亚热带绿色建筑气候适应性设计的关键问题思考

肖毅强/XIAO Yiqiang



亚热带绿色建筑气候适应性设计的关键问题思考

肖毅强/XIAO Yiqiang

摘要：倡导气候适应性优先的绿色建筑设计策略，建筑师可根植设计本原，传承创新，创作具有地域特色的当代建筑。本文以亚热带地区绿色建筑设计为讨论对象，总结岭南地域建筑气候适应性经验，就气候适应性设计的关键问题，分别从适应日常气候条件的热舒适性设计、适应灾害气候条件的弹性设计以及适应长期气候条件的耐久性设计等3个方面进行思考，为探索我国地域气候条件下的绿色建筑设计提供参考。

关键词：绿色建筑，亚热带建筑，气候适应性，气候空间，弹性设计，耐候性设计

国家自然科学基金重点资助项目（项目批准号：51138004）

国家自然科学基金面上资助项目（项目批准号：51478188）

1 引言

今年初国家确立了“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针 ，绿色建筑成为我国城乡建设的发展目标。我国20多年的绿色建筑发展历程中，建筑师角色自我边缘，设计思维长期缺位。因此，有必要回归建筑学本体属性，针对绿色建筑设计核心问题，从整体层面理解建筑设计的当代价值。本文聚焦地域性绿色建筑设计，重点讨论气候适应性的问题范畴，对建筑创作与技术创新提出思考。

从现代建筑思想起源来看，建筑中的气候要素始终具有重要地位。法国建筑理性主义先驱维奥莱-勒-迪克（Viollete-le-duc）在其《建筑谈话录》中，主张以逻辑、气候、经济及精巧工艺和实用要求为基础的建筑艺术思想。德国建筑学者文特弗里德·森佩尔（Gottfried Semper）的《技术与建构艺术（或实用美学）中的风格》（Style in the Technical and Tectonic Arts； or， Practical Aesthetics）中提出，所谓建筑“风格”就是：综合一个地方的材料、结构、气候、功能要求，再加上文化特定性而形成的一种系统性的建造模式。世界范围的地域性现代建筑发展为这些先驱学者的思想作了很好的注解。全球建筑学在可持续发展的价值引领下进行了近半个世纪的探索，绿色建筑已成为建筑学科对当代文明的重要贡献。

气候要素与绿色建筑的节能、节地、节水直接相关，与节材和环保密切相关。近20年，随着越来越多的学者关注以气候设计为核心的绿色建筑理念，气候适应性策略成为一种全新设计理念深刻影响当代建筑创作［1］。立足我国地域气候差异大、经济技术发展水平不均衡的国情特点，绿色建筑发展更需研究分析地域气候的特点，提倡气候适应性为主导、以被动设计策略与主动技术应用相结合的技术路线［2］。本文以亚热带气候地区为分析对象，以岭南地域为讨论重点，分析绿色建筑设计中气候适应性的核心问题，为气候设计的普遍价值定位提供参考。

岭南传统建筑在长期历史发展过程中形成的建造智慧，从传统村落、传统城镇建筑、到近代建筑，有完整的发展脉络和成熟的建筑形制，精明地解决了建筑与环境气候的关系。我们从这些既有经验出发，分析现象、找准问题、总结经验，为当代气候适应性设计方法提供借鉴。本文分别从日常气候条件、灾害气候条件及长期气候条件3个不同角度，围绕绿色建筑的根本目标，讨论气候适应性问题的范畴界定以及建筑设计策略。

2 适应日常气候条件的热舒适性设计问题

亚热带湿热气候表现为夏热冬暖，全年大部分时间炎热、潮湿、多雨，太阳辐射强烈。由于一年中大部分时间高温高湿，建筑室内环境需要通过温度、湿度及风环境控制保证人体舒适性要求——夏季为空调制冷，冬季基本无需取暖。因此，建筑节能重点在于节约建筑室内环境制冷除湿能耗。

