调控中平衡：探寻绿色设计效果的实现路径_刘恒_.pdf

绿色设计需要从本初开始就进行有效地主动调控与平衡，在纷繁复杂的外部条件中找到最适宜的绿色控制要素。面对气候和环境的多元要素，积极应对、主动调节，在平衡中探索最优的解答方案，促使设计有效落地。所以建筑师应在方案创作之初，就应当着眼于有效调节和积极平衡，使一系列被动或主动的设计策略和技术得到恰当的应用。恰当的绿色策略选择，往往成为决定项目设计实现效果的重要条件1，从起初的节能优先走向主动平衡2。本文根据对既往实践经验的归纳总结，提出“顺应-调控-适变-平衡”的绿色设计原则贯穿着建筑的全寿命期，在设计的全过程将环境的要素、使用的需求、能源的消耗、资源的再生、形态的美感等各方面集合在一起，梳理整合达到最佳的可持续性能，以实现绿色低碳策略与技术的综合平衡。1)顺应是对建筑所在环境的延续和资源的最大化利用，与环境共生，避免多余的环境负荷。2)调控是人工构筑对气候环境的利用与规避，在建筑设计过程中选择最适宜的策略，起到放大优势、减少劣势的作用。3)适变是应对未来的发展中的动态变化，从而尽可能地延长建筑的可使用寿命。4)平衡是对环境、资源、使用者的整体协调，决定了建筑全生命周期的低碳表现，保障了设计完成后，项目发展的整合性与完整度，形成一个在有限条件下的形态、空间、性能平衡的最优解。1 自然顺应：建筑与气候、环境的对话顺应不是一种盲目的自然延续，而是有选择、有针对性的利用。在设计过程中，建筑师应主动挖掘现有资源，积极应对并构建实现策略。其中不仅包含了对地域气候的物理环境感知，还包含了对所在环境的生态场景延续或者融入，以及在微气候环境下，建筑物与周围环境的自适应和自我调控能力。1.1 地域气候感知地域气候是绿色建筑形成的前置条件，而绿色设计的策略恰恰应该是从这些风、光、水、热的条件中找到设计的出发点，从宏观到微观进行应对，以体现对场地、布局、空间、功能、界面等建筑要素的回应(图 1)。海口职工活动中心地处夏热冬暖地区，太阳辐射强烈，全年高温且高湿。场地设计对气候环境回应的主要切入点为建筑形体的自遮阳与通风效果。建筑形态与自然环境呼应协调，总体布局则主动感调控中平衡：探寻绿色设计效果的实现路径Balance in Regulation:Exploring the Implementation Approaches of Green Building DesignABSTRACTBased upon a series of green design practices such as Xiongan Design Center,Shanghai Lingang Tourist Center,Dahe Civilization Museum,Haikou Staff Activity Center,this paper discusses how architects in the process of green design find the most appropriate green control elements from the environment to generate the overall regulation and balance strategies,and form effective and active green building design strategies in response to the environment,resources and user that testify post-evaluation testing data.KEY WORDSfollowing nature;proactive regulation;dynamic adaptation;diversity and balance;green integrated design摘 要结合雄安设计中心、上海临港游客中心、大河文明馆、海口职工活动中心等一系列实践项目，论述建筑师在绿色设计的过程中，如何从项目所处的环境入手获得最适宜的绿色控制要素，生成总体的调控和平衡策略，并通过项目后评估检测数据的验证，形成主动应对环境、资源、使用者的有效绿色建筑设计策略。