綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理及其若干關(guān)鍵指標(biāo)研究綜述

綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理及其若干關(guān)鍵指標(biāo)研究綜述

A Review of Research on Architectural Climatic Adaptability and Key Indicators of Green Public 

摘要：中國(guó)當(dāng)前綠色公共建筑的理論研究與設(shè)計(jì)實(shí)踐注重設(shè)備與材料性能的提升，而對(duì)建筑空間組織與形體優(yōu)化及其地域氣候適應(yīng)性的關(guān)注有所不足。針對(duì)以上問題，本文基于國(guó)內(nèi)外形體空間氣候適應(yīng)性研究的綜述，開展機(jī)理分析，歸納綠色公共建筑的形體空間描述指標(biāo)體系，提出場(chǎng)地、形體、空間、界面等方面的若干關(guān)鍵性指標(biāo)，以作為建筑師主導(dǎo)下綠色公共建筑設(shè)計(jì)新方法構(gòu)建的機(jī)理研究支撐。

作者單位：連璐，張悅，程曉喜，清華大學(xué)建筑學(xué)院；

黃獻(xiàn)明，袁朵，清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 研究背景與意義

根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗統(tǒng)計(jì)專業(yè)委員會(huì)發(fā)布的《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2017）》[1]，全國(guó)建筑總面積達(dá)591.93億m2，建筑能源消費(fèi)總量占全國(guó)能源消費(fèi)總量的19.93%，其中公共建筑面積約107.65億m2，能耗占建筑能耗總量的34%；從單位面積能耗強(qiáng)度看，公共建筑能耗強(qiáng)度在4類建筑中最高，且近年來一直保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此建筑節(jié)能尤其是公共建筑節(jié)能成為節(jié)能減排的重要任務(wù)。

我國(guó)當(dāng)前綠色公共建筑的理論研究與設(shè)計(jì)實(shí)踐存在重設(shè)備與材料性能的提升、輕空間組織與形體優(yōu)化等問題。崔愷院士指出，綠色建筑的研究除了在技術(shù)手段或綠色建筑評(píng)定的層面之外，不能忽略與建筑設(shè)計(jì)方法的結(jié)合[2]。自2017年以來的“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃綠色建筑領(lǐng)域項(xiàng)目開始注重從建筑設(shè)計(jì)的維度進(jìn)行形體空間解析，該方向的研究對(duì)于地域氣候適應(yīng)型綠色公共建筑設(shè)計(jì)的理論創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用具有重要意義。

2 國(guó)內(nèi)外綠色建筑形體空間氣候適應(yīng)性相關(guān)研究的趨勢(shì)綜述

2.1 綠色建筑設(shè)計(jì)方法

理論研究方面，維克托·奧戈亞（Victor Olgyay）提出“生物氣候地方主義”的設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)地探討建筑、氣候、地域與人體生物感覺及其之間的關(guān)系，關(guān)注微氣候、建筑層面的氣候平衡、建筑選址、朝向、形態(tài)、氣流組織、圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能等參數(shù)[3]。巴魯克·吉沃尼（B. Givoni）從人的舒適度出發(fā)考察分析氣候條件，提出建筑平面布局、墻體與窗戶朝向、遮陽設(shè)施等方面的設(shè)計(jì)策略[4]。吉沃尼將研究領(lǐng)域拓展到城市設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析氣候與城市、建筑的關(guān)系，并針對(duì)不同氣候區(qū)提出城市與建筑設(shè)計(jì)方法與策略[5]。宋曄皓探討建筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與生物氣候緩沖層的建構(gòu)問題，從宏觀、中觀、微觀3個(gè)層面與聚落空間、建筑實(shí)體、建筑細(xì)部3個(gè)方面具體討論城市布局、建筑密度、開放空間、建筑造型、朝向、功能、景觀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)開口與遮陽、選材的建筑設(shè)計(jì)要素等[6]。