岭南传统建筑在无空调时代形成了应对湿热气候的建筑手段和空间布局特色，通过遮阳、隔热、通风等措施，良好地解决了人居条件的基本舒适性问题。我们受岭南传统建筑空间布局启发，结合建筑“气候设计”，提出了“气候空间”概念：建筑布局中适应气候环境，在建筑功能空间与自然环境之间形成的具有气候调节作用的辅助性空间，称之为建筑“气候空间”［3］。例如岭南传统建筑典型的“气候空间”包括冷巷、院子、天井、外廊、凉棚、骑楼、阳台等。各种建筑气候空间并非孤立存在，还具有相互联动效应，可以共同作用解决建筑室内环境的热舒适性问题。 通过对岭南传统建筑的空间形式的共性类型进行归类可以得出三种典型的类型空间：传统村落的“街巷+内院”空间、城镇中竹筒屋的“通廊+天井”空间、以及近代城市建筑的“外廊”或“骑楼”的热缓冲空间（图1）。

近矿围岩蚀变强烈且普遍，蚀变主要为黄铁矿化、硅化、钾长石化、绢云母化、碳酸盐化等，构造破碎带规模和破碎程度决定了蚀变强度和宽度，从破碎带中心向两侧蚀变逐渐变弱，蚀变宽度一般不超过3m，通常几种蚀变叠加在一起，构成矿化围岩的特征蚀变。其中前三者与金矿化关系最为密切，当硅化、黄铁矿化较强且具多次叠加特征时，岩石致密坚硬，而且矿化较强。蚀变岩常含金，并在其中赋存富金矿体，是重要的找矿标志之一。

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1 岭南传统“气候空间”典型类型

现代建筑规模化与高层化发展为建筑室内外环境舒适性营造带来挑战，人工气候措施不可避免。以绿色建筑理念出发，应当结合传统“气候空间”智慧，构建适宜的当代“气候空间系统”，从而减少人工气候调节设施的使用，通过建筑设计手段实现“设计节能”（区别于技术节能）。

绿色设计的解决办法在于遵循自然气候规律，将岭南湿热气候的“遮阳、隔热、通风”措施传承发展。遮阳策略在传统构造遮阳基础上，整合建筑阳台、复合表皮、绿化表皮，飘檐空间等发展复合遮阳空间模式，减少太阳直射得热节约空调制冷能耗的同时，创新建筑表达形式。隔热策略在于减少环境辐射得热和热传导，除了材料隔热和构造隔热外，空间隔热（热缓冲空间）是重要手段；通过架空层、骑楼、宽外廊、立面庭院、屋顶棚架等空间设计手段，在建筑室内功能空间与室外热环境之间形成一个“热缓冲空间”，有效调节不良气候影响，从而实现空调节能，同时热缓冲空间具有复合的交通、活动、交往功能，大大丰富了建筑空间及景观环境质量。通风策略在于创造建筑物中每个功能空间的良好自然通风条件，从而在春秋过渡季节节约空调使用能耗。可以通过营造冷巷、风廊、天井、风道及庭院与立体庭院的空间方式，并结合其他气候空间共同构建适宜自然通风并有效防热的“气候空间系统”， 满足建筑室内环境人体热舒适性要求。

气候适应性策略指导下的绿色建筑设计，一方面，通过对“气候空间”适宜尺度研究以及系统性关系的构建，整合遮阳、隔热和通风措施，形成适用于亚热带气候条件的绿色建筑的空间布局策略（图2-4）；另一方面，通过“气候空间系统”在城市群体及城市街区层面的延伸研究，可以有效解决城市公共环境热舒适性问题。从传统建筑聚落及传统城市街区的经验来看，亚热带地域适宜采用紧凑型的群体及建筑布局，为集约高效使用土地，建设高密度复合型生态城市提供可能［4］。

