夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略：基于氣候適應(yīng)性與空間效能的探索一、緒論1.1研究背景與緣起在全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的大背景下，建筑節(jié)能已成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。建筑行業(yè)作為能源消耗的大戶，其能耗在全球總能耗中占據(jù)相當(dāng)大的比重，對(duì)環(huán)境的影響也不容小覷。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，建筑能耗約占全球總能耗的30%-40%，其中，建筑運(yùn)行能耗，如采暖、制冷、照明、通風(fēng)等，又占據(jù)了建筑能耗的主要部分。這些能耗不僅導(dǎo)致大量的能源資源被消耗，還伴隨著溫室氣體的排放，加劇了全球氣候變化和環(huán)境污染問(wèn)題。因此，降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展，已成為全球建筑領(lǐng)域的重要課題和發(fā)展趨勢(shì)。大學(xué)校園作為一個(gè)相對(duì)集中的建筑群體，涵蓋了教學(xué)、科研、生活等多種功能，其建筑能耗總量龐大且具有復(fù)雜性。校園內(nèi)的教學(xué)樓、圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)樓、學(xué)生宿舍、食堂等各類建筑，由于功能和使用時(shí)間的不同，能耗特征也各不相同。教學(xué)樓在上課時(shí)間內(nèi)，照明、空調(diào)、多媒體設(shè)備等的使用頻率較高；圖書(shū)館則需要保持全年適宜的溫濕度環(huán)境，以保護(hù)書(shū)籍和提供舒適的閱讀空間，這使得其能耗需求較為穩(wěn)定；學(xué)生宿舍在夏季制冷和冬季取暖時(shí)的能耗較為突出，且用電高峰時(shí)段集中在晚間休息時(shí)間；實(shí)驗(yàn)樓由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的特殊要求，往往需要持續(xù)的能源供應(yīng)，其能耗強(qiáng)度相對(duì)較大。以我國(guó)部分高校為例，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，某綜合性大學(xué)的校園年總能耗折合成標(biāo)準(zhǔn)煤可達(dá)數(shù)萬(wàn)噸，其中電力消耗占比約40%-50%，主要用于照明、空調(diào)和各類設(shè)備的運(yùn)行；熱力消耗占比約30%-40%，主要用于冬季供暖和生活熱水供應(yīng)。隨著高等教育的不斷發(fā)展和校園規(guī)模的日益擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)增加、教學(xué)科研設(shè)施不斷更新完善，校園建筑能耗呈持續(xù)上升趨勢(shì)。這種高能耗現(xiàn)狀不僅給學(xué)校帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也與當(dāng)前倡導(dǎo)的節(jié)能減排、綠色發(fā)展理念背道而馳。因此，開(kāi)展大學(xué)校園建筑節(jié)能工作迫在眉睫，對(duì)于實(shí)現(xiàn)校園的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。院落空間作為大學(xué)校園建筑中的重要組成部分，在校園環(huán)境中具有獨(dú)特而重要的地位和作用。從空間形態(tài)上看，院落空間是由建筑物圍合而成的相對(duì)獨(dú)立的室外空間，它既與周邊建筑緊密相連，又具有自身的空間完整性和領(lǐng)域感，是建筑與外部環(huán)境之間的過(guò)渡區(qū)域。在功能方面，院落空間為師生提供了豐富多樣的活動(dòng)場(chǎng)所，滿足了多種行為需求。課間休息時(shí)，師生可以在院落中散步、聊天、放松身心，緩解學(xué)習(xí)和工作的壓力；課余時(shí)間，院落可作為學(xué)生進(jìn)行戶外活動(dòng)、社團(tuán)聚會(huì)、文化交流等的場(chǎng)地，促進(jìn)了師生之間的互動(dòng)與交流，增強(qiáng)了校園的活力和凝聚力。同時(shí)，院落空間還具有重要的景觀價(jià)值，通過(guò)合理的綠化、景觀小品布置，可以營(yíng)造出優(yōu)美宜人的校園環(huán)境，提升校園的整體形象和品質(zhì)。在能源利用和環(huán)境調(diào)節(jié)方面，院落空間也發(fā)揮著不可忽視的作用。合理設(shè)計(jì)的院落空間能夠有效利用自然通風(fēng)、采光和遮陽(yáng)等自然條件，減少對(duì)人工能源的依賴，從而降低建筑能耗。例如，通過(guò)優(yōu)化院落的布局和開(kāi)口方向，可以引導(dǎo)自然風(fēng)進(jìn)入建筑內(nèi)部，改善室內(nèi)通風(fēng)條件，減少空調(diào)設(shè)備的使用時(shí)間和能耗；利用院落周邊的樹(shù)木、植被和建筑陰影進(jìn)行遮陽(yáng)，可降低室內(nèi)溫度，減少夏季制冷能耗；良好的院落采光設(shè)計(jì)則能充分利用自然光，減少白天照明用電。