實(shí)踐應(yīng)用方面，哈?！しㄙ悾℉assan Fathy）主張，人是有機(jī)生態(tài)系統(tǒng)中的一員，與周圍環(huán)境相互影響相互改變，建筑則像植物一樣處于周圍環(huán)境的影響之中，并從建筑形態(tài)、建筑朝向、空間組織、建筑材料、肌理與顏色、開敞空間設(shè)計(jì)等影響微氣候的7個(gè)方面評(píng)價(jià)和提出設(shè)計(jì)策略[7]。查爾斯·M·科里亞（Charles M. Correa）結(jié)合印度濕熱氣候與自身設(shè)計(jì)實(shí)踐提出“形式追隨氣候”的口號(hào)，主張建筑不能只由結(jié)構(gòu)與功能決定，必須尊重氣候[8]。楊經(jīng)文（Ken Yang）提出生態(tài)設(shè)計(jì)的原則，將生物氣候?qū)W的設(shè)計(jì)原則運(yùn)用于高層集中式的建筑設(shè)計(jì)中，指出生態(tài)設(shè)計(jì)與生物氣候?qū)W的設(shè)計(jì)方法在土地利用、總體布局、建筑形式、朝向、平面形狀、立面、開窗、屋頂、綠化等方面與其他設(shè)計(jì)方法的差異等[9]。

2.2 綠色建筑評(píng)價(jià)體系

1990年代始，世界各國(guó)涌現(xiàn)了多項(xiàng)綠色建筑評(píng)價(jià)體系，如英國(guó)建筑研究所環(huán)境評(píng)價(jià)法BREEAM、美國(guó)綠色建筑評(píng)估體系LEED、日本建筑環(huán)境綜合性能評(píng)價(jià)認(rèn)證體系CASBEE、德國(guó)可持續(xù)建筑評(píng)價(jià)體系DGNB等。目前，世界上大部分綠色建筑評(píng)價(jià)體系基于關(guān)鍵指標(biāo)法，通過基礎(chǔ)研究、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、專家訪談、社會(huì)調(diào)查等方法提煉指標(biāo)，采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，得到最終結(jié)論。例如：美國(guó)LEED與英國(guó)BREEAM通過對(duì)關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行賦值與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)目標(biāo)建筑的可持續(xù)發(fā)展程度，如建筑開發(fā)密度、建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能等；日本CASBEE提出建筑環(huán)境效率的概念，通過計(jì)算建筑環(huán)境質(zhì)量與建筑環(huán)境負(fù)荷的比值評(píng)價(jià)目標(biāo)建筑的可持續(xù)發(fā)展程度；德國(guó)DGNB考慮經(jīng)濟(jì)性、人文性，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化與功能、技術(shù)、建設(shè)、區(qū)位等6個(gè)方面評(píng)價(jià)目標(biāo)建筑的可持續(xù)發(fā)展程度，提出面積使用率、使用功能可改性與適用性等指標(biāo)。

中國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系的建構(gòu)發(fā)展迅速。2001年9月《中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估手冊(cè)》[10]出版。2003年8月中國(guó)《綠色奧運(yùn)建筑評(píng)估體系》[11]出版，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收與運(yùn)行管理4個(gè)階段對(duì)奧運(yùn)建筑提出具體的規(guī)范與要求，并將各項(xiàng)指標(biāo)分為建筑環(huán)境質(zhì)量與環(huán)境代價(jià)2類，進(jìn)行定量與權(quán)重分配。其中，建筑設(shè)計(jì)部分主要涉及建筑規(guī)模、容積與面積控制、單個(gè)觀眾席的折合面積與造價(jià)、室內(nèi)熱環(huán)境、自然采光、日照量、自然通風(fēng)效果等。2006年3月《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378-2006）[12]頒布，明確了綠色建筑的定義、評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法，確立了我國(guó)以“四節(jié)一環(huán)?！睘楹诵膬?nèi)容的綠色建筑發(fā)展理念與評(píng)價(jià)體系，對(duì)影響建筑環(huán)境負(fù)荷的關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行賦值與評(píng)價(jià)。《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378-2014與GB/T 50378-2019）覆蓋了設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、評(píng)價(jià)4個(gè)階段，其中與形體空間相關(guān)的指標(biāo)共計(jì)42項(xiàng)，涉及節(jié)地與土地利用、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與綠色建材4個(gè)章節(jié)下的20項(xiàng)條目[13-14]。在此基礎(chǔ)上，綠色建筑評(píng)價(jià)地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與針對(duì)不同建筑類型與領(lǐng)域的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也相繼出臺(tái)，擴(kuò)展了評(píng)價(jià)體系的適用對(duì)象。