3 适应灾害气候条件的弹性设计问题

亚热带地区位居我国东南沿海，受季风性气候影响，台风（热带气旋）、暴雨、风暴海等极端气候状况频繁，华南地区广东、海南受台风影响最为频繁严重，每年平均台风登陆10次以上，台湾、福建、浙江、上海、江苏等也是受台风影响较频繁的地区，甚至个别台风从沿海登陆后还会深入到内陆。台风气候的破坏力主要由强风、暴雨和风暴潮3个因素引起，对受影响地区的城市设施和建筑防灾带来极大考验。

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2 “气候空间”布局示例——作者主持设计的南沙发展电力大厦

3 南沙发展电力大厦外观（骑楼，复合表皮空间，立体庭院）

当代城市建设以灾害威胁极限值（抗风及防洪）作为市政设施及建筑系统的设计的依据，通过大量性建设投入的“硬”抵御方式，不仅带来对自然生态环境的不利干预，也可能激化灾害影响，引发次生灾害问题。当前国际上普遍寻求人类建成环境与自然环境的良性互动关系，灾害应变转向弹性设计的思维，寻求城乡发展对灾害气候的弹性适应。弹性设计（resilience design）在于探讨人类聚居行为与极端自然气候现象的共存关系，采取顺应自然气候规律的精明干预，获取应对灾害和灾害恢复的良好效益平衡，并以环境和社会的可持续性发展为核心目标。

岭南地区传统建筑在长期与台风气候的博弈中，形成了许多丰富的经验。从建筑起源时代的干栏式建筑到近代历史传统乡村聚落，采用有限的建造资源，实现了在极端气候下的生存安全与建筑安全。这些传统经验契合了弹性设计精神，值得我们挖掘借鉴。

岭南传统乡村聚落皆有良好的防灾策略。建筑群体利用地势“前塘后山”布局，借高地避洪涝。传统民居院落中无植栽树木，防止台风中倒伏带来破坏。各进院落依地形依次抬高，并对屋面抬高有严格规定，保证建筑群体屋面起伏的整体性，具备整体性导风、分散风压效果。建筑屋脊、山墙上采用高大而通透装饰的压顶，压住瓦面抵抗抗风同时，通透压顶又化解了自身承受风压。屋面坡度采用正负风压相对平衡的坡度设置等等，这些建造智慧令人叹服。

从海南、广东村落民居聚落的布局结构中，可以观察到有趣现象：建筑聚落布局根据应对台风威胁的程度不同，有格网布局和梳式布局两种。海南及潮汕地区民居，由于受台风威胁频密，均采用棋盘式纵横巷道布局，布局结构有效分解来自不同方向的台风风压，并结合院墙布置，有效减弱屋面风压；珠江三角洲腹地的广府民居，受台风影响减少，以梳式布局（纵向巷道）方式为主，院落间的院墙也存在抗风作用。依此分析，传统建筑在极端气候影响下，总结出了一套有效的布局模式和墙院系统，其弹性智慧值得当代绿色设计借鉴（图5）。

当代城市建设中，传统多层紧凑的布局结构已被高大尺度的城市建筑群落所代替，而台风灾害的问题依然存在。密集的高层建筑群落，导致风场环境及抗灾预测因素更为复杂，可能造成的关联性损失更大，台风气候中高层建筑部件受损脱落并带来次生灾害的情况时有发生。应当结合台风气候特点，建筑群落通过合理的布局结构和尺度（如体量分解、风巷分解等），营造安全的建筑群体风环境。同时，开发研究建筑群体风环境模拟分析评价手段，进行极端气候下的风环境评估，减少建筑物受损的风险特别需要对绿色建筑的创新性外立面构件和构造安全做出指引，比如：遮阳构件、通风幕墙、立体绿化、墙体绿化、新能源构件等。同时，针对景观环境进行评价分析，克服景观设计中单纯图案化、功能化的设计套路，合理布局各类植栽特别是大型乔灌木，避免台风暴中树木倒伏导致的生命和财产损失。