此外，院落空間還能調(diào)節(jié)局部微氣候，如通過(guò)綠化植物的蒸騰作用和水體的蒸發(fā)，降低周邊環(huán)境溫度，增加空氣濕度，改善校園的熱舒適性。在夏熱冬冷地區(qū)，氣候條件復(fù)雜多變，夏季炎熱且濕度高，冬季寒冷又較為潮濕，這種氣候特點(diǎn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。在該地區(qū)的大學(xué)校園建筑中，由于缺乏科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，院落空間的節(jié)能潛力尚未得到充分挖掘和利用。部分校園院落空間存在布局不合理的問(wèn)題，導(dǎo)致自然通風(fēng)不暢，夏季室內(nèi)悶熱，不得不依賴空調(diào)降溫，增加了能耗；有些院落的采光設(shè)計(jì)不佳，冬季無(wú)法充分利用陽(yáng)光提高室內(nèi)溫度，同時(shí)又缺乏有效的保溫措施，使得室內(nèi)熱量散失過(guò)快，需要消耗大量能源用于供暖。此外，該地區(qū)校園院落空間在遮陽(yáng)、隔熱、防風(fēng)等方面也存在諸多不足，進(jìn)一步加劇了建筑能耗問(wèn)題和室內(nèi)熱環(huán)境的不舒適性。因此，針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間開(kāi)展被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和緊迫性。通過(guò)深入分析該地區(qū)的氣候特點(diǎn)和大學(xué)校園院落空間的現(xiàn)狀問(wèn)題，運(yùn)用被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念和方法，探索出適宜的設(shè)計(jì)策略，不僅能夠充分發(fā)揮院落空間在建筑節(jié)能和環(huán)境調(diào)節(jié)方面的優(yōu)勢(shì)，有效降低校園建筑能耗，改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，為師生創(chuàng)造更加舒適、健康的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，還能為我國(guó)其他地區(qū)大學(xué)校園建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供有益的借鑒和參考，推動(dòng)整個(gè)建筑行業(yè)朝著綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀剖析1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)的研究起步較早，理論體系較為完善。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)促使各國(guó)開(kāi)始重視建筑節(jié)能，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生。德國(guó)率先提出被動(dòng)房的概念，并形成了相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。被動(dòng)房強(qiáng)調(diào)通過(guò)被動(dòng)式技術(shù)手段，如高效的保溫隔熱、良好的氣密性、無(wú)熱橋設(shè)計(jì)、帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)等，在保證室內(nèi)環(huán)境舒適的前提下大幅度降低建筑能耗。德國(guó)被動(dòng)房研究所（PHI）在被動(dòng)房的研究和推廣方面發(fā)揮了重要作用，其制定的被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)成為全球許多國(guó)家和地區(qū)借鑒的典范。在實(shí)踐方面，德國(guó)、奧地利、瑞士等歐洲國(guó)家擁有大量的被動(dòng)式建筑項(xiàng)目。德國(guó)的弗萊堡沃邦社區(qū)被譽(yù)為被動(dòng)式建筑的典范，該社區(qū)采用了高效的保溫隔熱材料、太陽(yáng)能利用、自然通風(fēng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極低的能耗。此外，英國(guó)的貝丁頓社區(qū)也是可持續(xù)發(fā)展和被動(dòng)式設(shè)計(jì)的成功案例，通過(guò)能源自給自足、水資源循環(huán)利用、綠色交通等措施，減少了對(duì)外部能源的依賴，降低了碳排放。除了歐洲，其他國(guó)家也在積極探索被動(dòng)式設(shè)計(jì)。美國(guó)的勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）開(kāi)展了大量關(guān)于建筑節(jié)能和被動(dòng)式設(shè)計(jì)的研究，研發(fā)出一系列先進(jìn)的建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品。日本則結(jié)合本國(guó)的氣候特點(diǎn)和建筑文化，發(fā)展出具有本土特色的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方法，如注重自然通風(fēng)、遮陽(yáng)和隔熱的設(shè)計(jì)策略，以及利用太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹募夹g(shù)應(yīng)用。