基于建筑气候空间的可持续建筑设计方法

肖毅强

基于建筑学立场的可持续建筑设计，需要从系统性的角度进行讨论，尤其是基于人的行为的适用性与舒适性。笔者团队总结了一个有利于梳理问题逻辑的讨论模型（图1）。从工程学视角来看，建筑是满足人使用需求的资源管理系统。资源管理在当代语境下包括了物质、能源和信息三大要素。建筑工程系统包括了建筑空间系统、建筑结构系统和建筑环境控制系统（特指建筑物理环境）。将资源管理三要素结合到相应系统，便形成相应的技术策略。例如：对于空间系统，是集约、协同、共享。空间集约满足现代社会便利、高效的需求；空间协同指对外与周边环境、群体关系，对内为与结构、设备的良性整合；空间共享则对应信息流支持下空间资源的高效使用，涉及分享、交流、互利等模式问题。同样，建筑结构系统对应物料节约、产业化建造与循环使用；环境控制系统对应气候适应、能源模式与性能优化。概括而言，可持续建筑设计需要在三大系统、九个要素的组合体系中进行综合优化，其中，基于人的行为与舒适的空间系统营造是建筑学科的核心问题。

1 作为资源管理的建筑系统

在非空调时代的地域传统建筑可以归类为当今的“低能耗建筑”，其空间营造具有较好气候适应性，提供了较为舒适的日常生活空间。结合当代建筑“气候设计”概念，笔者提出“建筑气候空间”概念[1]。气候空间特指具气候适应性价值的建筑空间，具有遮阳挡雨、防热缓冲、引导通风、改善采光等作用。岭南传统建筑从传统村落到近代城镇建筑，皆留下了宝贵的气候空间经验，包括冷巷、院子、天井、凉棚、骑楼、外廊、阳台等。气候空间往往与外部气候直接相关，并通过空间系统发挥作用。通过对传统建筑气候空间关系的提炼，可以总结出传统村落的“街巷+内院”、竹筒屋的“通廊+天井”，及近代建筑的“外廊（骑楼）+梯井”等多种气候空间系统（图2）。气候空间的使用改善了建筑微气候，而在现代建筑中可以起到减少空调的使用空间、使用时长及降低空调能耗等综合作用[2]。通过气候空间系统的构建，结合全年气候变化及使用工况，功能空间和人工建筑环境调节的关系得到重构，从而实现建筑低碳节能运行并满足舒适、健康的挑战。

2 岭南传统建筑中的气候空间系统示例

我们将科学研究与项目设计结合起来，对传统建筑的气候空间进行分析研究。通过实测和模拟手段，掌握其空间系统的规律性原理，再将原理在当代建筑设计中加以应用，在一系列的项目中运用了“建筑气候空间”的方法，并通过检验证明具有良好的效果。

在笔者作为主要指导教师的华南理工大学队参加3 次国际太阳能十项全能竞赛中，皆采取了“向传统学习”的方式和“气候空间”的设计策略，运用传统建筑营造智慧，实现了比赛房屋的优异性能，取得了优秀的成绩。国际太阳能十项全能竞赛（Solar Decathlon）最初由美国能源部发起并主办，以全球高校为参赛单位的太阳能建筑绿色技术竞赛，比赛为建成房屋比赛，现全球拥有7 个赛区。比赛房屋需在能源效率、工程与建造、能源管理、房屋舒适度、房屋功能、可持续性、创新性、宣传、建筑设计等10 个方面进行主观或客观评分，并决出单项和总成绩名次。华南理工大学队在2013 年和2018 年的中国赛（SDC）中分别获得总成绩亚军和冠军，延期至2021 年举行的中东赛（SDME2020）获得总成绩冠军，皆为中国赛队最好成绩（图3）。

3 3个太阳能十项全能比赛房屋的外观与室内

SDC2013 参赛房屋“凹宅”[3]，其设计方案从空间入手，通过对中原及山西地区合院式住宅的分析，确定建筑布局。建筑采用三面功能空间围合“院子”的布局，是对传统围院住宅空间关系的转译。中间院子的界面可变化，以应对夏天和冬天不同的气候条件。院子上部的天窗为可开启形式，利用热压引导气流；院子的前后界面采用折叠门扇，可开可合。夏天时，门扇打开，庭院注水，外部气流经庭园降温增湿，改善室内舒适性。冬天时，门扇封闭起来，庭院的水排掉，院子便成为一个阳光房。院子根据四时气候呈现不同的状态，表达了建筑与自然互动的中国营造智慧（图4）。

4 凹宅院子在夏天和冬天的工况

SDC2018 参赛房屋“长屋”，借鉴热带与亚热带地区的高密度城镇住宅，从广州近代典型城市住宅“竹筒屋”中找到灵感。房屋采用内凹入口、前后贯通的室内通廊，串联起3 个不同大小的采光通风天井，形成气候空间系统。无论是夏天还是冬天，房屋良好的被动性能都可以大大减少建筑的能耗（图5）。

5 借鉴“竹筒屋”的空间系统

SDM2020 参赛房屋“X-House”，借鉴中东当地传统住宅外观封闭、向内院开放的形制，以及当地民居利用风压和热压组织自然通风的捕风塔。建筑采用围绕中庭的建筑功能布局，将中庭两侧及顶部界面设计成可以开合的模式，以便应对功能上和气候空间界面的灵活性；采光中庭上部加了一个十字斜交的夹层导风系统，学习传统捕风塔经验，可以顺应不同方向来风进行通风组织。利用夹层空间的飘板形成大尺度的悬挑，将导入热风进行降温。飘板不仅可以进一步遮挡强烈阳光，还可以增加屋面光伏板面积。建筑中隐含的十字结构，也成为了X-House 命名的由来（图6）。

6 X形导风板的不同工况

建筑学走到今天，需要我们回望历史，基于传统营造智慧的建筑气候空间，可以在当代建筑学中得到创新发展，极大地提高可持续建筑的减碳、节能潜力。□