3 綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理與關(guān)鍵指標(biāo)

中國(guó)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》在發(fā)揮巨大行業(yè)影響力和貢獻(xiàn)的同時(shí)，也出現(xiàn)一定的問題和不足。第一，評(píng)價(jià)體系較為偏重設(shè)備與材料性能的提升，關(guān)注空間組織與形體優(yōu)化不足。第二，評(píng)價(jià)對(duì)象主要針對(duì)空間形體結(jié)果，關(guān)注設(shè)計(jì)方法和過程不足。第三，強(qiáng)調(diào)綜合性普適性要求，缺乏對(duì)特定地域的環(huán)境與氣候條件差異的深入評(píng)價(jià)，針對(duì)地域性設(shè)置的相關(guān)條文較少，地域氣候適應(yīng)性考慮不足。

針對(duì)以上問題以及基于前述國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究趨勢(shì)歸納，本文以建筑形體空間為關(guān)注點(diǎn),分析地域環(huán)境與氣候條件對(duì)建筑形體空間產(chǎn)生影響的機(jī)理、方式、范圍及形體空間的適應(yīng)方式，進(jìn)而從場(chǎng)地、形體、空間、界面等方面對(duì)形體空間進(jìn)行解析，構(gòu)建綠色公共建筑的形體空間描述指標(biāo)體系與設(shè)計(jì)方法指引。

3.1 綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理

劉加平院士指出，“建筑的產(chǎn)生，原本就是人類為了抵御自然氣候的嚴(yán)酷而改善生存條件的‘遮蔽所’（shelter），使其間的微氣候適合人類的生存”[15]。對(duì)建筑內(nèi)微氣候造成主要影響的外界氣候要素包括溫濕度、日照、風(fēng)。

人體對(duì)外界各氣候要素的感受存在一定的舒適范圍，而不同季節(jié)、不同氣候區(qū)自然氣候的變化曲線不同，其與舒適區(qū)的位置關(guān)系不同，相應(yīng)的建筑與氣候的適應(yīng)機(jī)理也不同。

1 綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理示意

（1）對(duì)過熱氣候的調(diào)節(jié)適應(yīng)（圖1藍(lán)色箭頭）。要點(diǎn)為通過開敞散熱、遮陽隔熱將過熱氣候曲線往舒適區(qū)范圍內(nèi)“下拽”，以達(dá)到縮短過熱非過渡季，同時(shí)降低最熱氣候值以減少空調(diào)能耗的目標(biāo)；

（2）對(duì)過冷氣候的調(diào)節(jié)適應(yīng)（圖1橙色箭頭）。要點(diǎn)為通過緊密保溫、增加得熱將過冷氣候曲線往舒適區(qū)范圍內(nèi)“上拉”，以達(dá)到縮短過冷非過渡季，同時(shí)提高最冷氣候值以減少供暖能耗（或空調(diào)能耗）的目標(biāo)；

（3）對(duì)過渡季氣候的調(diào)節(jié)適應(yīng)（圖1綠色箭頭）。過渡季指春秋兩季外界氣候處于人體舒適區(qū)范圍內(nèi)的時(shí)間，要點(diǎn)為通過建筑的冷熱調(diào)節(jié)延長(zhǎng)過渡季，并在其間通過引導(dǎo)自然通風(fēng)加強(qiáng)與外界氣候的互動(dòng)；

