件下，要滿足48個教學班的教學需求，并配備圖書室、體育館、行政樓、食堂、實驗樓、教學樓、宿舍、停車場等功能空間。在貫徹“以人為本、功能合理分布”的總體原則下，設(shè)計師融合綠色舒適、經(jīng)濟適用等理念，在總體布局與體量組織設(shè)計時，采用被動式設(shè)計技術(shù)，為金鷹中學打造了一個無風雨、空中、綠色校園。

（1）無風雨校園。設(shè)置連續(xù)長廊貫穿整個校園，構(gòu)筑無風雨體系，尤其適應(yīng)夏熱冬冷的多雨氣候。進入校園后，無需撐傘，并可開窗通風，校內(nèi)人行流線形成多個環(huán)，便捷流暢。金鷹中學鳥瞰效果圖及無風雨連廊效果圖如圖5所示。

圖5 金鷹中學鳥瞰效果圖及無風雨連廊效果圖

（2）空中校園。將大運動場架空，下設(shè)停車庫，利用看臺、連廊等將教學區(qū)和運動場緊密銜接起來。學生白天活動的主平面位于2層，空氣清新、陽光充沛，脫離城市喧囂，降低攀爬樓層，增進戶外活動和交流，營造舒心學習、盡情運動的樂園。采用風環(huán)境模擬，調(diào)整建筑形態(tài)與群組布局，最大限度保證室外活動場地風環(huán)境舒適、架空停車區(qū)采光通風，場地風環(huán)境模擬如圖6所示。

圖6 場地風環(huán)境模擬

平臺活動層冬季和夏季室外風環(huán)境較好，適宜學生開展室外活動。在夏季，陣列的教學樓能夠起到導風墻的作用，提升運動場體感舒適度。在冬季，科教樓對西北風提供了有效遮擋，減緩風速，絕大部分運動場區(qū)域相對風速緩和舒適。冬夏兩季架空操場風環(huán)境模擬如圖7所示。

圖7 冬夏兩季架空操場風環(huán)境模擬

 2 建筑設(shè)計 

2.1 空間組織與連接設(shè)計實踐

2.1.1 設(shè)計理念

在建筑單體布局中，根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)氣候特征及場地環(huán)境要素，組織不同能耗性能空間（相互關(guān)系、位置選擇及連接方式），旨在創(chuàng)建一個既滿足使用功能又促進建筑與自然環(huán)境和諧共存的節(jié)能型開放體系，從而優(yōu)化建筑空間的能效表現(xiàn)，夏季有效散熱通風，冬季保溫隔熱，同時在過渡季節(jié)減少空調(diào)的運行時間和能耗，以實現(xiàn)能源的高效利用。

室內(nèi)外氣候差異是導致能源消耗的主要原因。不同功能的使用空間對氣候適應(yīng)性的要求各異，這導致了其在氣候性能上存在不同的等級劃分。這種劃分基于對氣候適應(yīng)性要素及其相關(guān)指標的嚴格程度。在公共建筑中，根據(jù)這些標準，空間可以被分為普通性能空間、低性能空間和高性能空間。這種分類有助于在設(shè)計和運營過程中，針對不同空間的具體需求采取相應(yīng)的節(jié)能措施，具體如下。

（1）確保氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)僅在必要區(qū)域啟用，減少對人工環(huán)境的依賴。普通性能空間適宜布置在氣候條件良好的位置，確保有充足的自然通風和光照；對性能要求不高的空間（如衛(wèi)生間、樓梯間等），可以布置在東西向以避免西曬對主要使用空間的影響，或者北向以抵御冬季西北風；高性能空間或主要使用空間對熱環(huán)境、人工能耗系統(tǒng)的依賴性較高，適宜布置在與自然環(huán)境隔離的區(qū)域，利用低性能和普通性能空間的布局為其提供更優(yōu)的環(huán)境條件。