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5 不同地区村落布局比较（台风气候影响下的布局差异）

国家层面正在推动的“海绵城市”应对城市暴雨洪涝问题，但岭南亚热带地区需有不同的理解和演绎方式。岭南地区河网水系发达，常年降雨充足，地下水位普遍较高，土壤层蓄水能力有限。传统渔农时代依赖河塘水系解决蓄洪排涝的方式，在当今大规模城市建设开发中已被破坏，导致暴雨洪涝问题频繁发生。单纯依赖城市层面的技术措施很难根本性解决问题。

岭南传统民居聚落中，排水组织从屋檐、内院、水沟到水塘。每个院子中有高大台座围成的院池，屋面雨水汇集院子，在暴雨时有蓄洪效应，缓迟了公共排水沟的排灌压力，被沿长的排水路径也进一步加大降雨与排洪的时间差，分解了环境排雨压力。这种每户分散雨洪管理的智慧，值得当代借鉴。

从弹性设计的原则出发，解决措施除了从城市区域层面通过重构洪水调节涵蓄功能的景观体系和市政设施建设外，应当提倡从微观层面的弹性解决策略。利用单体建筑形成各自建筑系统中的蓄洪及水资源利用系统，构建立体复合型的微型雨洪蓄排体系：通过将屋顶绿化、垂直绿化、水循环技术及场地景观及蓄排水技术等相结合的建筑雨洪管理体系，延缓城市排洪压力（图6）。

4 适应长期气候条件的耐候性设计问题

建筑材料及构造在经受气候条件长期影响，如光照、冷热、风雨、细菌、虫蛀等造成的综合破坏的耐受能力称为耐候性。亚热带气候环境下，建筑外维护结构常年日晒雨淋、潮湿浸泡的情况对建筑构造及材料耐候性提出挑战。湿热气候条件有利于生物繁衍，建筑室内环境中虫蚁侵害、腐蚀霉变现象严重。特别是春季高湿度条件下，建筑室内外构造霉变，导致构造损坏；缺乏对气候特性有效应对的不当设计及维护方法，会导致材料构造达不到设计寿命，维修改造导致资源浪费，违背绿色建筑发展目标［5］。

岭南传统建筑积累了丰富的建筑耐候性材料构造经验。如：传统砖木结构建筑采用大飘檐处理，兼顾建筑遮阳的同时，防止狂风大雨泼湿墙体影响材料寿命；在容易被雨淋湿的墙角、柱础及柱子采用耐久性好的石材；采用可防止蚁虫攀爬的石柱础构造；简洁的倒梯形室内封闭天花处理可防止蚁虫及容易清洁等。在近代建筑发展中，也形成了陶质大阶砖地面（吸潮防潮）、陶釉通花构件、“洗石米”（细石混凝土）饰面、砖构造架空隔热屋面等具有地域气候耐候性的材料构造做法。岭南地区长期形成的建筑构造设计经验值得认真总结。

在绿色建筑时代，耐候性问题需要被高度重视，并以合理方式纳入绿色建筑评价体系。针对材料构造的耐候性问题，可以通过建筑设计手段加以综合解决。建筑外墙构造应对日晒雨淋，墙体材料构造的防潮效果是关键——从建筑设计的角度，可以设置整体式飘檐和复合表皮构造，保护外墙免受日晒雨淋，达到墙体耐候性效果。建筑屋面构造关键在于需要防水及隔热并重。在湿热多雨气候下，热涨冷缩容易导致防水层和保温隔热材料被拉裂变形，导致性能失效，屋面构造往往需要定期维修保养——从建筑设计的角度，可以通过如屋面隔热凉棚及屋顶绿化设计等措施，减少屋面暴晒雨淋下的热涨冷缩变形，从而保护屋面的耐候性效果。华南地区防白蚁防虫蛀、霉变等现象，除了避免在潮湿、高温环境使用易腐蚀材料——从建筑设计角度，保证空间良好的通风采光和温湿度条件，是预防室内环境材料霉变腐蚀的重要措施。因此，确保每个房间的自然通风采光条件也成为了岭南地域建筑的设计传统。

