建築設計與氣候緩衝-一種空間層級的設計思路 陳曉揚 蔡苗苗 9787568099844 【台灣高等教育出版社】

編輯推薦
建築的次要空間一般不被重視，而它具有緩衝氣候的潛力，從這一獨特視角探討建築布局設計的科學規律。人民生活水平不斷提高，建築微氣候的重要性越來越凸顯。

內容簡介
建築次要空間一般不被重視，而恰當的布局能發揮它的熱緩衝潛力。本書嘗試從這一獨特視角出發，提出一種面向氣候的建築內部布局設計思路——空間層級布局，這是一種符合我國國情的節能增效途徑。
本書歸納了主次空間的常規布局類型，依據提升型和重構型兩類思路提出空間層級優化的原型。同時還結合案例說明了這種優化模式在建築布局設計中的可行性，並進一步細化了子類型和具體手法，使之具備較廣的適用性。

作者簡介
陳曉揚
東南大學建築學院副教授、建築設計及其理論專業博士、國家一級註冊建築師，從事建築設計教學及實踐，主要研究方向為建築設計及其理論、綠色建築等。
蔡苗苗
東南大學建築學院碩士畢業，現就職于金地集團華中區域鄭州地產公司。

目錄
1 一種面向氣候的設計思路 001
1 1 建築的氣候設計觀 002
1 2 氣候緩衝與空間設計 014
1 3 一種空間層級的設計思路 024
2 空間層級布局的類型 029
2 1 主次空間布局的層級類型 030
2 2 空間層級的熱緩衝性能初步分析 040
3 空間層級類型的熱緩衝性能 043
3 1 核心式空間層級 044
3 2 內廊式空間層級 049
3 3 外廊式空間層級 054
3 4 南北式空間層級 062
3 5 圍繞式空間層級 066
3 6 垂直式空間層級 069
4 基於熱緩衝的空間層級模式 075
4 1 基於熱緩衝的空間層級原型 076
4 2 兩種優化思路的可行性 090
4 3 提升型優化 104
4 4 重構型優化 117
5 空間層級優化子模式 127
5 1 附加熱緩衝腔體 128
5 2 嵌入熱緩衝腔體 139
5 3 次要空間布局調整 151
5 4 圈層式空間層級 156
5 5 內嵌式空間層級 164
5 6 垂直式空間層級 171
6 結語 183
參考文獻 188
圖片來源 192
附 錄 193
彩 圖 211