（2）合理規(guī)劃布局相同功能或相同性能區(qū)域，達到降低能耗的目的。控制相同功能或相同性能空間在建筑中的相對位置關(guān)系，同層或分層布置、通高或錯層布置，實現(xiàn)同類空間能源效率得到優(yōu)化配置。相同性能空間集中布置示意圖如圖8所示。

圖8 相同性能空間集中布置示意圖

（3）為了實現(xiàn)節(jié)能，普通性能空間可以根據(jù)熱量需求選擇靠近熱源的位置以獲取熱量，或遠離熱源以降低溫度。普通性能空間應(yīng)優(yōu)先考慮利用自然通風和自然光照。可以將普通性能空間安排在建筑的外圍，以獲得良好的采光和夏季風；或?qū)⑵胀ㄐ阅芸臻g設(shè)計成開放式平面，靠近中庭、邊庭、天井等垂直通風空間，以增強自然通風效果。

2.1.2 項目實踐

醴陵華瓷匯總部大廈位于湖南省醴陵市華瓷匯產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)，總部園區(qū)為展銷研一體的融合性產(chǎn)業(yè)園區(qū)。項目為一期工程，以研發(fā)、辦公為主要功能，為園區(qū)智力之源。本項目設(shè)計為巨構(gòu)形板式建筑，高度集中資源，提升使用效率；同時外立面呈現(xiàn)一張世界最大的色譜以及一副世界最大的模具，體現(xiàn)企業(yè)文化內(nèi)涵；通過室內(nèi)空間組織布局，打造多元綠色共享空間，塑造了國際化、科技化的品牌企業(yè)形象。

（1）立體組合

本項目內(nèi)部設(shè)有多個挑空開放共享空間，并通過平層通廊連接外部，形成了空間豐富、綠色舒適的共享內(nèi)庭。從功能上，共享內(nèi)庭為共享辦公、多樣化活動提供了靈活的共享空間；從氣候性設(shè)計上，立體組合中庭，連通南北，通過采光中庭、通風陽臺與外界氣候進行可調(diào)節(jié)交換，夏季通風散熱、冬季保溫，減少原本過高中庭帶來的建筑能耗。立體組合中庭方案設(shè)計如圖9所示。

圖9 立體組合中庭方案設(shè)計

（2）平面布置

在平面布置上，整個平面面朝東南向布置，東南側(cè)大量布置辦公空間（普通性能空間），這些空間能夠獲得最佳的采光與風環(huán)境；西北向布置電梯廳、洗手間等低性能空間，冬季自身能耗需求少，同時可作為氣候緩沖腔體，起到對主要功能空間的氣候緩沖作用。項目5、6層平面圖示意圖如圖10所示。

圖10 華瓷匯總部大廈5、6層平面圖

2.2 體形系數(shù)與形體設(shè)計實踐

2.2.1 設(shè)計理念

建筑物的體形系數(shù)反映了其外表面積與內(nèi)部體積的比例。為了有效減少能源消耗，理想的設(shè)計應(yīng)當追求較低的體形系數(shù)。通過對單一形體的設(shè)計，可以優(yōu)化建筑能耗。形體設(shè)計具有前置性，需要在設(shè)計初期統(tǒng)籌多方因素開展。

（1）通過單一建筑的體形系數(shù)設(shè)計，調(diào)節(jié)建筑物與室外大氣接觸的外表面積，控制建筑能耗，提高建筑效能。在夏熱冬冷氣候區(qū)域，建議采用簡潔的建筑形態(tài)，減少復雜的凹凸設(shè)計，同時確保建筑層高設(shè)置得當。以上海地區(qū)為例，對于板式建筑，建議其體形系數(shù)控制在0.35以下；而點式建筑的體形系數(shù)則不應(yīng)超過0.40。這樣的設(shè)計有助于實現(xiàn)更高的能效和建筑效能。

