赵会彦,谭富微

(武汉工业学院土木工程与建筑学院,湖北武汉 430023)

在节能、低碳成为建筑业实施可持续发展战略的重要举措背景下,建筑节能的措施、方法的研究成为大家越来越关注的问题。住宅作为大量性建筑,不但是降低建筑能耗的重点对象,而且具有建筑造价不宜过高而居住条件要求却越来越高等众多特点,从而成为建筑节能研究的一大类别。此外,住宅建筑的节能固然很重要,但却不能为此而牺牲居住的健康舒适性,即宜居性。既节能又宜居的住宅设计符合降低建筑能耗和提高居住质量的双重要求,因此,“节能”和“宜居”成为当前住宅建筑设计的特点和方向。

住宅建筑的节能、宜居设计应结合当地的用地条件,因地制宜地采取不同的设计策略和方法。武汉市辖区 8494 km2,在这片广袤的土地上,各地的用地条件差别较大。为了使设计更具针对性,也为了用较小的经济投入换取更高的“节能”和“宜居”效果,本文以影响设计的用地条件为依据,对武汉市进行区域划分,然后针对各分区,简要提出其住宅建筑节能宜居设计的策略。

1 基于“建筑密度与水面多少”的武汉市区划

1.1 区划影响因素的选取

影响住宅建筑节能、宜居设计的用地条件包括建设条件和自然条件。

建设条件又包含多种因素,如城市的建设现状、经济社会发展水平等。为方便研究,本文选取了其中的一个作为依据,即建设现状中的建筑密度。因为它反映了住宅建筑周边大环境的用地和建设现状,并将直接影响到住宅单体采取何种具体的节能、宜居措施,间接影响到业主对建筑采取节能、宜居措施所愿意承受的经济支出等。例如,对于两栋同样建筑面积的住宅建筑,一栋位于建筑密度高、土地开发利用强度高的市中心区,另一栋位于建筑密度较低、土地开发利用强度不高的非中心区,二者若要实现相同的节能效果,前者需要投入数倍于后者的资金,尽管如此,前者的宜居程度却要远远低于后者。所以,考虑到建设资金的投入、方案实施的可行性,建筑密度是关系到住宅建筑节能宜居设计方法选择的一个重要因素。

自然条件也包含诸多因素,如气候、水文、地质、地形等。本文选取了水文条件中的水面多少作为另一个主要影响因素。选取这个条件的原因,一方面是因为水是武汉自然条件的一大特色 (武汉被誉为“百湖之市”),并且自始至终影响着武汉的城市格局、建筑设计等;另一方面是因为水面的多少对住宅建筑的“宜居”度、“节能”效果也产生非常重要的影响。

1.2 基于“建筑密度与水文条件”的武汉市区划

在 2008年武汉市用地现状图 (如图1)的基础之上,以上面两个因素为依据,即“建筑密度与水面多少”,对武汉市进行区域划分,可将武汉市划分为7个分区,如图2所示,分别如下。

图1 2008年武汉市用地现状图

图2 基于“建筑密度与水面多少”的武汉市区划图

Ⅰ区：建筑较为密集、土地开发利用强度较大、水面较少地区。

Ⅱ区：建筑较为密集、水面较多地区。

Ⅲ区：建筑密集程度一般、水面较少地区。

Ⅳ区：建筑密集程度一般、水面较多地区。

Ⅴ区：建筑密集程度较低、水面较少地区。

Ⅵ区：建筑密集程度较低、水面较多地区。

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Ⅶ区：建筑稀少、水面较多或较少地区。

2 各分区住宅的节能宜居设计策略

2.1 设计的总体目标和指导原则

结合武汉冬夏两季较长,夏天闷热,冬季湿冷的气候特点[1],住宅建筑节能宜居设计的总体目标定为：夏季以隔热、降温为主;冬季以保温、适当取暖为主;春秋两季则以自然通风为主。

总体指导原则：一是最大程度的利用自然条件;二是结合经济条件适当辅助使用现代科学技术。

设计的两个着手点：一是从住宅建筑群体布局设计入手,即居住区规划,旨在使住宅建筑单体拥有一个良好的大环境,从而为其节能、宜居设计创造更加优越的条件;二是从住宅建筑单体设计入手,在大环境一定的情况下,通过新型建筑材料和现代科学技术的运用,让住宅拥有更加节能、宜居的效果。