关键词自然顺应；主动调控；动态适变；多元平衡；绿色整合设计 刘恒 LIU Heng 1 徐风 XU Feng 1 李珺杰 LI Junjie 2 (通讯作者)作者单位1 中国建筑设计研究院有限公司 绿色建筑设计研究院(北京，100044)2 北京交通大学建筑与艺术学院(北京，100044)收稿日期2023/02/25DOI:10.19819/ki.ISSN0529-1399.202306005建筑学报 2023 06特集 主动式建筑的理念与本土实践Special Issue The Concept and Local Practices of the Active House032浮于场地之上，减少大面积封闭混凝土底板对原有生态的不可逆覆盖。此举也是对现场土壤表层松软、含水量大、地耐力较差的合理回应。悬浮于生态本底之上的建筑屋顶，根据不同景观朝向起伏变化，仿佛对周边自然景观的环境切片，构成了一幅连续曲折的自然画卷。建筑漂浮起来，场地的生态景观与建筑的内部空间连接在一起，实现了空间视景的连续，构建了区域的海绵体系，最大化地节约了水资源、创造了生态绿景(图 4)。2 主动调控：把控绿色设计的核心策略建筑作为一个具有主动调控功能的生命体，还应体现在对有限资源的节约(图 5)。而主动调控的目的在于使人工构筑物充分利用气候环境的条件或是遮蔽不利气候的影响，放大优势减少劣势，降低建造的用能消耗并提升室内的环境品质。主动调控是建筑师从宏观策略层面来定位绿色建筑的实现路径，从而保障实现效果。有效的调控策略往往能够创造有利的前置条件，对环境、资源、2 海口职工活动中心设计策略3 大河文明馆围绕场地现存地貌展开的设计策略1 建筑与自然气候、环境的顺应对话示意知地域的气候特质。建筑通过上大下小、层层出挑的空间原型回应气候特点，屋檐顺应光照遮挡过剩的太阳辐射，创造更多的檐下活动空间，建筑自遮阳室外空间覆盖率达到54%以上。底层架空加大通风，85%的室外檐下空间风速 3m/s，解决建筑的湿热问题(图 2)。1.2 场地生态延续建筑物的出现往往成为了自然生态的破坏要素，把人工与自然对立起来。绿色设计，从概念出发则恰恰顺应自然的脉络和基底，让建筑努力地成为大自然的一部分，从而延续自然生态系统的多样性。例如位于广阳生态岛的大河文明馆延续周边环境的肌理，以半覆土的状态进行搭建，将场地生态串联起来，建筑的消隐使之与自然融为一体(图 3)。在上海临港星空之境主题公园游客服务中心(别名“零碳纸飞机”，以下简称临港游客中心)项目中，环境中天空、芦苇、水面三者构成的强烈“水平性”特征，建筑以何种姿态介入场地原有地平线，成为设计策略思考的起点。“轻盈”“漂浮”“穿过”等关键词明确后，设计采用以一种“轻介入”的方式通过最少量的独立柱基点式生根，让建筑悬4 零碳纸飞机悬浮于自然场地的设计策略环境融入气候回应自然态势既有环境顺应地形高差转换机理路径自然通风漂浮屋面取景框桩基山体现状堆坡隆起196.9196.9191191放坡下挖191191189189空间拓展自然采光排水蓄水遮阳防潮保温屏蔽基本强排体量地面逐级递升，连续开放平台景观覆盖平台，檐下展开活动置入功能需求，高低错落空间屋面覆盖遮阳，规避强烈日照碳中和目标可再生能源利用033ARCHITECTURAL JOURNAL行为、需求这些基础要素进行直接把控3-4。2.1 定位绿色设计方向绿色建筑设计是对多元复杂要素的整合过程，每个项目不可能在各个方向面面俱到，有的强化地域环境的融入、气候特点的回应；有的则积极尝试空间调蓄与耦合关系；有的关注建造工艺、低碳装配与材料再生；也有的更多注重在科技和技术的智慧应用等，设计往往需要在其中选择最适宜的策略，定位项目在绿色低碳领域的主要方向。