（4）擴(kuò)展舒適區(qū)范圍（圖1粉色箭頭）。這里是指根據(jù)人的停留時(shí)長(zhǎng)、人在其中的行為等標(biāo)準(zhǔn)將建筑內(nèi)的不同空間進(jìn)行區(qū)分，走廊、門廳、樓梯等空間的氣候舒適范圍不必如辦公室、教室等功能房間一樣，可上下擴(kuò)展一定范圍。

根據(jù)以上綠色公共建筑的形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理，本文從場(chǎng)地、形體、空間、界面4個(gè)維度提出形體空間密度、復(fù)合綠化率、外表接觸系數(shù)、最佳太陽朝向面積比、迎風(fēng)面積比、緩沖空間面積比、外區(qū)面積比、空間透風(fēng)度、窗墻面積比、外遮陽系數(shù)、可開啟面積比等11個(gè)描述指標(biāo)。

3.2 場(chǎng)地

（1）控制形體空間密度，調(diào)節(jié)場(chǎng)地微環(huán)境

場(chǎng)地層面，主要考慮建筑群體對(duì)場(chǎng)地微氣候的作用，在機(jī)理上聚焦場(chǎng)地微環(huán)境及熱島效應(yīng)，其成因可分為地點(diǎn)熱源放熱、二次放熱與散熱不暢等[16]。因此重點(diǎn)剖析梳理與放熱相關(guān)的場(chǎng)地建設(shè)強(qiáng)度指標(biāo)。2004年，貝格豪澤·龐特（M. Berghauser Pont）與豪普特（P. Haupt）提出空間伴侶（Spacemate）體系[17]，避免了使用單項(xiàng)建筑密度指標(biāo)描述建筑和城市環(huán)境密度狀態(tài)的局限性。該體系由容積率、建筑覆蓋率、平均層數(shù)與開放空間率4個(gè)指標(biāo)組成。其中，容積率與建筑覆蓋率（即建筑密度）一般作為土地開發(fā)強(qiáng)度的重要指標(biāo)；建筑覆蓋率與平均高度分別反映建筑在水平方向與垂直方向的聚集度；開放空間率指未被建筑或構(gòu)筑物占據(jù)的空地面積總和與總建筑面積之比，表征單位建筑面積對(duì)應(yīng)的開放空間規(guī)模?；谝陨涎芯烤C述，本文提出形體空間密度指標(biāo)，綜合分析建筑群體密度狀態(tài)對(duì)場(chǎng)地微環(huán)境和熱島效應(yīng)的影響。

2 形體空間密度指標(biāo)示意

（2）提高復(fù)合綠化率，減緩熱島效應(yīng)

相關(guān)研究表明，植被和水體夠有效降低場(chǎng)地平均溫度，緩解熱島效應(yīng)[18-20]。目前我國(guó)常用綠化評(píng)價(jià)指標(biāo)如綠地率、綠化覆蓋率和人均公共綠地面積等，主要用于衡量城市綠地的平面綠量。1987 年，日本學(xué)者青木陽二提出“綠視率”的概念[21]，并于2004年成為日本綠色景觀評(píng)價(jià)體系的常規(guī)指標(biāo)[22]。該指標(biāo)評(píng)價(jià)人的視野中綠色所占的比重，可以用于衡量立體綠化的程度?；谝陨涎芯烤C述，本文提出復(fù)合綠化率指標(biāo)，綜合分析垂直綠化、屋頂綠化、水平實(shí)土綠化與水體對(duì)熱島效應(yīng)的緩解作用。