2.2 各分区相应的设计策略

针对各分区提出相应的住宅建筑节能、宜居设计策略,分别如下。

Ⅰ区：主要位于城市核心区。为了提高土地利用率,该区的住宅建筑大多以高层的形式存在,且呈现出两种状态,一是结合商业及其他功能建筑以整体式进行布置,二是以小区的组团式进行布置,但通常小区的用地规模不大,甚至多相当于一个居住组团的用地规模。

对于后者而言,小区宜采用高层低密度的设计方案,在条件适宜情况下,住宅建筑宜以板式高层、底层架空、南偏东 30°至南偏西 30°(最好是正南至南偏东 15°)[2]的朝向为好,以利于加强住宅内部的自然通风;在东、南临道路一侧宜采用点式高层,底层架空,以利于东南风 (武汉夏季的盛行风向)深入小区内部,同时丰富城市景观;小区低密度设计,大量建筑底层架空,还利于将大面积土地进行绿化,进而改善居住环境。此外,还可以在小区内结合地形适当布置一定面积的水面,这将利于小区的雨水排放、水在小环境的自然循环。而在建筑单体设计方面,可以参考前者尽量多的运用节能技术。

Ⅱ区：位于城市中心区。该区的居住多以小区的形式出现,因此,住宅建筑节能、宜居设计主要应从两个方面入手,一是建筑群体布局对水文条件和气候条件的利用,二是建筑单体对节能技术的运用。其中,建筑群体布局对水文条件的利用可从两个方面着手进行,一是尽量将水作为居住小区规划的一个要素,通过将天然的湖泊、河流等水体引入小区,与小区绿化相结合进行布置,共同发挥改善环境、丰富景观的功效;二是将水作为居住小区规划的周边大环境要素,通过小区总体布局、建筑高度控制等规划手法,使得湖泊、河流等大面积水体对改善居住环境的功效发挥到最大,如图3、图4所示。有关建筑单体对节能技术的应用方面,因为该区位于城市中心区,建筑密度较高,人口活动强度较大,因此,建筑单体宜在群体布局之下尽量应用更多的节能技术,如水源热泵等,具体内容可参考Ⅰ区。

图3 小区总体布局示意 (以道路和绿地为例)

图4 建筑高度控制示意

Ⅲ区：基本上位于远城区或市区边缘 (青山片区)。该区尽管水面较少,但周边大面积的农田为其提供了天然的绿化大屏障,为创造宜居环境提供了不可多得的条件。此外,该区用地相对主城区充裕,建筑密集程度一般,因而,该区住宅建筑节能宜居设计的重点应是对用地条件的充分利用,并适当辅助部分节能技术。

具体说来,即在小区规划中综合考虑气候、地形等条件,在此基础之上,进行合理的总体布局,使小区整体环境达到最优。当住宅建筑本身处于一个较好的小区环境中时,其节能的任务就大大减少,而宜居程度相反却大大提高。此时,若再针对冬夏气候特点辅以适当的节能技术,则可确保住宅全年节能、宜居。例如,将小区主要道路平行于东南风 (武汉夏季的盛行风)的方向进行布置,这样可以形成风道。若在小区的东南方向再布置楔形集中绿地,则从镇区外农田吹来的湿润、清新的空气可借助楔形绿地、道路长驱直入,深入镇区,到达每一栋住宅,有效缓解夏季的炎热酷暑。此外,该区的建筑单体最好采用经济支出不高、简单易行的节能方法,如采用墙面绿化、太阳能供热水、空调采暖制冷等。

而对于青山片区,由于武钢企业的工业污染较重,为了降低工业排放的废气对居住产生的污染影响,除了在城市建设层面于工业用地和居住用地之间规划大量的绿化隔离带之外,在居住小区的建设中也应特别加大绿化建设,尤其是在小区与武钢生产地之间的位置密植大量吸收该工业废气的树木。

