基于气候适应性的岭南地区绿色建筑低碳设计策略

2023-11-22杨韶馨

广东土木与建筑 2023年10期

杨韶馨

（中誉设计有限公司广东清远 511518）

0 前言

“碳达峰”和“碳中和”目标的提出，给我国实现高质量发展提出了更为严峻的考验。建筑作为三大终端消费之一，碳排放占CO2总排放量的1/4［1］，绿色低碳化设计是我国绿色发展的重要一环。

风、光、热、湿是气候的基本元素，不同元素有不同存在的方式，且受到地理位置、地表形态和人类活动的影响。岭南地区气候湿热、多雨，夏季持续时间长，冬季暖润温和，夏季制冷需求多，导致建筑能耗高，对绿色建筑的发展提出了严峻的挑战。基于该气候适应性的通风隔热与遮阳技术的发展和应用也成为彰显岭南现代建筑的鲜明特色［2］。尤其是在居民对高质量生活要求和“双碳”目标的双重形势下，对岭南地区的绿色建筑发展提出了更高的要求［3］。如果建筑项目在规划-设计-运行全生命周期开展节能技术，即针对岭南地区亚热带气候区，从建筑空间布局形态开始，到建筑设计，再到运行时的被动式节能设计措施和当地居民使用行为等，则会更有效的推动绿色建筑低碳化发展。

绿色建筑是城市、能源、自然的高度协调，是人与自然共同发展的必然路径［4］。在此过程中，需要专业人员不仅要有低碳化的思维设计模式，还需要对当地的气候、生态和行为习惯较为熟稔，才能把绿色建筑低碳化贯彻其中［5］。

围绕绿色建筑各方面，学者进行了大量的研究，刘刚［6］总结了绿色建筑材料的应用现状以及节水、冷屋顶、最低新风等节能技术；田慧峰等人［7］介绍了国内绿色建筑的相关标准、政策，旨在鼓励政府、开发商、施工单位等对绿色建筑重视，推动绿色技术和产品的应用；汤文健［8］从建筑的全生命周期出发，参考《绿色建筑评价标准：GB/T 50378—2006》，得到不同星级下的绿色建筑增量成本，与总投资比较后选择项目的绿色建筑技术，从技术和经济两方面考虑绿色建筑的设计实践。

针对夏热冬暖地区绿色建筑发展方面，李东和［9］在充分考虑气候因素条件下，把研究重点放在被动式建筑与设计策略上，主要有建筑体形复杂化，建筑间距以节能为原则，采用天庭、天井等加强建筑通风，设置遮阳设施，此外还有建筑围护结构和资源利用等方面的建议；黄惠菁［10］基于岭南气候，探究了不同形式的遮阳构件及其与光伏发电技术、再生水蒸发、太阳追踪自动遮阳、防眩光等技术的综合应用；此外，岭南地区空调能耗占到建筑总能耗的一半以上，对建筑空调形式和管理必不可少。杨虎等人［11］探讨了广州某教育建筑空调采用温湿度精确控制和探测是否使用的控制空调开关的措施。

本文基于地块建筑的全生命周期，即从规划开始，到设计到后期运行的空调系统形式等，通过调研不同阶段已有建筑实例和发表的文献等，全面梳理适应于岭南气候的各项绿色建筑技术，为后续绿色建筑技术的实际应用提供参考。

1 建筑形态布局

1.1 形态布局概念

顾名思义，建筑形态布局即建筑与建筑、周围环境形成的样式。通过基本形态设计进行建筑周围气候调节是绿色建筑设计方法的内涵之一。

建筑形态的设计体现在3 个方面：①要体现对土地的最佳利用，不浪费土地资源；②要建造适应于当地气候的建筑形式，在岭南地区要特别注意通风、遮挡和采光三者之间的平衡；③体现建筑与人的交互，即居民与外界的通达性，保证居民生活便利。

因此，不同气候区和文化地区的建筑形态千差万别，如图1所示。

图1 不同气候区建筑形态Fig.1 Architectural Forms in Different Climate Zones

1.2 形态布局设计策略

从广义来说，形态布局不仅考虑建筑与周围环境的和谐、节约能源，还要表达出人文情怀，Serge Salat博士［12］对巴黎的始建于19 世纪中叶的奥斯曼式建筑情有独钟。

奥斯曼式建筑在自然光可利用率、被动空间占比、街区的可达性和连接性，都表现得极为优越，实现建筑、环境、人和谐统一，如图2所示。

图2 巴黎奥斯曼式建筑形态Fig.2 Paris Ottoman Architectural Form

岭南地区的通风带走建筑聚集的大部分热量，在设计形态布局时要注重通风走廊的形成。胡显军［13］对岭南旧街区进行微改造时，重新梳理了形态肌理，提出了对堵塞通风的建筑构件进行拆除，以还原街区原始的气候适应性肌理，如图3所示。

