高建筑品质的被动房设计策略研究

李旖旎，陈浅然

（1、广州大学建筑与城市规划学院 广州510006；2、广东建科建筑工程技术开发有限公司 广州510500）

0 引言

随着人类文明的继续演进，地球的生态环境所遭到的伤害日益严重，全球变暖已成为人类诞生之后所需解决的最重要问题和最大挑战。在这一严峻的大背景下，建筑——作为人类在恶劣自然环境中进行自我保护、生存的发明物，也逐渐随着世界环境的变化而做出相应改变。建筑开始谋求“绿色”之道。

在1970 年左右，在能源危机和环境危机的威胁下，建筑业逐渐开始注重节能问题，并在当时一并产生了被动太阳能建筑、低能量建筑、可持续建筑、生态建筑和地方建筑等类型的节能建筑，这些建筑都在践行着可持续发展的概念。此期是最早使用“被动”一词来定义建筑类型的时候。“被动”的英语意思是“服从”，并具有适应自然的含义。可以说，正是由于人们对能源的关注，“被动”一词才被清楚地用于定义建筑物的类型。

然而，在恪守技术标准时，建筑设计却有时不免落于一味追逐技术指标的误区，而忽略了传统意义上建筑学所需要考虑到的因素，如空间质量、建筑美学等“建筑品质”的问题。

如今，建筑更多地被赋予了“绿色”与“可持续发展”的期望，绿色建筑技术也愈加成熟——这对建筑如何更适应当下地球与社会环境十分重要，但我们也必须明确地认识到，完全考虑技术先进性而不考虑空间及形体等“建筑品质”因素的建筑，是不能真正在人类社会中“可持续”的。因此，“如何设计出高建筑品质的被动房”，对当代建筑设计发展而言，仍是一个重要的命题。

1 被动房的认证标准及主要技术措施

1.1 被动房的认证标准

“被动房（Passivhaus）”，是由德国物理学家Dr.Wolfgang Feist 提出的一个建筑技术领域的名词，指不使用供暖设备、冷却设备等机械措施，而是通过自身的合理设计有效利用太阳和周围自然环境的能量，来达到舒适的冬季及夏季室内环境的类型建筑。1996 年，被动房研究中心（PHI，Passive House Insti⁃tute）在德国达姆施塔成立，随后，关于被动式房的认证评估标准也在德国面世［1］。被动式住宅应满足以下几个基本条件：采暖能耗水平不得超过15 kWh/（m2·a），每年的能耗合计值（包括空调、采暖、照明、生活用水、家电等方面）不超过120 kWh/（m2·a）［2］，热负荷小于10 kWh/（m2·a），气密性不超过0.6/h。

1.2 被动房的主要技术措施

在现有“被动房”项目中，建筑技术的专业人员主要着眼于解决“被动房”热损失方面的问题，主要从以下4个方面的措施进行问题的解决：

⑴对建筑围护体系的保温能力进行增强

建筑围护系统主要有外墙、屋顶和外窗这三部分。“被动房”设计和施工过程中，最需要设计与施工人员加以重视的一个问题，便是“加强围护体系的保温能力”［3］。围护体系的主体是建筑物的外墙和屋顶。目前欧洲的“被动房”建筑中，xps 挤塑聚苯乙烯板材和岩棉是最常被用于外墙和屋顶的绝缘材料。为了满足“被动房标准”，所用的2 种材料的厚度都非常大。

⑵对建筑的气密水平进行提高

“被动房”中，室内外的空气交换是可调控的机械设备系统来保证实现的。在“被动房”的定义和标准中，建筑物的密封性能非常重要［4］。良好的密封性能除了能保证建筑物热量损失的减少外，还能控制室内环境的湿度，并且还能对建筑结构进行一定程度的保护。在“被动房”建筑的设计中，许多窗扇是固定的，人们一般不能将其打开。而那些可开口的窗扇，在处于关闭状态时，也需要达到比较高的气密程度。