雄安设计中心项目在既有建筑改造中选择了微介入、少拆除，既实现最小的建筑垃圾排放，又创造了生态人性的空间与富有特色的绿色环境(图 6)。重庆大河文明馆项目在自然丰富的生态环境中强化与气候和地貌的结合，利用地势、延续生态、导风理水，半地下覆土空间采用异型清水混凝土的一次性浇筑完成，实现了长寿化、少装饰，也是项目最主要的绿色生成策略。2.2 分解空间用能类型半室外空间(非采暖/空调空间)等过渡性空间为绿色设计塑造了更多的可能性，同时这些与自然相接的、开放的空间既减少了设备用能区域，也可以带给人们不一样的生态体验。我们可以有针对性地设置用能阶梯，在保证人员长期停留空间的舒适度的同时，适度降低过渡性和短期停留空间性能需求。对空间性能的再定义也为空间塑造提供了多样性，并为大幅降低整个建筑在全周期的用能总量提供了条件。上文提到的临港游客服务中心项目中，经测算每年可节约用电14.16万kWh。设计将屋檐下70%的空间(约1750m2)定义为室外非空调空间，设置开放展厅、咖啡简餐区、活动发布舞台等，同时减少对设备的使用，通过空间布局进行环境用能与舒适度的调控，降低建筑能耗；将工作区域等需要长时间停留空间定义为空调用能空间(图 7)。电动车换乘休息区区域设置室外喷雾降温装置，确保炎热季节的舒适性。2.3 环境感知与调节在调控过程中更好地了解使用者的行为，可以保证设计策略能够真正有效落地。如通过智慧管控进行高效优化，以匹配绿色设计中相应的空间与设施。在尽可能地利用自然通风的同时，使用者把控开窗对流的时机，获得最大舒适性，对空调，对温、湿度，CO2等的监控和及时的反馈也非常有意义；再者可以通过对自然光的感知调控内外灯光开闭，办公空间中人的来去停留，也可以决定电器设施的开闭，通过精细化的分区设置减少不必要能耗。建筑师需要在整体设计之初就能做好有效的部署与调节，对使用者在全寿命期绿色减碳的行为进行调控与引导。笔者所在的绿色建筑设计研究院“绿之屋”低碳办公空间改造中，通过智慧管控和感知调节系统，建立了一套全周期循环的调控逻辑框架，包括“感知-传输-存析-反馈”4 个层面。对空间、气流、声音、温度、行为的变化进行环境“感知”与信息收集；将所收集的数据传输到统筹管控的中枢8“绿之屋”低碳办公空间智慧感知调控系统照明根据热辐射红外感应自动调节开启7 临港游客中心分解用能/非用能空间示意5 主动调控：把控绿色设计的核心策略示意6 雄安设计中心项目：建筑的主动调控策略示意空间调蓄低碳结构用能定义空间调控过渡空间尺度匹配功能适变结构本体优化围护拆除的混凝土碎渣块混凝土废渣石笼墙主体改造示意生态交往空间一体化构件循环再生能源利用入口檐廊替使用者遮风挡雨的同时，在过渡季也兼具导风作用，加快建筑外界面的通风与热交换作用长时间停留空调房间 短时间停留檐下空间办公区屋顶休憩空间展廊会议中心共享平台原建筑-主楼水培温室废渣石笼墙海绵水池电动车租赁屋顶平台具导风作用，加快建筑外界面的通风与热交换作用装配式幕墙保留建筑金属网篮球场光伏遮阳棚入口檐廊替使用者遮风挡雨的同时，在过渡季也兼海绵花园生态木暖廊水培温室在一定程度上满足自给自足主楼南侧设置的暖廊，形成的空腔大幅提高原建筑的外围护性能建筑学报 2023 06特集主动式建筑的理念与本土实践Special Issue The Concept and Local Practices of the Active House034平台；基于智能算法进行数据分析，并形成云端存储；将已完成分析验证的数据反馈到智能终端设备，通过设备同步中枢平台的调控。完整的智慧化调控体系让整体的管控系统平稳、高效地发挥作用，以智慧手段实现低碳目标的基础生态与底层逻辑(图 8)。3 动态适变：全周期需求的可变适应建筑的动态调节可分为 3 种类型。第 1类是相对于气候变化和建筑环境之间的动态平衡。与气候相适应的动态调节是一种类生物体的“应激”反应，其本质体现为“因变而变”的动态应变。建筑中的可变调节即是利用各个具有可调节特性