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，隨著建筑節(jié)能工作的不斷推進(jìn)，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)的研究逐漸增多。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)該地區(qū)的氣候特點(diǎn)，從建筑規(guī)劃、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然通風(fēng)、太陽(yáng)能利用等多個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。在建筑規(guī)劃方面，研究如何合理布局建筑，利用自然地形和周邊環(huán)境，優(yōu)化建筑朝向和間距，以實(shí)現(xiàn)良好的自然通風(fēng)和采光，減少建筑能耗。例如，通過(guò)模擬分析不同建筑布局和朝向?qū)ψ匀煌L(fēng)和采光的影響，提出適宜該地區(qū)的建筑規(guī)劃策略。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面，重點(diǎn)研究高效保溫隔熱材料的應(yīng)用和構(gòu)造設(shè)計(jì)，以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。如對(duì)新型保溫材料的性能測(cè)試和應(yīng)用研究，以及對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少熱橋效應(yīng)。在自然通風(fēng)方面，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）等技術(shù)手段，研究建筑內(nèi)部和外部的氣流組織，優(yōu)化建筑開(kāi)口位置和大小，設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)構(gòu)造，提高自然通風(fēng)效果。例如，通過(guò)CFD模擬分析不同通風(fēng)策略下室內(nèi)外空氣流動(dòng)情況，提出優(yōu)化自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)方案。在太陽(yáng)能利用方面，研究太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用形式和技術(shù)集成，如太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)等。對(duì)于大學(xué)校園院落空間的研究，國(guó)內(nèi)主要集中在空間形態(tài)、功能布局、景觀設(shè)計(jì)和文化內(nèi)涵等方面。在空間形態(tài)研究中，分析大學(xué)校園院落空間的類型、尺度和比例關(guān)系，探討如何塑造宜人的空間環(huán)境。在功能布局方面，研究如何根據(jù)師生的使用需求，合理規(guī)劃院落空間的功能分區(qū)，提高空間的使用效率。在景觀設(shè)計(jì)方面，注重植物配置、水體設(shè)計(jì)和景觀小品的營(yíng)造，打造優(yōu)美的校園景觀。在文化內(nèi)涵方面，挖掘校園的歷史文化底蘊(yùn)，將文化元素融入院落空間設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)校園的特色和精神內(nèi)涵。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足目前，國(guó)內(nèi)外在建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)方面取得了豐碩的成果，為夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的被動(dòng)式設(shè)計(jì)提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在夏熱冬冷地區(qū)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)研究中，雖然對(duì)各項(xiàng)被動(dòng)式技術(shù)進(jìn)行了深入研究，但針對(duì)大學(xué)校園院落空間這一特定建筑類型的被動(dòng)式設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性。在大學(xué)校園院落空間研究中，主要側(cè)重于空間形態(tài)和功能布局等方面，對(duì)能源利用和環(huán)境調(diào)節(jié)的研究不夠深入，未能充分挖掘院落空間在建筑節(jié)能方面的潛力。因此，本文將針對(duì)這些不足，以夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間為研究對(duì)象，深入探討其被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，以期為該地區(qū)大學(xué)校園建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供有益的參考。