浅谈绿色建筑中的被动设计——以珠海派诺科技园为例

文／张 伟 金科（上海）建筑设计有限公司 工程师

引言

绿色建筑是指在生命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。而绿色建筑的被动设计，是指通过建筑物与场地自然条件的结合，调节建筑光、声、热环境等，从而降低能耗。以被动优先为原则进行设计，有利于生态、经济的可持续性发展，有利于不同区域建筑文化的传承。

1 项目概况介绍

1.1 项目背景

在20 世纪90 年代初，国家建立了珠海高新技术区，经过多年孕育发展，通过无数企业人共同拼搏奋斗，现如今建设已卓有成效，放眼纵观，整个高新区未来发展不可限量。作为出入珠海的主要门户，它不仅仅是企业孵化器、高校聚集地，更是未来粤港澳大湾区重要产能输出的中坚力量。

本案业主是珠海市派诺科技有限公司，向来以“智慧用电、绿色用能”为使命，其形象的综合园区更应成为绿色建筑、智慧建筑的代表。文章以派诺科技园设计为例，主要对它的被动设计进行分析。

1.2 工程概况

项目位于珠海市高新区科技创新海岸南围片区科技九路北、创新八路东侧，地块呈矩形,用地较为规整，其中东西向长约125 米，南北向约96 米。基地周围都为已建成的工业用房，基地内部地势平坦。

项目用地面积约1.2 万平方米，容积率1.8，地上计容建筑面积约2.16 万平方米。由三栋多层建筑组成，整体布局紧凑（图1）：1#楼位于地块北侧，地上六层，建筑高度为24 米；2#楼位于地块西南侧，地上五层，建筑高度为20.4 米，西面层层跌落，景观步道直通屋面；3#楼位于地块东南侧，地上七层，建筑高度为24 米，平面布局呈三角形。

图1 西侧沿创新八路鸟瞰效果图

沿场地西侧的创新八路设置人行主出入口和车行出入口，内部车行道路沿用地边线布置，日常通行兼做消防车道；园区内部采取人车分流的交通组织方式，方便安全出行。

2 针对区域气候条件的研究分析

2.1 日照因素

珠海盛夏（6 ～8 月）平均气温28.2℃。日照充沛，太阳能源丰富。平均每天5.1 小时，日照最多的月份为7 月，日照时数可达7.7 小时/天①。

2.2 风向因素

珠海地处珠江口西岸，属亚热带季风海洋性气候。年主导风向以偏东风为主，频率占比达16%。春季（3 ～5 月）以偏东风和东南风为主，盛夏（6 ～8 月）以西南风为主，秋冬（9 月～次年2 月）则以东北和偏东风为主②。

2.3 雨水因素

珠海全年降水量较丰富，全年平均130～150天为降雨日。每年第二、三季度为雨季，降雨量约占全年的90%左右。受热带气旋的影响，台风季节短时暴雨较多③。

3 方案设计浅析

3.1 以成本控制为设计目标

做到有成本意识，设计过程中始终以节俭作为出发点，在减少资源消耗的同时，另一方面也关注如何提高资源利用效率。

3.1.1 关于成本意识

根据规划条件，建筑限高24 米，得出地块为多层建筑单体或建筑群。在相同地质条件下，多层因其结构关系，导致开挖地下室经济性较差，在满足要求的前提下，应尽量减少地下开挖，以地面停车等方式取代地下车库，以达到控制建设成本的目的。

根据相关规范，建筑单体应合理控制楼层和电梯数量。在满足使用需求的前提下，减少能耗及运营维护成本。

掌握相关工程经济知识，做到因地制宜，合理选用建筑材料、结构形式、施工技术及施工组织设计，控制工程造价。

3.1.2 关于提高效率

建筑体形系数是指建筑物与室外空气直接接触的外表面积与其所包围的体积的比值[2]，它与建筑物的节能有直接关系：对其他条件相同的建筑而言，体形系数越大，建筑体积外表面积也就越大；散热面积越大，建筑能耗就越高，对建筑节能越不利。因此适度控制建筑体量及体形系数，做到体型简洁、功能布局合理，能够有效提高资源利用效率。

3.2 以被动节能为设计原则

3.2.1 数据计算

根据设计条件：规划容积率1.8，建筑密度40%，建筑高度24 米。场地东西向长约125 米，南北向约96 米（图2 左1）。计算得出符合数据要求的原始形体：60 米×60 米×24 米（长×宽×高）（图2 左2）。

3.2.2 形体推演（被动设计）

珠海常年遭受南亚热带季风侵袭，本案被动设计着重考虑在夏季增加建筑物通风量以及防晒措施，冬季防止不利风向侵袭，进而提升园区内的风品质。同时有效利用太阳能、自然雨水，减少建筑能耗。