（2）綜合考慮建筑體形系數(shù)和方位布局的同時，可采用局部形體變化減少建筑能耗。采用架空結(jié)構(gòu)提升建筑高度，在雨季有效防止潮濕并降低通風系統(tǒng)的能耗。設(shè)計包含熱緩沖能力的外廊和過渡空間，以調(diào)節(jié)室內(nèi)外的溫度差異。調(diào)整建筑的傾斜角度，實現(xiàn)自然遮陽，減少直射日光帶來的熱量。此外，設(shè)置垂直通風井也可促進建筑內(nèi)部的空氣流通和熱壓通風，進一步提高建筑的自然通風效率。

（3）可變體形系數(shù)是一種建筑設(shè)計概念，它允許建筑物的外形在一定程度上根據(jù)環(huán)境條件或使用需求進行調(diào)整。這種設(shè)計策略旨在通過改變建筑的外表面積和形狀，以響應(yīng)不同的氣候、光照、通風和能源效率需求，從而優(yōu)化建筑的整體性能。夏熱冬冷氣候區(qū)可充分利用其特色進行可變體形系數(shù)設(shè)計，靈活調(diào)整不同季節(jié)建筑能耗，精準優(yōu)化建筑能效。

在進行建筑形態(tài)設(shè)計時，除非有特定的功能需求，否則應(yīng)避免設(shè)計過高的建筑空間，避免造成不必要的空間浪費。若建筑空間的高度過高，會導致熱空氣上升而冷空氣下沉，這樣的自然對流現(xiàn)象會顯著降低空調(diào)和供暖系統(tǒng)的效率，還會影響室內(nèi)的舒適度。通過合理控制建筑的層高，不僅可以提升能源使用效率，還能有效降低經(jīng)濟成本。

2.2.2 項目實踐

建科中心位于上海市建科大廈徐匯科技園區(qū)，是一幢總部辦公樓，通過主動技術(shù)與被動技術(shù)的結(jié)合，打造上海市零碳辦公園區(qū)綜合改造技術(shù)示范項目。方案設(shè)計階段通過形體架空、建筑自然采光與自然通風、太陽能光伏一體化示范、建筑整體氣密性控制、高性能圍護結(jié)構(gòu)等手段，實現(xiàn)低碳、健康、舒適的設(shè)計目標。

（1）形體設(shè)計。本項目采用底層架空、下沉廣場的形體設(shè)計手法，對于通風散熱極為重要的夏熱冬冷地區(qū)極為有效。同時，在建筑高度密集的中心城區(qū)，將底層空間讓出為廣場，也極大地提高了室外空間使用舒適度。

項目中的下沉廣場利用上部建筑遮風擋雨，地下餐廳全面采光通風，冬夏兩季降低開放性，減少照明能耗；過渡季增強開放性，減少照明與通風能耗，同時營造豐富的室內(nèi)外使用空間。首層架空內(nèi)退處理，增補核心廣場空間，提升視覺通透性。項目底層架空效果圖如圖11所示。

圖11 建科中心底層架空效果圖

（2）高性能圍護結(jié)構(gòu)。相對公共建筑，本項目采用高性能圍護結(jié)構(gòu)，具體如表2所示。屋面熱工性能有效提升超70%、外墻熱工性能提升近60%、外窗熱工性能提升近40%。25% 的外墻采用超高性能混凝土（UHPC）、預制裝配式外墻。

2.3 外遮陽界面設(shè)計實踐

2.3.1 設(shè)計理念

建筑設(shè)計中，建筑界面是指建筑與外界環(huán)境相接觸的表面，包括外墻、屋頂、窗戶等。氣候性界面則特指這些界面在設(shè)計時考慮到氣候因素，以適應(yīng)特定的氣候條件，提高建筑能效與舒適度。氣候性界面主要涉及隔熱保溫、通風遮陽、防水防潮、界面熱惰性、界面綠化與可調(diào)節(jié)界面等。外遮陽界面可采取的措施如下。