⑶使用送新风机械设备并进行热回收

在“被动房”建筑中，“新风量”是需要通过机械通风这一手段来达到指标［5］。利用建筑的机械排风系统，“被动房”对室外新鲜空气进行预热后送入建筑物中，在保证室内热量的同时，为建筑内部输送足量的新风——这是实现“被动房间标准”的关键技术之一。现有数据表明，使用了换热器的欧洲建筑，在冬季时的热回收效率很高，热回收水平大致位于75%～90%区间。因此，传统建筑在冬季通风、换气时所遇到的热损失问题，在“被动房”建筑中得到了很大程度的解决。

⑷低热负荷的采暖方式

使用太阳能是最常见的低热负荷采暖方法［6］。“被动房”标准下的建筑物，可以在被动式太阳能房屋设计或建筑立面设计的帮助下，从外界获取热量，让足量的阳光直接照射到建筑物的内部，其中一部分也可用于采暖。

2 建筑品质的基本概念及组成要素

2.1 基本概念

按照康德在《判断力批判》［7］中的阐述，“建筑品质”是指——在建筑设计和施工中，物质基础（包括材料、工具、力量等）与人为因素（建筑师或工匠）在参与物质活动中投入的能量和情感相结合的结果呈现。这些成果可被体现在方方面面，而相对纯粹理性的技术指标，这些成果同样侧重于“美”的体现。本文所论的“建筑品质”，也是以美学为基础的“建筑品质”，与技术、环境、艺术、心理相关，而具有高建筑品质的被动房则应在以上四部分都表现出色。

2.2 建筑品质的组成要素

2.2.1 技术

从方案设计到施工阶段，建筑都无法与技术指导划清界限。在建筑设计过程中，无论是设计师还是工程师，都应充分考虑建筑物建成所需要的技术条件。同时，建筑技术也渐渐趋向于在保证“硬指标”的同时，促使建筑本身更具美感。技术已渐渐成为建筑品质中不可缺少的一部分［8］。

2.2.2 环境

建筑的高品质在于建筑物能与周围环境浑然一体，也在于建筑物能反映自身所处地区的文化背景和意识形态。不同的民族、不同的历史时代、不同的地区，他们的建筑都应有不同的表达、演绎方式。一件优秀的建筑作品，能够把握城市空间系统中自然环境与人为因素之间的逻辑，在升华历史文化价值的同时，增强生活环境的艺术性。

2.2.3 艺术

建筑品质是功能美、形式美和技术美的有机统一，高水平的建筑品质离不开得当的建筑艺术。

⑴情感和精神是所有美丽和艺术的基本元素。合理地对情感和精神进行表达，让身处其中的人们感受到心理上的共鸣或呼吁、抗争......该建筑作品才有资格被称为是一件高品质的建筑作品。

⑵同时，高建筑品质的“被动房”，亦应体现建筑形式美的基本原则，不应只顾及技术的参数，而完全不遵循建筑形式美的法则。

2.2.4 心理

海德格尔说：“结构或形式的奢华和夸张造成了‘亲密’的缺失”。因此，考虑到建筑中用户的心理感受是非常必要的，盲目追求建筑功能的合理性是片面的。在这一层面上，建筑师斯卡帕做得非常出色。他非常重视建筑美感和人文心理。对建筑细节进行美学上的细致处理，并基于他对人性的深刻思考，在具体部位上进行相应的设计。在他的建筑作品中，即使是地板，也必须被细致地进行过人体尺度上的考虑，并必须富含一些独具匠心的设计概念。他设计的建筑让人们更愿意接近，并更容易产生亲切感。

3 高建筑品质的被动房实例分析：某超低能耗建筑主题馆

某超低能耗建筑主题馆位于河北高碑店列车新城。在主题馆被建造前，所处地块被一片小杨树林覆盖，环境优美，自然资源优越。因此，在设计之初，到现场进行勘察后的设计师便设想这一展厅能成为1个与周边环境浑然一体的建筑物——隐于环境，与环境共呼吸。