3 復(fù)合綠化率指標(biāo)示意

3.3 形體

（1）控制外表接觸系數(shù)，調(diào)節(jié)不同地域氣候下的建筑散熱

體形系數(shù)是建筑表皮設(shè)計(jì)與控制的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了建筑形體的復(fù)雜程度，一般認(rèn)為，體形系數(shù)越小，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失越少，建筑物與外界能量交換越少。針對(duì)體形系數(shù)的優(yōu)化包括夏春海綜合考慮建筑熱性能與形體幾何關(guān)系的共同作用，引入考慮溫差傳熱與太陽輻射影響的權(quán)重因子對(duì)建筑不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積進(jìn)行修正，提出圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)熱體形系數(shù)[23]；趙鵬等提出名義最佳建筑體形系數(shù)與實(shí)際最佳建筑體形系數(shù)的概念，分析體形系數(shù)的理解與計(jì)算誤區(qū)，提出以表征單位建筑面積所對(duì)應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的指標(biāo)形體系數(shù)以代替體形系數(shù)[24]；魯?shù)稀W恩哈克（Rudy Uytenhaak）關(guān)注高密度城市環(huán)境的空間品質(zhì)，提出表征單位建筑面積所對(duì)應(yīng)的立面面積的指標(biāo)立面系數(shù)，反映建筑實(shí)體與外部環(huán)境之間可能發(fā)生滲透的程度[25]；鄧巧明考慮第五立面露天平臺(tái)或天窗等對(duì)空間品質(zhì)與舒適度的影響，提出外部接觸系數(shù)以修正立面系數(shù)?；谝陨涎芯烤C述，本文提出描述建筑散熱狀況的指標(biāo)外表接觸系數(shù)，綜合考慮建筑立面、屋頂與架空底面與室外大氣的接觸，同時(shí)消除高大空間中建筑層高對(duì)于原有體形系數(shù)指標(biāo)的干擾影響[26]。

4 外表接觸系數(shù)指標(biāo)示意

（2）控制最佳太陽朝向面積比，調(diào)節(jié)不同地域氣候下的建筑得熱

建筑的朝向與得熱密切相關(guān)，增大建筑朝陽面積有利于太陽輻射得熱。學(xué)者綜合考慮不同地域氣候下建筑各朝向墻面與室內(nèi)空間可獲得的日照時(shí)間、日照面積、有利于地區(qū)氣溫特點(diǎn)的太陽輻射等主要因素，通過對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)和分析計(jì)算得出該地區(qū)建筑的最佳朝向或適宜朝向[27]，分析計(jì)算不同地區(qū)建筑在不同朝向時(shí)的能耗，得出建筑朝向?qū)δ芎挠酗@著影響的結(jié)論[28-29]。基于以上研究綜述，本文提出最佳太陽朝向面積比指標(biāo)，描述形體與朝向?qū)ㄖ脽岬挠绊懽饔谩?

5 最佳太陽朝向面積比指標(biāo)示意

（3）減小建筑迎風(fēng)面積比，改善建筑通風(fēng)

場(chǎng)地環(huán)境的界面粗糙度反映形體空間對(duì)大氣流動(dòng)的影響程度[30]。《城市居住區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ286-2013）定義迎風(fēng)面積比為迎風(fēng)面積與最大可能迎風(fēng)面積之比，通風(fēng)阻塞比為各氣候區(qū)居住區(qū)的建筑密度與居住區(qū)的平均迎風(fēng)面積比的乘積[31]。此外，學(xué)者提出迎風(fēng)面積指數(shù)[32-33]、迎風(fēng)面積密度[34]等參數(shù)以描述特定風(fēng)向下空間形態(tài)對(duì)空氣流通的影響作用，并綜合考慮建筑朝向?qū)ψ匀煌L(fēng)的影響，計(jì)算得出建筑最佳來流入射角[35]?；谝陨涎芯烤C述，本文選取迎風(fēng)面積比指標(biāo)，描述形體與朝向?qū)ㄖL(fēng)的影響作用。

6 迎風(fēng)面積比指標(biāo)示意

3.4 空間

（1）設(shè)置適宜緩沖空間，進(jìn)行分區(qū)控制和人行為引導(dǎo)

