基于被动设计理念下的住区建筑生态化对策探究

吴彦霖 张 凝

（1 甘肃农业大学工学院，甘肃 兰州730070；2 甘肃农业大学基建工程处，甘肃 兰州730070）

我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从20 世纪70 年代末的10%，上升到近年的27.45%，而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右[1]。国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右[2]。建筑能耗的不断增大，同时加剧了环境污染、生态恶化等，成为我国经济发展的屏障。

为了缓解和改善这种状况，我国政府采取了相应的措施。2000 年我国颁布了《建筑节能技术政策》；2001 年，建设部通过《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》首次明确提出了绿色生态小区的概念、内涵及技术导则；2001 年开始实行《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》；2001 年我国第一部生态住宅评估标准《中国生态住宅技术评估手册》出台，以可持续发展战略为指导，以节约资源、防污染、保护生态为主题，创造健康、舒适的居住环境，推进住宅产业的可持续发展。

但目前而言，国内的建筑生态节能水平还远低于国外，为此我们应加快国内建筑生态节能设计研究的步伐，建立适合国内建筑生态节能设计的思路与方法。

1 被动设计对于实现住区建筑生态化的作用

“人类住区”最初是指人类生存与发展活动的定居基地，随着社会的发展，它的涵义也在不断地丰富。自1976 年加拿大温哥华召开的联合国人类住区会议以后，“人类住区”的概念从最初的一个地理范畴发展到涵盖了人类定居生活的过程，以及与维系这一过程的社会结构的有机结合[1]。而“生态住区”则是对“人类住区”内涵的又一次丰富。

生态住区是以生态系统的良性循环为基本原则，以可持续发展为目标，根据当地环境和资源状况，通过合理运用建筑生态设计方法和生态技术，达到住区建筑环境与自然环境的和谐共生和良性循环，实现生态经济和社会效益的双赢。因此，它应是一种资源节约、技术绿色、经济适用、生态环保的体现人类可持续发展思想的人类聚居环境。

随着人们对居住要求的不断提升，建筑的体量和数量也随之不断增加，导致建筑的能耗越来越大。所谓被动建筑设计就是通过建筑设计本身，而非通过利用设备，达到减少用于建筑照明、采暖及空调的能耗。

如何在设计过程中有效降低其运营能耗，尽可能利用自然能源，是设计中面临的一个重要课题。被动式形态设计是建立在与被动技术有机互动的基础上，在不依赖人工能源的条件下，通过建筑布局、形态及环境的动态性相互作用，达到建筑与自然的有机协同，从而实现大空间建筑自身节能降耗，是实现住区生态化的有效途径。

2 基于被动设计理念下的住区生态化设计对策

2.1 .建筑总体规划布局

住区规划布局应从建设选址、建筑组合、建筑与道路布局走向、建筑方位朝向、建筑体型、建筑间距、冬季季风主导风向、太阳辐射和地形、地貌等方面优化建筑的微气候环境，为节能型住宅设计创造良好的基地环境。

2.1.1 建筑朝向

北半球冬季南向的太阳辐射照度最强，因此建筑坐北朝南布置有利于建筑的冬季得热。而在夏季，一天中太阳辐射最强的方向为东西朝向（见表1），但并非正东、正西方向，而是与东西方向上有个夹角。

表1 全国主要城市夏季太阳辐射照度

为此，在建筑选择朝向时,对于长方形平面的建筑,应使其外表面积最小的两个面即东西山墙面的法线方向与该不利方向吻合,易避免强烈的东、西晒，以利于建筑夏季防热。如北京的最佳朝向为南偏东30°以内，南偏西30°以内，而石家庄为南偏东15°。

2.1.2 建筑间距

建筑间距在满足日照的前提下同时要考虑自然通风，合理的建筑间距既要能满足建筑有充分的日照和通风，同时还应考虑节约用地，达到经济性与生态性的统一。

日本的藤田高司的利用风洞实验，根据不同的日照间距，测定了各排建筑物迎风面和背风面的风压系数差（如图1）。实验表明当D=2H 时，若风压系数达到0.5 左右，第三排后的建筑物将获得较满意的自然通风效果。经研究认为，建筑间距为前排建筑高度的2 倍左右，不仅可以保证日照，同时获得较理想的通风。

图1 建筑物迎风面和背风面的风压系数比较

2.1.3 住区建筑群日照与通风

我国大部分地区处于北温带，为了获得良好的日照，在选择了“坐北朝南”基础上还要考虑住区建筑群的相互遮挡。为此，在楼体排布的方案组合中，按以下原则挑选：充分利用和争取日照；合理组织气流，引导住区内部的自然通风，从而减少夏季炎热地区的制凉能耗。

1）板式建筑为主的住区，住宅采用错位布置（错列式或斜列式），利用山墙空隙争取日照，引导自然风入小区。

2）点、板组合布局时，点式住宅布置应在板式住宅南侧，有利于争取日照和区域通风（如图2），并益于实现住区环境的共享。

图2 建筑体形及排列方式对日照影响示意

2.2 节约建筑用地

过高住区建筑容积率对日照和环境质量是不利的。因此为了确保较好的居住环境，不应过分追求高容积率。建议在住区内建筑采用高层低密度，以保持整个居住环境的生态良好和较好的日照水平。

2.3 注重当地生态资源利用

建筑生产对能源和资源的消耗很大，因此积极开发和利用太阳能、雨水、风能等可再生资源是住区生态设计的重要方向。为此，应合理分析住区基地日照、气候及自然特征，结合基地的自身特点制定合理的利用方案。目前，可再生资源利用主要有以下方式。

