基于被动式视角下的西藏那曲地区民居设计策略研究——以“台达杯”国际太阳能设计竞赛作品为例

文/苏州科技大学建筑与城市规划学院 宋 优 杨颖汐 刘长春

0 引言

随着经济发展与人民生活水平提高，建筑能耗不断增加，被动式建筑设计正是针对建筑节能目标提出的[1]。在满足室内舒适度的要求下，被动式建筑设计与自然结合，使建筑具有良好的保温、隔热性能，同时可提升建筑节能效果、降低能耗。发展被动式建筑刻不容缓，但目前被动式设计在很多项目的中后期介入，无法与前期设计方案相匹配。本文结合国际太阳能建筑设计竞赛方案，选取西藏那曲地区民居建筑为研究对象，在设计初期对当地传统民居进行分析，得出现存问题与可借鉴之处，并结合当地独特的气候条件，研究适用于西藏那曲地区的被动式设计策略，提升该地区居民的居住质量，减少建筑能耗，为提高当地建筑环境质量与节能水平作出贡献。

1 项目概况与现状分析

1.1 项目概况

项目位于西藏自治区那曲市班戈县青龙乡东嘎村，北纬90.801°，东经31.091°（见图1）。距纳木措景区约30km，省道S206班洛线于基地东侧南北向穿过，交通便利。主办方要求设计集居住、旅游接待等功能于一体的低碳社区，目前已建纳木措国家露营区游客中心、畜牧品交易中心和合作社产业基地，希望通过旅游业的发展激活当地牧民的生产及生活。本文以居住区内的民居设计为主进行被动式建筑设计研究。

1 地理区位

1.2 现状分析

1.2.1 气候

西藏那曲地区属于高海拔严寒气候区，气候条件十分恶劣，生态环境极为脆弱，由于地理位置等原因而导致经济发展滞后[2-3]。西藏高原常规能源匮乏且交通不便，但却有十分丰富的太阳能资源，基于此，在那曲地区开展被动式建筑设计十分必要[4]。基地所在的班戈县年平均气温为0℃左右，气温较低，故需做好保暖御寒的工作。利用Weather Tool软件监测出那曲地区在夏季的被动式策略贡献率较高，主要原因是高原地区空气稀薄且太阳辐射量大，为被动式太阳能利用提供良好条件，使其民居建筑拥有舒适的室内环境。当地降雨量稀少且蒸发量较大，较为干燥的气候使水资源极其匮乏。因海拔较高，当地风环境恶劣，多为西风、西北风，故针对建筑布局营造良好的风环境也有一定的必要性。

1.2.2 地域文化

西藏地区山脉众多且风环境恶劣，建筑多顺应山势布局，藏族人民豪放的性格使得藏族建筑逐渐形成厚重的风格[5]。宗教文化在藏族文化中占主导地位，故很多传统建筑其有宗教文化的内涵。因西藏各个地区的气候特点不同，导致其生产方式也有区别。随着纳木措景区旅游业发展，以牧业为主的那曲地区产业开始向以牧业与旅游业为主的方向转变。项目结合地域文化对当地民居进行设计，既提高居民的生活舒适度，又为未来作为家庭旅馆向游客提供高品质的居住体验奠定基础。

1.2.3 传统民居模式

由于西藏地区独特的气候条件以及那曲人民的宗教信仰，传统民居在建筑布局、建筑空间及建筑细部等方面存在与其他地区不同的特征（见表1）。随着人民生活水平提高，传统民居已无法满足人们的生活需求。故在那曲传统民居的基础上进行被动式设计，在不破坏其地域特点的前提下最大程度地提高空间舒适度并减少建筑能耗[6]。

表1 西藏传统民居特色

2 传统民居的生态智慧与现存问题

2.1 传统民居的生态智慧

1）缩量布局 西藏那曲地区气温较低，传统民居为减少住宅散热面积，建筑布局较为紧凑，以矩形为主，坐北朝南，且层高较低。民居中间是客厅，其他房间围绕客厅布置，此种布局方式有效地控制建筑体型系数，减少与室外环境的热交换。

2）引入阳光 西藏处于高海拔地区，拥有良好的太阳辐射条件，当地居民为拥有足够的日照时长，在民居中通过院落、民居单体、窗3个层次逐渐加强光的摄入量。民居建筑坐北朝南，院内普遍南低北高，不会对建筑造成遮挡，同时能抵挡外部强风。

3）转移空间 基于西藏地区气候的特殊性，人们在传统民居利用转移式空间来生活。在气温较为舒适的夏季，人们选择居住于卧室，在严寒的冬季，会到放置火塘的客厅居住。

2.2 现存问题

1）室内温度低、生活不便 人们为居住生活的舒适性往往进行生活空间的转移，但这也增加了人们生活的不便。此外，即便利用转移式空间，在寒冷冬季，室内温度也难以令人舒适[7]。