緩沖空間通常指在建筑內(nèi)、外側(cè)或內(nèi)外之間形成的氣候緩沖層，其在一定程度上實(shí)現(xiàn)外部環(huán)境氣候與內(nèi)部建筑空間之間的緩沖過渡，在相關(guān)學(xué)者的研究中也有模糊性空間、過渡空間、中介空間、灰空間等不同側(cè)重的名稱和定義，通常可包括建筑門廳、走廊、中庭、天井、下沉庭院、露天平臺(tái)、屋頂平臺(tái)等。一方面，緩沖空間可以綜合利用多種被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)改善環(huán)境、節(jié)約能源的目的[36-37]，同時(shí)有效遮擋太陽輻射，控制室內(nèi)溫度，提供舒適的休閑場(chǎng)所[38]；另一方面，緩沖空間對(duì)功能布局和人的行為具有引導(dǎo)作用，進(jìn)而可進(jìn)行主動(dòng)式設(shè)備的布局優(yōu)化和運(yùn)行調(diào)節(jié)，降低建筑能耗，對(duì)于公共建筑節(jié)能尤其具有積極作用?；谏鲜鲅芯烤C述，本文提出緩沖空間面積比指標(biāo)，描述緩沖空間的設(shè)計(jì)對(duì)于改善環(huán)境和降低能耗所發(fā)揮的作用。

7 緩沖空間面積比指標(biāo)示意

（2）增加外區(qū)面積比，提升建筑被動(dòng)調(diào)節(jié)潛力

建筑主體使用空間的內(nèi)區(qū)和外區(qū)區(qū)分與建筑能耗控制高度相關(guān)。公共建筑的室內(nèi)空間性能通常依靠人工照明、機(jī)械通風(fēng)甚至空調(diào)調(diào)節(jié)，而建筑周邊的空間可以獲得良好的自然采光、通風(fēng)，因此《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》簡(jiǎn)化界定外區(qū)為距離建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)5m范圍內(nèi)的區(qū)域，并對(duì)內(nèi)區(qū)采光系數(shù)滿足要求的面積比例做出要求。相似的研究還包括尼克·貝克（Nick Baker）與科恩·斯蒂莫斯（Koen Steemers）定義被動(dòng)區(qū)為距離建筑外墻5.5m或室內(nèi)空間凈高2倍的進(jìn)深區(qū)域，建筑中庭周邊為室內(nèi)空間凈高1~1.5倍的進(jìn)深區(qū)域[39]?；谝陨涎芯烤C述，本文提出外區(qū)面積比指標(biāo)，來反映建筑采用被動(dòng)節(jié)能技術(shù)的潛力。該比例越高，建筑與自然環(huán)境互動(dòng)潛力越大，最大限度利用自然環(huán)境滿足室內(nèi)舒適度要求的可能性越大。

8 外區(qū)面積比指標(biāo)示意

（3）增加空間透風(fēng)度，改善建筑自然通風(fēng)能力

建筑內(nèi)部自然通風(fēng)方式分為風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)，多數(shù)情況下，兩種通風(fēng)方式共同作用。在模擬建筑內(nèi)部自然通風(fēng)狀況時(shí)，建筑室內(nèi)空間劃分與隔墻常被忽略，大多數(shù)建筑能耗模擬軟件缺乏通風(fēng)計(jì)算模塊，房間與外界及各房間之間的通風(fēng)換氣量只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。章宇峰提出多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型，將建筑內(nèi)部各空間視為不同節(jié)點(diǎn)，從宏觀上反映建筑內(nèi)部空氣流動(dòng)特征[40]。學(xué)者研究中庭、天井等腔體通過熱壓效應(yīng)對(duì)建筑內(nèi)部自然通風(fēng)狀況的改善作用，發(fā)現(xiàn)通過合理設(shè)置腔體高寬比例等參數(shù)，可以獲得良好的自然通風(fēng)[41-44]?；谝陨涎芯烤C述，本文提出空間透風(fēng)度指標(biāo)，從內(nèi)部空間設(shè)計(jì)的角度觀察其對(duì)建筑自然通風(fēng)的改善。