图3 街区肌理疏通［13］Fig.3 Street Texture Dredging

增强通风的方式不仅表现在平面布局，还可以在垂直方向上，形成上下相通的楼井，更符合用地紧张以高层建筑为主的现代城市设计，如图4所示。

图4 天井内院疏通与优化［13］Fig.4 Drainage and Optimization of the Courtyard

除了建筑布局、空间结构之外，形态设计还包含其他建筑构件，比如雨棚、遮阳，在岭南地区不仅要应对多雨天气，还要抵挡炎热酷暑。

从上面的分析可以看出，形态布局的设计重点在于适应气候从空间的横向和纵向两个维度，围绕通风和遮挡两个核心开展。具体的设计策略为平行于主流风速形成通风廊道，竖直方向设置天庭、天井对建筑抽风；平面布局沿用传统骑楼的方式设置遮挡构件、楼与楼间隔设置雨棚，竖向空间在中段形成架空、空中庭院，既能贴近自然又能节约能耗（见图5～图6）。

图5 街巷改造增加绿化和遮阳设施［13］Fig.5 Greening and Shading Facilities in Street Space Design

图6 建筑架空示意图［13］Fig.6 Building Overhead Schematic Diagram

2 建筑设计

结合当地气候条件，通过设计可以改变建筑空间功能、使用者行为，达到满足居民对生活空间的要求和减少能源消耗的目标。

建筑设计的绿色低碳策略主要为抵抗湿热气候进行建筑的被动式设计，减少建筑人工环境的耗能。沈驰［14］提出了5 种以空间塑造引导行为的绿色设计策略，总结如下：

⑴利用自然采光和自然通风减少对能源依赖，具体措施是把建筑“切薄”，让建筑与周围环境的接触面增加，充分利用自然光和通风。这种方式增加了建筑的体型系数，在以制冷为主的岭南地区比较实用；

⑵公共空间室外化，减少能源使用，这要是针对非主要使用的公共空间，比如大堂、中庭、走廊、电梯厅等，可采用架空的状态营造阴凉的环境，与岭南地区传统骑楼设计有异曲同工之妙，还可以增加与室外的交互，体现建筑的开放；

⑶创造“冷巷”，加强自然通风，这是传统岭南建筑塑造环境的精髓，岭南地区湿热，通风甚至比遮阳、隔热更为重要，既可以带走建筑热量，还可以作为空调新风的来源，减少能源的使用，同时传承历史建筑风格；

⑷围护界面机动设置，应对不同季节气候的变化，比如报告厅正面墙采用转门，气候舒适的时候，转门打开，与外界的绿植相连，不仅身心愉悦，还可以减少机械通风消耗的能量，遮挡组件的灵活应用，冬季增加太阳辐射，夏季减少室内得热；

⑸消极空间的再造，犹如废弃物再利用，疏散楼梯使用频率低，如果不放在核心筒，而是与外界相通，且覆盖通透的遮阳格栅，就可以更加吸引使用者上下楼，不仅可以消食交谈，还减少电梯的使用频率。

贺珉［15］在针对夏热冬暖地区办公建筑绿色设计中，把建筑的通风当成重点，设置拔风井尽量增加建筑的引风，此外，围护结构的灵活设计以应对气候变化，生态设计增加建筑空间的自然气息，空调系统应用可再生能源等设计策略也值得借鉴；李鑫强［16］在建筑设计中提出设置退台式独立露台，增加立体绿化突出遮阳，被动式设计中采用倒置式屋面和外墙保温系统，注重门窗节能设计减少能耗。

在建筑设计方面，为适应亚热带气候区，要充分发挥被动式建筑设计优势，包含建筑外形设计充分利用自然光和通风；建筑功能布局优化与自然环境和谐互动；遮挡和隔热构件合理设置，减少室内得热；灵活设置部分构件，增加建筑空间的多样性等。

在对清远民族工业园企业生产发展基地进行改造时，从3个方面进行设计（见图7）：

图7 清远工业园区建筑形态和布局Fig.7 Architectural Form and Layout of Qingyuan Industrial Park

⑴ 项目地形与建筑体量和周边建筑肌理相结合，建筑之间布置绿化及活动空间，把建筑体量解构为更小的基本型，建筑与自然更为和谐，消除建筑对城市造成的压迫感；

⑵工业园区建筑体量大类型多，建筑形态和布局以人为本进行设计，将办公综合楼置于沿街面反映企业文化和生活气息，办公综合楼弧线设计以增加地标性，把建筑分解为有趣的基本形体，形成了一系列的绿化花园，满足人们的生活和工作需求；

⑶在为建筑遮挡阳光的同时，使它能受到盛行风的吹拂，让建筑获得良好的遮荫通风效果。屋顶具备太阳能板和隔热设计，有助于实现可再生能源的目标。同时，设计对于整体水资源管理与景观美化进行了规划，以保护和恢复本地植物群落。

3 空调策略

3.1 现有状况

岭南地区暖通空调消耗的能源占到建筑总能耗的一半以上，绿色建筑设计绕不过暖通设计。暖通系统包含供能、通风和空气调节3个方面，在岭南地区主要是通风、去湿和制冷。

苏海东［17］针对建筑装修阶段，提出了在低碳背景下空调系统应采用太阳能技术、变频技术、绿色材料技术和能源分析与循环利用技术的建议；贺珉［15］提出不同功能区空调分区设计、空调风系统要注意热回收和地板送风、空调水系统种要数字化调节等措施。学者对以上空调系统措施的研究已经很多，下面以岭南地区气候为背景，着重强调的空调节能措施。