（1）夏熱冬冷地區(qū)夏季溫度高、冬季溫度低，建筑能耗主要來自制冷和采暖。設(shè)置可變遮陽系統(tǒng)（如百葉窗、遮陽簾等），可根據(jù)太陽輻射的強度和室內(nèi)外溫度變化自動調(diào)節(jié)遮陽設(shè)施，以減少夏季制冷能耗和冬季供暖能耗。

表2 建科中心采用的圍護結(jié)構(gòu)類型與節(jié)能性能

（2）方案設(shè)計階段，應(yīng)結(jié)合模擬和節(jié)能設(shè)計要求對各朝向的外窗綜合遮陽系數(shù)進行計算，重點對輻射得熱量較高的區(qū)域進行遮陽設(shè)計分析。同時，注意對重點區(qū)域的防雨設(shè)計，結(jié)合建筑類型和功能，在建筑屋面、主要出入口、窗口處設(shè)計挑檐或者雨篷。通過玻璃自身遮陽、遮陽構(gòu)件及垂直綠化的外遮陽方式降低夏季太陽輻射得熱，同時兼顧冬季室內(nèi)得熱。

（3）針對夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點，墻體垂直綠化優(yōu)先設(shè)置在西向外墻，其次為東向和南向。該氣候區(qū)的垂直綠化宜選用落葉型植物，夏季可實現(xiàn)良好的遮陰作用，冬季落葉后又可使陽光照射到墻面，增加得熱。

2.3.2 項目實踐

綠方中心是中英兩國在低碳領(lǐng)域合作的重要項目，總建筑面積為11859.29m2。設(shè)計團隊以 “綠色節(jié)約、低碳生活”的可持續(xù)發(fā)展觀為設(shè)計理念，通過采用太陽能利用、立體綠化等先進技術(shù)，使其成為集“現(xiàn)代、高科技、節(jié)能”為一體的綠色建筑。

（1）可變體形系數(shù)

項目通過室內(nèi)景觀花園窗戶的開啟和關(guān)閉來改變不同季節(jié)建筑體形系數(shù)，減少建筑本體能耗需求。冬季通過關(guān)閉景觀花園窗戶以減小體形系數(shù)，花園作為空調(diào)過渡區(qū)，降低主要使用空間熱流失。夏季通過開啟花園窗戶以增大體形系數(shù)，加快空間散熱效果，同時作為室外空間調(diào)節(jié)室內(nèi)熱舒適性。

（2）復合遮陽體系

在景觀花園中設(shè)置電動可調(diào)磨砂玻璃外遮陽，并根據(jù)日照高度調(diào)整角度。條窗外設(shè)置竹木板遮陽。與建筑整體效果相呼應(yīng)。建筑3 層以上挑空，為1、2層提供一定建筑自遮陽，復合遮陽體系示意圖如圖12所示。同時采用屋頂綠化、爬藤等垂直綠化、復層綠化以及室內(nèi)景觀花園來提升建筑品質(zhì)。項目場地綠地率達36.9%，屋頂綠化率達到50%。綠化物種選擇適宜當?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的本地物種。

圖12 復合遮陽體系示意圖

 3 結(jié)束語 

長期以來，我國的建筑體系以低舒適度和高耗能為主，但隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對建筑的性能提出了更高的要求。因此，推動綠色建筑的發(fā)展，提高建筑的舒適度和節(jié)能性能，成為當前建筑行業(yè)的重要任務(wù)。

在建筑設(shè)計的過程中，設(shè)計師扮演著至關(guān)重要的角色，不僅需要考慮建筑的功能需求和美學要求，還需要充分平衡各種設(shè)計輸入條件與建筑成果需求之間的關(guān)系。面對復雜的氣候條件和各種功能需求，因地制宜融合被動式綠色建筑設(shè)計技術(shù)，使其真正達到適用、健康、舒適、節(jié)能。