3.1 结合地形、地貌及景观实现被动房的高建筑品质

基于场地原有资源，设计师们在提出初步方案之时便确定了2个设计理念：“与自然成为整体”及“可持续发展”。不同于现有的被动房设计，该超低能耗建筑主题馆并没有执着于对漂亮的绿色建筑技术指标的追求，而是将绿色建筑技术融于对建筑品质的打造中。如前所述，被动房建筑具有严苛的热量方面的要求，基于此标准，建筑师们将展示馆北面的高差进行了削减，使之与建筑自然相接，主体馆仿佛从坡地中生长出一般。建筑对南侧的小广场呈“打开”的态势，从侧面看，整个建筑犹如一个不断从南侧吸收资源与景观的吸纳器，而这一形态与目的，由整个南面的玻璃幕墙来实现——冬季里，得以最大化地收集热量（见图1、图2）。通过这种方式，外壁的散热减少，加热空间的体积也减小，传统的外围保护技术战略被取代；此外，从建筑空间层面而言，建筑师们通过对高差的巧妙利用，打造了中庭的大台阶，使室内外、一二层以及人工与自然之间的界限模糊，使建筑在实现技术方面追求的同时，在建筑空间上亦达到了“与自然成为整体”的设计目标。

图1 建筑北侧压低到景观土坡里Fig.1 Reduce the Height of Sloping Land

3.2 结合自然采光实现被动房的高建筑品质

主题馆的主展示厅有着一个光线条件极佳的“阳光中庭”。网格天窗在自然光的照射下，在中庭绿植中投下了斑驳而明亮的光斑，营造了极具诗意的中庭空间（见图3）。

3.3 结合通风设计实现被动房的高建筑品质

在新风系统的帮助下，新风由北走廊和中庭台阶侧等低处供给，在使用过程中逐渐升温，向上移动，最后利用热压的基本原理从房间南侧最高处返回，形成室内风环境的组织；南侧的整体玻璃幕墙可以通过所有面积，充分吸收太阳热量，在冬季，通过“太阳能”这一可持续能源为建筑室内进行加热；在夏季，使用联合百叶窗进行热量防控。中庭顶部的天窗，则在日间对太阳光进行吸收，在晚间为建筑实现通风——成为该低能耗主题馆的昼夜调蓄器（见图4）。

图3 阳光中庭Fig.3 Sunny Atrium

图4 通风策略Fig.4 The Natural-ventilation Design Strategies

3.4 案例小结

通过建筑师的精心设计，该超低能耗建筑主题馆不仅保证了高建筑品质，还达到了德国被动房的标准，成为亚洲第一个获得被动房屋认证的项目。对于整个建筑团队来说，本项目最大的意义在于，虽然被动住房的标准严格，但建筑师也没有拘泥于对绿色建筑技术指标的盲目追求，而是在“与自然成为整体”及“可持续发展”的设计理念指导下，将被动房的建筑品质积极地与绿色建筑技术相适应。

4 高建筑品质被动房的具体设计策略

基于上文中对“被动房”标准、“高建筑品质”的建筑所具备的特征，以及1 个高建筑品质被动建筑的案例分析，可以得到以下的高建筑品质被动房设计策略：

4.1 策略一：从“所处场地”层面实现被动房的高建筑品质

4.1.1 从地形、地貌层面进行设计

在实际的被动房设计中，往往建筑师和工程师会面临着对较为复杂的地形和地貌问题的处理。然而，对于一些被动房设计项目而言，复杂起伏的地形不仅不会给建筑师带来麻烦，而且可以在建筑师的精心设计后，呈现出优美的建筑造型和场地景观，以实现绿色可持续发展。当遇到此类情况时：

⑴应尽量减少对建筑物所在的原始地形进行破坏，以降低平整场地带来的投资和建筑量，也可利用场地的生态景观为建筑的外部创造优美而和谐的场地环境；

⑵在特殊情况下，当场地地形及地貌需要被大幅度改造时，建筑师和工程师应在工程结束后采取适当措施，对场地环境进行恢复，从更大层面上来说，这样的措施可以避免过度的土地开发造成对整个城市环境的破坏。