9 空間透風(fēng)度指標(biāo)示意

3.5 界面

（1）控制窗墻面積比，調(diào)節(jié)不同地域氣候下的建筑得熱

外窗與玻璃幕墻的太陽輻射得熱對(duì)建筑能耗具有較大影響，簡(jiǎn)毅文等以上海地區(qū)的居住建筑為研究對(duì)象，研究分析不同朝向下窗墻比對(duì)建筑全年供暖能耗、全年空調(diào)能耗以及全年供暖、空調(diào)總能耗的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)東（西）、北向窗墻比的加大會(huì)導(dǎo)致建筑全年供暖、空調(diào)總能耗的增加，夏季采用外窗遮陽與有效夜間通風(fēng)的條件下，南向窗墻比的加大有利于建筑全年供暖、空調(diào)總能耗的降低[45]；陳震等以南京地區(qū)的辦公建筑為研究對(duì)象，研究分析常見窗型與不同建筑朝向的組合關(guān)系，根據(jù)節(jié)能50%的要求計(jì)算各朝向的窗墻比取值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)建筑處于正南向時(shí)合理的窗墻比取值最大，隨著偏東或偏西角度的偏轉(zhuǎn)取值越來越小[46]?；谏鲜鲅芯烤C述，本文選取描述太陽輻射得熱率的指標(biāo)窗墻面積比，綜合考慮其對(duì)建筑得熱的調(diào)節(jié)作用。

10 窗墻面積比指標(biāo)示

（2）控制外遮陽系數(shù)，調(diào)節(jié)不同地域氣候下的建筑得熱

窗口外遮陽是改善建筑夏季室內(nèi)熱環(huán)境、降低空調(diào)能耗的一個(gè)重要措施，但太陽輻射對(duì)于冬季室內(nèi)熱環(huán)境卻非常有利，理想的遮陽形式及遮陽板構(gòu)造尺寸應(yīng)能同時(shí)滿足冬、夏季不同時(shí)刻室內(nèi)熱環(huán)境對(duì)太陽輻射熱的不同要求[47-48]。建筑遮陽計(jì)算是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，任俊等通過建立計(jì)算模型，根據(jù)動(dòng)態(tài)模擬軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，得出簡(jiǎn)化的外遮陽系數(shù)與外遮陽設(shè)施對(duì)太陽輻射得熱影響的關(guān)系并驗(yàn)證其合理性[49]。基于以上研究綜述，本文提出外遮陽系數(shù)指標(biāo)，綜合考慮各朝向遮陽對(duì)太陽輻射得熱的影響。

11 外遮陽系數(shù)指標(biāo)示意

（3）增加建筑可開啟面積比，實(shí)現(xiàn)良好自然通風(fēng)

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)建筑的通風(fēng)開口面積與外窗、玻璃幕墻的可開啟與有效通風(fēng)換氣比例提出明確要求，以實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)效果。建筑的通風(fēng)開口結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向，借助風(fēng)壓與熱壓的雙重作用，可以最大限度的將自然風(fēng)引入建筑內(nèi)部，影響建筑內(nèi)部的風(fēng)速及分布，充分利用自然通風(fēng)減少空調(diào)使用時(shí)間，降低建筑能耗?；谝陨涎芯烤C述，本文提出描述自然風(fēng)引入效率的指標(biāo)可開啟面積比，從界面設(shè)計(jì)的角度觀察其對(duì)建筑自然通風(fēng)的改善作用。

12 可開啟面積比指標(biāo)示意

4 結(jié)語：形體空間氣候適應(yīng)性機(jī)理與指標(biāo)對(duì)綠色公共建筑設(shè)計(jì)的指引

建筑形體空間與地域氣候以及建筑能耗之間的相關(guān)性分析，旨在從場(chǎng)地、形體、空間、界面的建筑設(shè)計(jì)維度上，充分考慮地域環(huán)境與氣候條件，對(duì)于如京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、東北、華中等不同地域，建筑形體空間受地域環(huán)境與氣候條件的影響與適應(yīng)方式不同，對(duì)能耗產(chǎn)生的影響也不同。本文的機(jī)理研究，在結(jié)合當(dāng)前中國(guó)綠色公共建筑數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)構(gòu)建、以及開展形體空間和地域氣候之間耦合的定量分析之后，對(duì)于提出地域氣候適應(yīng)型綠色公共建筑設(shè)計(jì)新方法，具有理論貢獻(xiàn)與實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。□