1.3研究范疇界定本研究中的夏熱冬冷地區(qū)，依據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-2016的熱工設(shè)計(jì)分區(qū)，其范圍大致為隴秦豫海鐵路為北界線，嶺南為南界線，四川盆地為東界線，主要涵蓋上海、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、四川、貴州、江蘇、河南、福建、陜西、甘肅、廣東、廣西等16個(gè)省、市及自治區(qū)。該地區(qū)氣候特征顯著，夏季因緯度較低、太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，許多城市溫度普遍較高，最熱月平均溫度在30℃左右，極端最高氣溫普遍在35℃以上，空調(diào)度日數(shù)（CDD26）值普遍在200左右；冬季受西伯利亞刮向太平洋冷風(fēng)影響，且冷空氣受南部東南丘陵阻擋產(chǎn)生回流，導(dǎo)致溫度較低，最冷月平均溫度在5℃左右，極端最低氣溫普遍在0℃以下，采暖度日數(shù)（HDD18）值普遍在1500左右，且大多未采用集中供暖，室內(nèi)較為寒冷。此外，該地區(qū)全年濕度較高，相對(duì)濕度全年都在70%以上，夏季高溫高濕，冬季潮濕陰冷；太陽(yáng)輻射方面，大部分范圍屬于光氣候IV類地區(qū)，全年日照平均在30%-50%之間，其中四川南部和貴州北部地區(qū)不足30%，冬季日照缺乏。大學(xué)校園院落空間是由校園內(nèi)建筑物圍合而成的相對(duì)獨(dú)立的室外空間，它既與周邊建筑緊密相連，是建筑與外部環(huán)境之間的過(guò)渡區(qū)域，又具有自身的空間完整性和領(lǐng)域感。從空間類型上，可依據(jù)其在校園建筑中所處空間位置，劃分為前庭、內(nèi)庭、中庭、后庭以及屋頂花園等；根據(jù)校園建筑對(duì)其圍合程度的不同，分為封閉式庭院、半封閉式庭院、開(kāi)敞式庭院等；按照空間屬性，還可分為公共型庭院、半私密型庭院、私密型庭院等。在功能上，院落空間為師生提供了豐富多樣的活動(dòng)場(chǎng)所，滿足課間休息、課余活動(dòng)、社團(tuán)聚會(huì)、文化交流等多種行為需求，同時(shí)具有重要的景觀價(jià)值，能營(yíng)造優(yōu)美宜人的校園環(huán)境，提升校園整體形象和品質(zhì)。本研究聚焦于夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園內(nèi)新建或改造的教學(xué)、辦公、科研等功能建筑所圍合形成的院落空間。這些功能建筑是校園活動(dòng)的核心場(chǎng)所，人員流動(dòng)頻繁，功能復(fù)雜，其院落空間的使用頻率和對(duì)能源環(huán)境的影響較為突出。例如教學(xué)樓院落，在課間休息時(shí)人員集中，需要良好的通風(fēng)和舒適的微氣候環(huán)境；辦公建筑院落則需要相對(duì)安靜、私密的空間，同時(shí)兼顧自然采光和遮陽(yáng)。通過(guò)對(duì)這些院落空間的被動(dòng)式設(shè)計(jì)研究，能夠有效提升其能源利用效率，改善室內(nèi)外熱環(huán)境，為師生創(chuàng)造更加舒適、健康的學(xué)習(xí)和工作環(huán)境，也能為校園其他類型建筑院落空間的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。1.4研究目的與價(jià)值探尋本研究旨在深入剖析夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貜?fù)雜多變的氣候條件，從被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念出發(fā)，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和先進(jìn)技術(shù)手段，提出一套科學(xué)、系統(tǒng)且具有高度針對(duì)性和可操作性的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略。通過(guò)這些策略的實(shí)施，充分挖掘院落空間在能源利用和環(huán)境調(diào)節(jié)方面的潛力，有效降低大學(xué)校園建筑的能耗，減少對(duì)人工能源的依賴，緩解能源緊張局面。同時(shí)，改善校園院落空間及周邊建筑室內(nèi)的熱環(huán)境質(zhì)量，提高師生在學(xué)習(xí)、工作和生活中的舒適度，營(yíng)造健康、宜人的校園環(huán)境，促進(jìn)師生的身心健康和全面發(fā)展。在理論層面，本研究有助于豐富和完善建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論體系。目前，建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論在一般性建筑研究中已取得一定成果，但針對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間這一特定領(lǐng)域的研究尚顯薄弱。