当代绿色建筑背景下的材料技术发展，区别于传统建造技术，对材料使用和构造性能要求大大提高，也导致耐候性问题日益突出。在应用推广过程中，往往缺乏设计师的协同支持，性能很好的材料往往耐候性达不到要求，影响推广使用；在建筑耐候性研究上，往往关注了单一材料的耐候性性能，缺乏针对材料连接、材料混合使用及构造节点的耐候性分析；在绿色建筑产业化中，产业化部品的构造连接耐候性、可靠性设计问题非常突出；由于设计原因导致建筑构造中不同耐候性和寿命期的材料不当使用，维修及替换材料时导致无须更换部件被迫拆除造成浪费，等等。

在亚热带气候条件下，建筑材料构造的防水、防潮、防变形、防腐蚀等问题，关系到建材寿命和建筑使用质量，并直接影响绿色建筑物的实际运行性能。因此，建筑师在关注材料构造艺术效果的同时，也需要学会通过设计确保构造的耐候性，以及通过设计手段变通解决材料耐候性保护问题。

5 结语

华南地区亚热带是一种极富挑战的气候环境，特别在绿色建筑发展的大背景下，对建筑设计行为提出了更高的要求。建筑师需要从全方位了解气候对建筑人居环境带来的影响，开放专业边界，回归设计本体，关注根本问题，运用设计智慧创造可持续建筑环境。区别于既有建筑物理技术的研究评价角度，建筑设计的整合性思维有助于绿色建筑在决策前端做出合理分析和综合判断，从而实现绿色建筑的最大化效益。本文仅关注于亚热带地区绿色建筑气候适应性设计的关键问题，并对笔者认为建筑师应当重点关注的问题进行了讨论，希望可为其他气候区的绿色建筑气候适应性设计提供参考。

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6 结合立体景观与水循环系统的建筑雨洪管理系统示意（1，2，5，6图片来源：作者自绘自摄）

注释

1）《中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》2016年2月21日印发，《意见》提出：按照“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针，突出建筑使用功能以及节能、节水、节地、节材和环保，防止片面追求建筑外观形象。

2） 详细研究内容参见笔者文章：《岭南传统建筑气候空间的尺度研究》，肖毅强、刘穗杰，生态城市与绿色建筑，2015年夏季刊，P73-79。

参考文献

［1］ G.Hauseladen. M. de Saldanha. P. Liedl. Sager C: Climate Design. Basel 2005.

［2］ 宋晔皓. 王嘉亮. 朱宁. 中国本土绿色建筑被动式设计策略思考［J］. 建筑学报. 2013（07） 94-99.

［3］ 肖毅强. 刘穗杰. 岭南传统建筑气候空间的尺度研究［J］. 生态城市与绿色建筑. 2015（03）.

［4］ 肖毅强. 基于可持续性的地域绿色建筑设计研究思考［J］. 城市建筑. 2015（11） 21-24， 73-79.

［5］ 萧蕾. 风景园林耐候性的研究缘起与进展［J］. 南方建筑. 2014（03） 44-46.

Tinking the Essential Problems of Climate-adaptive Design of Green Building in Subtropical Regions

Abstract:This paper advocates the strategy of green building design prior to climate adaption， in the way that architects can root themselves in the nature of design to inherit traditions and create new form with vernacular characteristics. Tis paper focuses on green building design in subtropical zone and summaries experiments of climate adaption design in Ling-nan area， then thinks on essential problems of climate adaption design from three aspects: 1）thermal comfort design adapting to daily climatic conditions，2） design of resilience adapting to catastrophic climatic conditions， 3） weather resistance adapting to long-run condition. Te results can provide references for discovering green building design strategies in regional climatic conditions.

Keywords:green building， subtropical zone， climate adaption， climate space， resilience design， weatherability design

作者单位：华南理工大学建筑学院

收稿日期：2016-05-31