1）太阳能的热利用；

2）中水系统；

3）雨水收集系统；

4）风能、沼气能、地热能等的利用。

2.4 构建住区生态环境

构建住区生态环境应体现对住区地域自然景观、自然格局尊重。充分分析室内外环境与人工环境的关系，利用有利的条件，规避不利条件。具体讲，应在建筑尺度与体量上与环境相协调,在形式上与原有环境的肌理相吻合, 在文化上应延续原有文脉。设计时，应考虑场地具体情况，从整体出发，以生态为纲，通过住区的建筑、景观、绿化、地形等设计元素的合理使用、实现住区建筑、景观、基地环境三者的和谐与统一。

3 工程实践

3.1 工程概况

“在水一方”居住区，系秦皇岛市2011 年城市建设重点项目，属城区旧城改造工程，位于秦皇岛市海港区西部，东临西港路，西靠大汤河（该市的饮用水河流），南至滨河路，北至和平大街。规划区占地56.02 公顷，总建筑量约120 万平方米，区内现有小学一所，中学一所，七八十年代建设的住宅小区两个，约3392 户，需要重建和拆迁安置，规划人口约3 万人，其规模属于居住区级。

3.2 气候概况

秦皇岛市的气候类型属于暖温带半湿润大陆性季风气候。受海洋影响较大，气候较温和，最热月平均气温25.1 ～25.9℃，最冷月平均-3.9～-8.9℃气温辖区，秋冬以西北风为主，春夏以南到西南风为主，全年平均降水617.5 毫米。

3.3 住区规划布局

住区被先锋路分割成东西两块。总体布局打破现有建筑的统一标高，以台地式为主，采用“北高南低公建位中间”的总体布局方式，小区高低错落有致。小区按功能及档次分区，分为拆迁安置区、小高层住宅区、高档住宅区、公建区、沿街商业区等。

回迁区：居东、西两地块的东北角，安置区内重点强调景观设计。

小高层住宅区：位于两地块的中间位置，周围是商业和公建服务带，方便居民日常生活。

高档住宅区：位于地势最好的西侧临水位置，多为叠拼别墅。

公建区：沿纤维路设带状功能区，并在西港路入口处建设标志建筑。功能区内设会馆、幼儿园、中小学校、物业管理及小型商业等，方便区内居民。

沿街商业区：位于北侧、东侧，沿和平大街和西港路，1 ～2 层商业，二层以上为住宅。

方案规划结构为“居住区——居住小区——组团”三级配置。设计着眼住区建筑环境整体设计，通过不同形式建筑的相互搭配，外部自然景观与内部景观的紧密结合，地形起伏、水景、地面绿化的一体设计，体现滨水住区生态设计思想。

住宅组群的排布虑秦皇岛当地风向特征和基地环境，采用北密南疏、东高西低、前后交错的布局，形成多条气流通道（如图3），利于夏季通风和冬季防风。

图3 住区气流走向示意

3.4 住区景观环境

住区空间设计强调人工环境与自然环境的有机结合，自然过渡，结合不同交通方式、交通流向，建筑组群采用不同尺度、不同排列走向，形成全方位、多角度的观景场所，以及全天候、动态的城市轮廓线。

3.4.1 住区水环境

由于住区地处汤河水滨，水环境自然是小区建设的重点。方案设计将汤河水引入住区东西两侧（如图4），并使水流穿越每个组团。根据不同住宅组群的尺度、性质确定水流驳岸的形态（如图5、图6），丰富其视觉效果，体现人性化设计。西区场地呈小半岛状地形，使住宅组群三面环水。半岛公共绿地的纵轴从汤河大桥引入，自高层建筑远眺可目及汤河入海口。这样的设计将自然的水体融入小区中，创造了多样性的居住空间环境和富于变化的景观环境效果，同时借助水体的蒸发作用可以降低建筑物的周围温度，为住区提供湿润的空气，形成舒适的外部物理环境。

图4 住区水系走向示意

图5 住区生态驳岸设计示意图

图6 住区生态驳岸设计示意图

3.4.2 住区绿地系统

住区绿地建设充分利用小区内的自然地势，通过道路绿化联系公共绿地、宅旁绿地，构建一种“点、线、面”相结合的网络化、立体化的生态绿地系统。该系统的构建不仅可以利用绿色植物自身生理作用来调节住区小气候，同时可以通过不同种类及形态植被的搭配为小区增添多样化的景观效果。

3.4.3 台地结合微地形设计

运用台地从南向北逐步抬高场区的地形，增加了空间的层次感，并使景观逐步延伸，并实现了小区景观的共享性；同时结合微地形设计，使小区场地高低起伏错落有致，曲线平缓而舒展，增添了小区景观性，并使整个小区的规划构图更加统一完整。

4 结语

从设计的过程来看，被动形态设计通过整合各种元素，在设计过程中充分考虑“和谐”利用自然能源，并将这种利用体现在建筑形态的表达中。因此，无疑对建筑师提出了更高的要求，建筑师应在设计的构思和概念设计阶段思考如何处理好建筑设计与自然能利用之间的关系，并将其融入到住区建筑的整体性设计之中，只有这样才可以变“被动”为“主动”，有效提高资源的利用率，实现建筑节能降耗。目前，我国住区建筑生态化设计还出于初级阶段，被动设计的理念在建筑设计的应用是实现住区的生态化的一种有益探索。

[1]潘坚力、陈赛居.居住建筑节能设计[J].中外建筑，2006，10（5）：49-52.

[2]朱锡金.21 世纪人类生态住区规划述要[J].城市规划汇刊，1994（5）：39-41.

[3]白德懋.居住区规划与环境设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1993：200-212.

[4]宋德萱.建筑环境控制学[M].南京：东南大学出版，2003：195-197.