Ⅳ区：主要位于中心区外围的市区,建筑密集程度一般、水面较多。该区居住以小区形式居多,用地条件较好。主要体现在两个方面：一是小区的用地开发强度要低于市中心区的居住小区;二是该区更加接近大自然,即小区外围环境优越于市中心区的大环境。在此二者的协同作用之下,该区较市中心区的住宅建筑的节能、宜居设计任务要大为降低,这是该区在设计中的优势。同时,我们也要看到,伴随此优势并存的劣势,即由于多种因素造成的该区居民对于住宅建筑节能、宜居设计的经济承受能力也远较市中心区的低。所以,在设计中,综合考虑该区的优势和劣势,采取相应的措施,使得其住宅建筑节能、宜居设计做到扬长避短,在兼顾功能的前提下,因为更加经济、可行而得到应用推广。

因此,该区住宅建筑的节能、宜居设计重点是充分利用其用地条件优势,最大限度地发挥用地条件在改善住宅建筑单体环境方面的功能和效用,以降低建筑单体对高科技技术的依赖程度以及相应的成本支出。也就是说,从小区空间布局、建筑组合、交通组织、绿地设计等各个方面,围绕如何结合地形、利用绿化和水体等从整体到局部进行规划。例如,利用该区容积率不高的区位优势,在小区用地构成中,尽量提高小区的绿地率,营造出“建筑点缀园林”的空间效果和意境;小区的静态交通,宜以地下停车为主,地面 10%的停车位最好结合树木、草坪等,在细节上处理好,做到“车辆”掩映在“树”中的效果;小区内部的绿化设计,不仅要考虑到在小区内部形成一个完整的系统,做到点、线、面相结合等,更要考虑到与小区外部的城市开敞空间相衔接,让从城市开敞空间进来的气流可以顺畅地抵达小区内部……

此外,在节能技术运用方面,最好以小区为单位,采用地源热泵,具体点说,采用水源热泵 (地下水)这种技术更好。因为该区地表水较丰富,地下水位较高,考虑到系统维护运营的各项费用,建议选用以地下水为热源的地源热泵方式。这种方式尽管初期投入较高,但在提高居住舒适度和节约能源、减少污染等方面显然更适合该区这种较集中的居住形式,在制冷及取暖方面更具优势。

Ⅴ区：主要位于偏远城区,多属于丘陵地带。该区周边环境与Ⅲ区相似,但建筑密集程度却较为分散,因此,该区住宅建筑的节能、宜居设计既有与Ⅲ区相似的地方,如应充分利用周边山体、农田、绿化等较好的大环境,也有与Ⅲ区不同的地方,如对环境的利用主要体现在建筑单体而非建筑群体布局上。此外,建筑单体可适当辅助技术较为成熟、造价较低的一些节能措施,如使用太阳能供热水系统、空调采暖制冷等。

Ⅵ区：主要位于远城区和邻近东湖的小部分地区。该区建筑密集程度较低、水面较多,住宅建筑的节能、宜居设计主要体现在建筑单体对水环境的利用上。通过住宅建筑的合理选址、绿化的配合,营造出舒适、宜人的住宅大环境,从而实现节能的另一目标。

Ⅶ区：主要是广大农田和未利用地。该区作为保障城市健康发展的绿化大环境,其生态平衡的保护应是第一位的。因此,该区住宅建筑的节能、宜居设计,也重点体现在住宅融入环境、利用环境、少破坏环境上,更多的是对自然环境的利用,而非节能技术的应用。

以上针对各分区提出的住宅建筑节能、宜居设计策略,基于建设现状、对环境的影响程度以及居民的经济承受能力、技术措施推广的可行性等多方面原因,重点讨论了位于市区的Ⅰ—Ⅳ区,而对于Ⅴ—Ⅶ区,则只提了方向,没有具体探讨其细节,尚待继续深化。

3 结论

总之,不管是哪个区的住宅建筑,其节能、宜居设计首先要考虑适应当地的自然条件,最大程度的利用自然条件。其次,要结合经济条件适当运用现代节能技术,最大限度的利用可再生能源,减少对不可再生能源的利用。只有这样,我们的住宅建筑节能、宜居设计才会因可行性高、可操作性强而得到大面积推广和应用,从而对我们建设低碳社会做出应有的贡献。

[1] 蒋嘉麟,徐实.武汉市志总类志[M].武汉：武汉大学出版社.1998

[2] 李德华.城市规划原理 (第三版)[M].北京：中国建筑工业出版社.2008.