注釋

1）圖示所采用項(xiàng)目案例為雄安市民服務(wù)中心企業(yè)臨時(shí)辦公區(qū)。該項(xiàng)目具有臨時(shí)性和一定的示范意義，設(shè)計(jì)方案之初明確了可生長(zhǎng)、輕介入的原則，選用“十字”單元組合模式并采用裝配化、工廠化的箱式建造體系。

2）圖示所采用項(xiàng)目案例為金港文化中心。該項(xiàng)目周邊地塊為高容積率的寫字樓，因此明確“城市綠洲”的理念，維持低密度、開放性，最大化保留場(chǎng)地原有水系，采用蓄水屋面+屋面種植+墻面綠化+場(chǎng)地綠化的綜合綠化手段補(bǔ)償建設(shè)工程對(duì)自然的侵占。

3）圖示所采用項(xiàng)目案例為龍湖順達(dá)近零能耗主題館。該項(xiàng)目位于河北省保定市高碑店市，屬寒冷氣候區(qū)，通過以完整體量包裹不同功能空間的方式減少與外界接觸散熱。

4）圖示所采用項(xiàng)目案例為深圳建科大樓。該項(xiàng)目位于廣東省深圳市，屬夏熱冬暖氣候區(qū)，通過分散、擴(kuò)展功能空間增加與外界接觸散熱。

5）圖示所采用項(xiàng)目案例為2019年中國(guó)北京世界園藝博覽會(huì)中國(guó)館。該項(xiàng)目總平面呈弧線型，并采用雙坡屋頂有效增加接收太陽輻射面積。

6）圖示所采用項(xiàng)目案例為武漢航發(fā)金融創(chuàng)新基地總部大樓。該項(xiàng)目緊鄰曲線型景觀綠化帶與自然湖泊，順應(yīng)場(chǎng)地邊界布局建筑體量，并結(jié)合模塊間的錯(cuò)動(dòng)獲得良好的自然通風(fēng)。

7）圖示所采用項(xiàng)目案例為中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院創(chuàng)新科研示范中心。該項(xiàng)目除門廳、走廊、地下室等緩沖空間外，還設(shè)置了連續(xù)的半開敞式中庭，并利用體量錯(cuò)動(dòng)形成的屋頂平臺(tái)，引導(dǎo)綠色健康生活。

8）圖示所采用項(xiàng)目案例為江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館。該項(xiàng)目整體呈上大下小的形態(tài)，由下至上逐漸擴(kuò)展，并設(shè)置多個(gè)中庭，最大限度利用自然環(huán)境滿足室內(nèi)舒適度要求。

9）圖示所采用項(xiàng)目案例為?？谑忻裼慰椭行?。該項(xiàng)目呈帶狀向湖面開敞，結(jié)合內(nèi)部錯(cuò)落、松散、開敞的空間布局，獲得良好的自然通風(fēng)。

10）圖示所采用項(xiàng)目案例為東北大學(xué)渾南校區(qū)圖書館。該項(xiàng)目位于遼寧省沈陽市，屬嚴(yán)寒氣候區(qū)，采用完整方正的體量，在滿足自然采光要求的前提下，控制各向窗墻比，減少冬季散熱，并采用內(nèi)收式窗臺(tái)增大自然光入射量。

11）圖示所采用項(xiàng)目案例為華南理工大學(xué)廣州國(guó)際校區(qū)一期工程C地塊。該項(xiàng)目位于廣東省廣州市，屬夏熱冬冷氣候區(qū)，采用局部架空、遮陽百葉、屋頂花園、采光中庭、生態(tài)天井等方式改善自然通風(fēng)與采光，營(yíng)造舒適宜人的建筑環(huán)境。