针对风向因素的设计策略：

（1）按常规8.4 米柱网与面积的组合，以最小体形系数对原始体块进行切分与组合，将原始形体一分为二，分别置于地块南北两侧，同时南北两侧楼栋间距满足消防要求（图2 右2）。

（2）以风向控制建筑走向为主要策略

①珠海夏季主导风为西南风。对建筑西侧进行挤压变形，一方面增加夏季主动风的迎风面面积，便于主导风吹散建筑主体残留余热，同时缩小西晒面积，减少西晒对建筑的影响（图2 右1）。

图2 建筑形体推导（绘图单位：米）

②沿常年主导风向将南侧楼栋进一步切分为二，使两楼栋的山墙面对立，形成风洞，增加建筑群的通风量（图3 左）。

③冬季不利风为东北风，南侧楼栋迎风面采用圆弧处理的方式，起到一定的挡风作用（图3 左）。

（3）园区内建筑均采用首层架空的形式设计，形成地面通风廊道。1#楼中设置直通屋面的内庭，外侧结合底层部分实墙，形成烟囱效应④，达到强化拔风的效果（图3 右）。

图3 风向分析图

针对雨水因素的设计策略：

珠海地区降水丰富，在场地中央区域布置景观蓄水池，一方面串联整个园区的景观设计，同时有助于调节园区微气候，促进水资源的循环利用。

针对日照因素的设计策略：

日照最长日为夏至日，日出时间为05 ∶42，日落时间为19 ∶12。全天日照时长约为13 小时30 分钟（图4）。Ecotact 进行模拟太阳高角度计算，得出1#楼西侧外墙倾斜8°左右可有效减少西晒，同时形体内折，可起到一定的自遮阳效果。

图4 夏至日日照轨迹分析

3.2.3 绿色赋能

人类的整个发展过程就是不断的地适应自然、改造自然的过程。其中建设活动是主要途径之一，而建筑则是它的产物和结果。绿色植物作为自然对于人类最好的馈赠，与人类智慧的结晶之一——建筑物相结合，不光令人赏心悦目，使人仿佛置身于自然之中，缓解城市钢筋混凝土森林带来的压迫感，同时也可以改善场地微气候。

（1）2#楼建筑室外爬梯直通屋面，置人于景，尽享立体绿化。南北向通过绿廊连接，有机串联1#、2#、3#楼的生产和休闲功能。

（2）选用本地植物，适配当地自然生态环境。

（3）利用架空层停车，保留地面绿植。

（4）采用种植屋面，吸收热量，减少热岛效应。

3.3 以适宜技术为设计手段

绿色建筑评价指标体系应由安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居5 类指标组成[3]。新建绿色建筑根据对应指标评价标准，获得对应评级。新施工技术运用以及新材料的研发，可从多方面提供技术支撑从而更便利地达到国家绿色建筑评价标准要求。

采用主动太阳能回收技术，将丰富的太阳能通过特殊设备转换成热能或电能，可用于建筑保温，满足供电需要，减少建筑日常使用对传统能源的需求。

选用可控的节能、智能、环保照明器具，延长灯具使用寿命，减少能源消耗。或根据不同时间提供该段时间内最低照明需求，公共场所如楼梯走廊等灯具采用自熄开关的方式，做到资源利用最大化。

有效利用雨水资源，通过雨水回收利用系统，将回收的雨水用于植被灌溉等；采用中水处理装置，满足卫生洁具用水需求等；非饮用水采用再生水、雨水等非传统水源，能有效地进行废水的二次利用。

3.4 以运营及管理为设计保障

建筑的运行阶段占整个建筑全生命时限的95%以上，因此运行管理模式和策略关系到绿色建筑建设的成败，也是实现绿色建筑内涵的关键之一[4]。

3.4.1 智能化、信息化

在项目实践阶段，运用智慧的管理系统参与计量、检测及调控。通过计算机进行实时数据记录，确保实现正常运行所需要的最小能耗。经长期数据跟踪对比，自发调节各阶段环境所需通风、照明、用水量等运行参数的标准，实现项目的自我优化。

3.4.2 科学的管理

物业管理单位是建筑在运营阶段管理的主体，对物业人员加强环保、节能、责任意识的培训，提升物业管理水平。运用科学的管理方法，建立实时的信息管理平台，执行责任到人的管理体系，实施严格的奖惩制度。

结语

近些年，为达到相应评价标准而使用大量的主动技术包装出来的绿色建筑仍不在少数。应因地制宜，整合资源，真正做到从问题的根源出发，而非以结果或评价为设计导向。如此看来，国内绿色建筑的建设目前仍是任重而道远。

注释：

①—③珠海气象资料数据来源于当年气象网站及网络文献资料。

④烟囱效应就是指利用建筑内部空气的热压差来实现建筑的自然通风。

图片来源：

文中所有图片均为作者自绘