精彩書摘
氣候緩衝屬於被動式設計或建築氣候學領域，與生物氣候設計理論一脈相承。Victor Olgyay 首先提出了生物氣候設計（bioclimatic design）的概念，David Pearson、布蘭達·威爾、楊經文、查爾斯·柯里亞等都繼續豐富了這一理論。楊經文分兩個層面進行了歸納，「建築因地方特定氣候條件和季節變化而獨特──溫帶的遮陽設計、寒帶的緊湊形體、乾熱地區的蓄熱體、濕熱地區的充足通風。」 「生物氣候設計也指被動式設計建築朝向、材料選擇、開口和遮陽讓建築理想地獲得用以採光和得熱的陽光，以及用以降溫和通風的微風。」[8] 國外從20世紀50年代開始，已經進行了這方面的實踐，積累了大量案例。但是也應看到，一些發達國家對建築氣候的標準設定往往過高，導致採取綠色技術的大量建築其實不節能，對
此在案例學習中應審慎對待。
氣候緩衝雖然是現代建築中的重要概念，但在古代建築中早已出現，並被廣泛運用於建築布局中，對建築氣候起到了一定的調節作用。如中國南方民居中大量存在的天井、冷巷、檐廊、架空層、騎樓灰空間等，均屬於外部環境與內部房間之間的過渡空間（即熱緩衝空間），通過自然通風組織、遮陽等方式，對內部空間的熱環境起到了一定的緩衝調節作用，從而有效緩解了夏季潮濕悶熱的氣候環境。
國內近年來對建築氣候與節能越來越重視，出現了不少研究和實踐者。宋曄皓較早在國內提出「生物氣候緩衝層」的概念，它是指建築與周圍生態環境之間建立的緩衝區域，既可以防止室外惡劣氣候對內部環境的影響，又可以對室內環境進行微氣候調節[27]。他主張從聚落空間、建築實體及建築細部三個層次進行緩衝設計，部分理念體現在貴陽清控人居科技示範樓項目中（圖1-17）。李鋼提出了「建築腔體」概念，建築腔體即建築採取適宜的空間體形、運用相應的技術措施，利用或輔助利用可再生能源來營造內部氣候環境[28]。梅洪元結合寒冷地區的氣候特點，對典型空間形態進行了優化策略總結[29]，並在寒地綠色生態示範建築中體現。李保峰針對夏熱冬冷地區氣候特點，提出建築表皮可變化設計的概念，以平衡夏季通風、隔熱與冬季保溫等各個季節的需求[30]。孟建民等在深圳信息職業技術學院科技樓設計中探討了傳統的「冷巷」空間在高層建築中的應用策略[31]。
總的來說，生物氣候設計的核心思想是：合理利用陽光、風、水、土壤和植物等環境資源，在規劃、建築空間、材料構造上採取措施，以實現良好微氣候構建。建築要實現減碳和節能的目的，首先要充分發揮被動式設計的潛力，而後再以主動式調節方法作為補充，而不是反向行之。賴特在1943 年設計的雅各布之家是早期現代建築中運用被動式策略的典範（圖1-18）。這個被稱為「太陽能半圓形」的房屋北面是覆土坡，使其形體係數降低和免受冬季冷風吹襲。南面有大塊窗戶和厚重挑檐，這樣冬季暖陽可照進屋內，而夏季陽光則被挑檐遮擋，南側門窗較多又有利於通風。內部厚重的牆體和地板由於有較大熱慣性而有利於保持室溫。
善於應對乾熱氣候的建築師哈桑·法賽在埃及總統行宮的設計中，巧妙利用了風和水來調節室內氣候，用傳統的捕風塔引入氣流，塔內設陶罐裝置以加濕和冷卻進入的空氣（圖1-19）[33]。氣候緩衝在捕風塔的腔體內完成，該腔體和其他相連的腔體共同作用，實現預想的自然通風。查爾斯·柯里亞針對印度的氣候特點，提出了「開敞空間」和「管式住宅」的概念。「開敞空間」強調庭院在建築氣候調節方面的重要性；「管式住宅」在住宅剖面設計中置入煙囪狀的通風管道，利用「煙囪效應」將室內熱空氣排出，利用通風口將冷空氣補充進室內空間，在加強室內通風的同時，也對室內進行了降溫處理[34]。

