基于被动式设计策略的寒地住宅设计探索*<br/>——以长春市某小区住宅设计为例

基于被动式设计策略的寒地住宅设计探索*
——以长春市某小区住宅设计为例

2016-09-08汤仁赫韦宝畏

甘肃科技 2016年10期

苏　鹏，汤仁赫，韦宝畏

基于被动式设计策略的寒地住宅设计探索*
——以长春市某小区住宅设计为例

苏鹏，汤仁赫，韦宝畏

（吉林建筑大学建筑与规划学院，吉林长春130118）

被动式建筑设计是现代建筑设计研究领域的重要课题。在分析长春地区气候特征的基础上，通过住宅朝向的选择、体形系数的控制、群体布局的形式和户型设计等方面探讨了被动式设计策略在寒地住宅规划设计当中的应用，以期能为寒地其它地区居住建筑的设计提供有益借鉴。

被动式；寒地；住宅设计

随着科技的发展与社会的进步，人们对于居住环境品质的要求不断提高，住宅设计的理念也由最初的“安全、适用、经济、美观”逐渐向“绿色、环保、低碳、节能”转变。这极大地促进了被动式建筑在我国的发展与应用。被动式建筑设计是指建筑方案设计过程中，根据建筑所在地的区域气候特征，遵循建筑环境控制技术的基本原理，综合建筑功能、形态等需要，合理组织和处理各建筑元素，使建筑物具有较强的气候适应和气候调节能力［1］。这种建筑可以用非常小的能耗将室内调节到合适的温度，不仅符合现代住宅设计的理念，而且有利于节能环保，是现代建筑设计研究领域中的重要课题之一。

图1　地段位置示意图

笔者拟以长春市朝阳区前进大街以西，湖光路以南，前进西街以东地段（如图1所示）的住宅规划设计为例，探讨被动式设计策略的应用，以期能为东北寒地居住建筑的被动式设计提供有益借鉴。

1　长春地区的气候特征

长春地处中国东北平原腹地，地势平坦开阔，属北温带大陆性季风气候区，在建筑气候分区上属于严寒地区的范围。气温自东向西递增，降水自东向西递减。春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长，具有四季分明，雨热同季，干湿适中的气候特征。长春市年平均气温4.8℃，最高温度39.5℃，最低温度-39.8℃，日照时间2，688小时。夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。年均降水量522～615亳米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最热月（7月）平均气温23℃。秋季，可形成持续数日的晴朗而温暖的天气，温差较大，风速也较春季小［2］。气温和风环境对寒地住宅设计影响较大，直接影响到建筑朝向的选择。因此，从住宅建筑节能基本要求出发，运用被动式建筑设计策略，营造良好舒适的室内环境就成为当地住宅设计所必须考虑的重要问题。

2　被动式设计策略在住宅设计中的应用

通过对长春地区气候因素的分析，形成了住宅建筑被动式设计的基本思路。即，通过选择利于节能的建筑朝向，再结合日照间距要求对住宅布局进行设计。针对热辐射量、建筑围护结构热工性能、建筑围护结构面积、室内外换气量等影响住宅能耗的基本因素，对住宅体型系数进行控制和优化。同时，通过住宅室内设置阳光房增加缓冲空间以及将阳光房、竖厅、开敞厨房设置成南北一线式组织穿堂风的方式，对室内外换气量进行控制。

2.1朝向的选择

住宅建筑朝向的选择首先应考虑冬季能争取更多的太阳辐射热和夏季防止过多的太阳辐射热，同时考虑避开冬季寒风和便于夏季通风散热的要求。前文提到长春地处严寒地区，因此，建筑朝向的选择必须考虑住宅能够充分获得冬季日照同时避开冬季寒风的渗透这个关键问题。通过计算，笔者得出长春地区夏季得热最多的朝向为西偏北10.14°或东偏北10.14°。因此，为减少夏季长时间的日晒，宜使住宅山墙朝向西偏北10.14°或东偏北10.14°。同时，应考虑尽量避开冬季主导风向——西北风，以减少建筑空气渗透热量，而选择朝向夏季主导风向——东南风以利于建筑散热通风。基于对住宅得热和通风的综合权衡，笔者认为长春地区居住建筑朝向宜选择南至西偏南10.14°或南至东偏南10.14°之间。再者，考虑到严寒地区避开冬季寒风——西北风为基本设计要求，故该地区住宅建筑最佳朝向应确定为东偏南10.14°比较合理（如图2所示）。这个朝向虽说解决了避开冬季寒风的要求，但对夏季良好通风散热效果的取得稍显不足，为此需通过其它方式加以解决。可见，在设计实践中建筑朝向的选择需要运用整体系统思维，与其它因素一起考虑以权衡利弊，片面的追求最佳建筑朝向，并不能取得良好的效果。