2）采暖能耗大、费用高 采暖设备虽提高室内温度，但同时加重居民经济负担。西藏地区常规能源的缺乏导致采暖能耗大幅增加，被动式设计可利用建筑自身改善室内热环境，从而解决采暖设备费用高的问题。

3）缺乏对太阳能资源的有效利用 当地居民在传统民居建造中有意识地引入阳光来提升建筑室内温度，但缺少对太阳能资源的认识，导致目前对太阳能资源的利用并未实现最大化。

4）风环境恶劣 那曲地区海拔4500m以上，当地年平均风速达8m/s，故室外风环境十分恶劣。当地缺少高大的植物，仅能通过建筑群布局及朝向对风进行一定阻挡。

3 基于地域特征的被动式技术应用

3.1 场地布局

项目基地地势平坦，有利于建筑采光与吸收太阳辐射。在场地整体规划方面，基于前期的功能规划形成路网，由环形步行道路串联不同的功能体块。考虑到场地的风环境较为恶劣，西风与西北风对场地内环境造成不良影响，设计将建筑围合布置，既对场地西风进行遮挡，又根据建筑功能形成不同组团（见图2，3）。在设计过程中，利用Ecotect软件进行模拟分析，得到基地的最佳朝向为南偏东15°，综合考虑主导风向，民居建筑应坐北朝南。通过以上综合分析，得出该项目利用被动式太阳能技术将有利于营造更舒适的环境。对场地内太阳辐射与风环境进行模拟分析，根据模拟结果对场地进行布局，既可保证场地内风环境得到改善，又能提高太阳辐射效率（见表2）。

2 总平面

3 场地布局

3.2 组团布局

在整体的被动式设计基础上，重点对民居建筑进行组团布局。项目要求在基地内布置42栋民居，在场地路网限定下，将42栋居民建筑分为4个独立围合组团，组团又围合形成供居民交流的大广场，从而有效阻挡西风。组团规划布局时，利用Ecotect软件进行模拟分析得出，场地对日照要求完全可以满足，且适合布置太阳能集热装置。对民居建筑进行围合式布局，并增加围墙挡风后形成的居民区可阻挡强烈的西风（见表2）。

表2 软件模拟分析

3.3 建筑单体

3.3.1 建筑形体

被动式民居采用较方正的形体，体型系数约0.8。设计方案尊重地域特色，在保留当地传统民居的院落、挑檐、晒台基础上，空间布局进行局部改进，增设阳光间且对建筑的围护结构进行蓄热设计，提高建筑的保温性能。院落围墙的设置既可形成良好的挡风屏障，又有利于建筑的热环境营造（见图4）。

4 民居模型

3.3.2 建筑外墙

当地传统民居使用边玛草对墙体进行保温，由于材料稀缺且制作过程复杂，不适合大规模使用。被动式民居利用集热蓄热墙，使建筑具有优良的蓄热性能，维持室内日平均温度高于室外日平均温度。在冬季白天，打开通风口使室内冷空气与空气间层热空气交换从而实现室内通风；在冬季夜间，关闭通风口使白天蓄热墙体吸收的热量释放至室内空间。

3.3.3 建筑屋顶

增设建筑平台作为晒台，满足民居平时的晾晒及储存需求，且在屋顶铺设太阳能光伏板，利用主动式太阳能光伏系统减少建筑能耗。

3.3.4 建筑门窗

在西藏地区，窗户不仅可通风采光，且有装饰意义，部分居民会在窗户上悬挂楣帘，既阻挡太阳辐射，又能抵御风沙。被动式民居严格控制各个朝向的窗墙比，南向加大窗户面积，同时将窗墙比控制在0.5左右，有利于建筑收集、利用更多的太阳能。建筑进深较小，可满足建筑的基本采光与通风需要，北侧墙体尽量不开窗，减少热损失，东西侧山墙面结合功能要求开小窗。

3.3.5 附加阳光间

附加阳光间是集热蓄热墙与直接阳光间的结合体，并增加蓄热地面，可以储存更多的热量[8]。在太阳辐射充足的那曲地区，附加阳光间对民居来说必不可少。白天，打开通风口有利于热压通风，同时使墙面与地面进行集热储热；夜晚，关闭通风口，蓄热墙体与地面将白天吸收的热量放出，为室内提供热量，以保证室内的舒适度（见图5）。

5 附加阳光间

4 结语

当前，被动式建筑技术在很多地区仍未得到广泛应用，很多人在设计初期并不会考虑被动式设计，在设计后期试图介入却因方案成型而失去介入的空间。在很多特殊的气候区，被动式建筑技术是解决当地建筑现有问题的良好策略，但却被很多人所忽略。本次“台达杯”国际太阳能设计竞赛作品设计结合当地的地域气候特点，在场地规划初期介入被动式设计手法，再结合场地布局进行建筑单体设计，使建筑本身具备西藏地区的特点，既反映当地的文化特色，又起到良好的节能效果。综上所述，被动式设计在建筑中的运用有助于节约能源及减少二氧化碳排放量，对实现“双碳”目标具有重要意义。