前言/序言
能源危機的警示
能源危機在全球範圍內已不是新鮮事。202年夏季以來，能源供給不足疊加高溫天氣，歐洲電價創新高，交易的次年法國電價達到了7 73元/千瓦時，德國突破6 84元/千瓦時，高電價直接導致高通脹和社會不穩定。50年前和2022年西方能源危機的直接導火索都是國家或組織之間的博弈衝突。20世紀70年代的能源危機是因為歐佩克國家的石油減產和石油出口禁令，本次危機緣于俄歐衝突。它看起來是國家或組織之間的博弈引起的，但是究其根本，資源有限本身才是核心原因。據歐盟能源機構預測，石化能源將在21 世紀內開採殆盡，石油需求在2020─2030年達到峰值。有限的資源在全球進行分配，加上國家實體之間的壁壘，供給不足不是偶然現象，以後或許會頻發並導致更深刻的危機。當然，能源危機也給人們帶來了反思和改變，自20世紀70年代石油危機爆發以來，歐洲大力發展清潔能源，並直接推進了《京都議定書》的簽訂和巴黎氣候峰會等事件，達成了節能減碳的全球共識。
從我國情況來看似乎是另一番情景，由於近年來能源供應的平穩和電網技術的支撐，電價一直維持在低位。這對於製造業大國維持競爭力至關重要，但也導致人們的能源危機意識並不強烈，節能動力不足。我國電力消費總量巨大並呈台階式增長（圖1-1），電力供給快速增長有難度，2021和2022年的多地拉閘限電就敲響了警鐘。在發展快車道上的我國對電力的需求只會越來越大，現有的能源消費結構需進一步優化，節能降耗也相當緊迫。回頭來看，21 世紀初開始大力發展清潔能源的策略起到了積極作用，截至2020年，清潔能源消費的佔比達到了24 4%（圖1-2）。但還需看到，煤電的消費佔比依然達到56 5%，而且較長時間內，它都將是我國主要依賴的能源，這給節能減排帶來了巨大挑戰。另外我國單位GDP能耗、人均能耗分別為世界平均水平的1 4和1 44倍[1]，所以需要加大新能源的供給，而更為重要的是當前需要注重能源消費環節，全面推行能源節約和提效。即使大力發展清潔能源， 如果不在有效節能上下功夫，遠期供需矛盾也難以化解。況且，清潔能源生產的原材料供應也是有限的，而且我國部分材料還受制於人。鋰、鎳、鈷、錳、稀土等重要生產材料的全球儲量都有限度。以新能源汽車為例，全球可開採鋰資源約為1350萬噸，按目前技術來估算，平均每輛電動車消耗約7 5 kg 鋰2，全球鋰資源只能支撐製造約18 億輛鋰電池電動車。重大能源技術的提升都不是持續發生的，而是脈衝式的，在重大技術革新發生之前，需求的爆髮式增長都不可持續。我國尚未爆發大規模能源危機，但是從需求增長的趨勢看，不可不防。所以無論從長遠發展還是從能源安全的角度來看，節能提效始終都是極為重要的。
在節能方面，建築領域任重道遠。2019 年全國建築全過程能耗總量為22 33億噸標煤，佔全國能源消費總量的45 8%，碳排放佔比達50 6%[2]。隨著我國居住條件的改善，用電量還在快速增長。空調普及率越來越高，居住環境越來越精緻舒適。生活也越來越便利，坐在家中就可調用諸多的電器，還能調配大量的資源，遙控視線範圍之外的貨品和物流。但在這樣未來化的場景中，各種智能設備帶來的超級便利都需要巨大的電力增量支撐。它包含的不單是手機等智能設備的耗能，更多的是經由它們發出的一道道資源調動指令所帶來的耗能。然而壞消息是一定技術條件下的電力增量都有極限，關鍵性的清潔能源技術如氫能源和可控核聚變應用都還未成形。從以往新技術應用趨勢看，新技術投入大範圍使用要經歷研發、試用和產業化等一系列環節，更不用說突破性的新技術還在研發的路上。無論是因為受制於能源緊張，還是要順應將來的技術發展，建築的未來趨勢都是，一方面建築可成為產生清潔能源的供給端，另一方面又要成為利用清潔能源的使用端，以節能降耗。對於建築作為清潔能源的供給端，光伏建築一體化（BIPV）和分散式風能發電為建築設計提供了方向。越來越多的房屋業主注意到了BIPV 在節電和投資回報上的吸引力，產品應用逐漸被常規化。因為國內光伏產業的大力發展，目前光伏發電越來越具有經濟效益，而且BIPV 又進一步減少了遠距離輸電的成本。2022 年6 月我國發布的《城鄉建設領域碳達峰實施方案》提出，到2025年新建公共機構建築、廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%[3]。它在技術上主要依賴光電轉化的效率提升，建築設計領域只是配合其一體化安裝，這對建築表皮設計具有指導意義。
對於建築作為清潔能源的使用端，需要通過對建築設計和機電設備的優化，爭取利用環境中的自然能源。對於建築設計領域來說，需要通過科學的設計達到節能降耗的目的。《城鄉建設領域碳達峰實施方案》也提出，2030年前嚴寒和寒冷地區新建居住建築本體要達到83% 的節能要求，其他區域要達到75%的節能要求。建築設計中的布局、朝向、形體、圍護結構等方面都是影響能耗的因素。如果低能耗或近零能耗房屋得以大量建設，這對降低社會總能耗的作用相當可觀。在形體空間上進行科學設計是*經濟的手段，也是節能的源頭環節。