4.1.2 从景观层面进行设计

对于被动房设计而言，其周遭的绿色建筑场地植物系统配置应遵循以下原则：

⑴植物系统对所处地域的适应原则；

⑵植物群落层次的合理布置原则；

⑶生态恢复和生态重建相结合的原则。

4.2 策略二：从“建筑本体”层面实现被动房的高建筑品质

4.2.1 从建筑空间层面进行设计

⑴通风设计

国内外许多建筑都在通风设计方面探索提高建筑品质方面的创新，主要体现在结合建筑所在区域的地理环境和气候特征，在建筑空间上下功夫，设计出各种通风形式。本文所要论述的通风设计打造高建筑品质的被动房的做法有表1所示的几种。

⑵自然采光

从表面上看，光的引入只是一件很简单的事情，但实际上，要达到好的效果，需要精心通过对各种功能和美学因素的结合来规划，使“被动房”既能满足节能环保的要求，又能满足人们的审美需求。被动房的自然采光技术主要有3种：天窗照明、通过空间设计改善采光和使用透光材料改善采光情况。

①天窗采光

在合理控制的前提下，被天窗引入的光线可让人充分感知建筑物的内部空间。把握天窗的形式特征，充分展示，能创造出建筑造型的设计需求和艺术表现。

为什么陈油坊葡萄产业能够发展如此之好呢？沛县葡萄产业协会会长聂建军解释说，只有好的产品才能在竞争如此激烈的市场上站住脚，农产品如此，肥料也是如此。想要种出高质量葡萄，需要科学管理模式、绿色生态种植理念和合理控制产量。此外，肥料使用尤为重要。

②空间设计

合理的光线引入可以增强建筑风格的立体感，增强艺术性。通过对光线强度的细微变化设计，即使是要求严苛的“被动房”，也能拥有不同层次与质感的空间。而从空间设计对高建筑品质的被动房自然采光进行设计，需要从以下3个方面着手：中庭、灰空间（如架空层、阳台等）、地下空间。

③使用透光材料

现代主义建筑中，建筑外立面中的玻璃等透光材料，被认为是建筑融于自然环境的重要媒介，亦是营造良好建筑空间的重要因素。而为了平衡节能与空间设计，保温性能良好的三层Low-e 玻璃窗则是高建筑品质被动房必不可少的一部分。

4.2.2 从材料运用层面进行设计

材料是建筑活动的物质基础，一方面材料构成了坚固、实用的物质载体，另一方面材料呈现出的形态、质感、颜色又直接外化成为工艺表现的一部分。材料的选择和应用能直接地影响被动房的建筑品质。

从宏观来看，建筑活动中最常见的材料主要分为自然材料和人工材料2种。自然材料是手工艺时期的主要建材，泛指直接取材于自然的建筑材料，如土、木、砖、石等。人工材料指经过工业生产或加工的建筑材料，如混凝土、钢铁、玻璃等。

当进行高品质的被动房设计时，建筑师运用建筑材料应留意以下方面：

⑴对于自然材料：注意材料艺术的“真实性”、使用与当地特色契合的材料；

⑵对于人工材料：注重人的感受、适当表现技术的精美。

5 结语

被动房在建筑技术层面的要求十分严苛。但当代建筑师应意识到，对被动房进行打造时，如若希望打造出真正能被使用者所喜爱、真正“可持续”地被使用的建筑，不应紧抓技术指标不放，而应从建筑品质的不同组成因素——技术、环境、艺术和心理等出发，考虑建筑使用者对建筑在精神层面的“美”的感知，结合各类被动房标准，设计出既“绿色、被动”又“高品质”的建筑。经过分析、研究，笔者认为，建筑师们在进行高建筑品质的被动房设计时，可以使用2大设计策略：①从“所处场地”出发，实现被动房的高建筑品质——即充分对场地现有的地形地貌及景观资源进行设计；②从“建筑本体”设计层面出发，实现被动房的高建筑品质——即从建筑内部空间及建筑材料层面进行设计。如此，可使所设计出的建筑既满足“被动房”的标准，又能呈现出较高的建筑品质，使“被动房”得以与人类对“建筑美”层面的心理感受相结合，真正地实现“可持续”。