图2　住宅朝向选择示意图

2.2体型系数的控制

由于地段条件的制约，规定该小区住宅为6层。根据《严寒、寒冷地区居住建筑的体形系数限值表》（见表1）可知，该小区住宅体型系数不宜大于0.30。考虑到本小区住宅为6层，可不设电梯，故建筑高度以17m为宜，长度则以长春地区建筑伸缩缝间距规定设置为60m为宜，由此可大致推算出住宅宽度宜大于9.6m。

表1　严寒、寒冷地区居住建筑的体形系数限值表［3］建筑层数

该小区最终设计的住宅高度约为17m，长度约为44m，宽度约为12m。将其代入上面建筑体形系数公式，可计算得出该小区单体住宅体型系数约为0.27，符合规定值，说明该住宅体型较为平整，十分有利于冬季保温。

2.3群体布局的形式

影响建筑群体空间布局的气候因素主要有风向、日照、气温、降雨或降雪。通常来讲，住宅群体平面组合形式主要有点群式、行列式、周边式、院落式、混合式、自由式等六种基本方式［3］。考虑到长春地域气候的特殊性，为保证居室日照时间满及良好通风，故一般选择行列式或自由式布置。行列式布局形式极易在建筑背风面形成风阴影，通风不畅，虽对冬季防风作用显著，但难以满足建筑夏季通风要求。自由式布局形式可使建筑与室外风向形成不同夹角，避免住宅区内室外风环境的不均匀性从而降低热损失。但须引起注意的是，布局开敞的自由式空间不利于冬季防风。所以，在夏季主导风向的上风向处布局尽量开敞，而在冬季主导风向的上风向处将建筑群体布局尽可能封闭［4］。

本设计住宅层高2.8m，所以建筑高度约为17m。根据《长春市生活居住建筑日照管理暂行办法》第十六条规定，笔者计算得出日照间距应在33m以上。在此基础上，本设计将住宅在场地东南向布置成自由式布局，在西北向布置成行列式布局，如图3所示。这样既利于夏季通风又利于冬季保温，一举两得。

图3　总平面示意

2.4住宅户型设计

严寒地区的建筑节能核心是在降低冬季采暖能耗基础上兼顾夏季降温要求。其中，热环境需求量和采光量是影响房间布局的主要因素。卧室是主要居住空间，而起居室是除卧室之外的第二活动空间。它们对热需求和采光需求较高。而厨房、卫生间对室内釆光要求相对较低。综合分析可知，居住空间的主次排序为：主卧室、起居室、次卧室、卫生间、厨房。因此，在户型设计中宜将卧室和起居室集中布置，厨房和卫生间集中布置。根据以上原则，笔者对户型进行了如下设计，将起居室和主卧室朝南设置，并将厨房、餐厅、起居室三室相串，且增加室内花园作为缓冲空间，最后将卫生间布置在次要方位的角落处。此外，A户型中北向的卫生间设计成三分离式布局，将使住户的生活舒适性得到一定提高。如图4所示。

图4　户型设计

在通风设计方面，如果在南北方向上沿同一轴线对开风口时，风会沿着直线运动，此时气流活动比较明显，风速较大，而且在偏离轴线的地方气流量非常小。当进风口和出风口之间的距离加大时，风压差会因此而加大，在室内空间容易形成絮流，房间内的空气沿着四周的墙体而环流，避免了通风死角的形成［4］。因此，可将室内花园（阳光间）、客厅、餐厅、厨房进行一线式布局，组织通风形成穿堂风并带动两侧房间的通风，此外，门窗洞口的高度也是影响住宅室内空间气流的一个重要因素。通过将客厅窗洞口高度控制在人正常坐卧的高度附近，即离地高度不大于卧室窗台高度。这样，气流的活动范围在住户活动范围内，起到通风效果。

考虑到长春冬季严寒的气候特性，笔者在户型设计中引入缓冲空间的概念。这里的缓冲空间是为防温差过大而设置的特殊空间。一般而言，该空间中人的活动量较小，在住宅户型设计中，可通过将厨房和凹阳台稍作处理就能符合上述要求。将凹阳台改成室内花园，这样既提升了居者的生活品质又有利于冬季保温和夏季通风散热；把厨房的门做成大面积的推拉式玻璃门，由于厨房作业的短暂性和非持续性，故可选择合适的时间通过推拉门的启闭来控制室内的保暖和通风散热，并可将室内花园和厨房设置为一级缓冲空间，餐厅和客厅设置为二级缓冲空间（如图5所示），这样可使卧室与书房获得较好的保温效果。