通過(guò)本研究，深入探討該地區(qū)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)的原理、方法和技術(shù)應(yīng)用，填補(bǔ)相關(guān)理論空白，為后續(xù)學(xué)者在類似領(lǐng)域的研究提供重要的理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)，推動(dòng)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)理論在不同建筑類型和氣候區(qū)域的深入發(fā)展和應(yīng)用。在實(shí)踐層面，本研究成果對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。為校園新建建筑院落空間的設(shè)計(jì)提供明確的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)指標(biāo)，使設(shè)計(jì)師在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段能夠充分考慮被動(dòng)式設(shè)計(jì)因素，合理布局建筑和院落空間，優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)施，提高能源利用效率，降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)于既有校園建筑院落空間的改造和優(yōu)化，本研究提供了具體的改造策略和技術(shù)措施，有助于提升既有院落空間的性能和品質(zhì)，使其更好地適應(yīng)現(xiàn)代校園的功能需求和節(jié)能要求。此外，本研究成果還可為該地區(qū)其他類型建筑的院落空間設(shè)計(jì)提供有益的借鑒和參考，推動(dòng)整個(gè)地區(qū)建筑行業(yè)朝著綠色、節(jié)能、可持續(xù)的方向發(fā)展。1.5研究方法與架構(gòu)搭建本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的全面性、科學(xué)性和深入性。文獻(xiàn)研究法是研究的基礎(chǔ)，通過(guò)廣泛收集和整理國(guó)內(nèi)外關(guān)于建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)、夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能以及大學(xué)校園院落空間設(shè)計(jì)等方面的學(xué)術(shù)論文、專著、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、研究報(bào)告等資料，全面了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和前沿動(dòng)態(tài)，梳理已有研究成果和存在的不足，為本研究提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐和研究思路。案例分析法有助于從實(shí)際項(xiàng)目中獲取經(jīng)驗(yàn)和啟示。選取國(guó)內(nèi)外具有代表性的大學(xué)校園建筑及其他類型建筑中成功應(yīng)用被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念的院落空間案例，對(duì)其設(shè)計(jì)策略、技術(shù)應(yīng)用、實(shí)施效果等方面進(jìn)行深入剖析。通過(guò)實(shí)地考察、查閱項(xiàng)目資料、與設(shè)計(jì)師和相關(guān)人員交流等方式，詳細(xì)了解案例的設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)過(guò)程、實(shí)際運(yùn)行情況以及面臨的問(wèn)題和解決方法。分析不同案例在適應(yīng)氣候條件、滿足功能需求、實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)等方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)可供本研究借鑒的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。實(shí)地調(diào)研法是深入了解夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間現(xiàn)狀的重要手段。選擇該地區(qū)多所典型的大學(xué)校園，對(duì)其院落空間進(jìn)行實(shí)地勘查和測(cè)量。運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)觀察、問(wèn)卷調(diào)查、訪談等方法，收集院落空間的布局、尺度、建筑圍合方式、綠化景觀、設(shè)施配置等方面的信息，了解師生對(duì)院落空間的使用需求、滿意度以及在能源利用和環(huán)境調(diào)節(jié)方面存在的問(wèn)題。實(shí)地調(diào)研獲取的第一手資料能夠真實(shí)反映該地區(qū)大學(xué)校園院落空間的實(shí)際情況，為后續(xù)的策略研究提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。模擬分析法則借助專業(yè)的建筑性能模擬軟件，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間在不同設(shè)計(jì)方案下的自然通風(fēng)、采光、遮陽(yáng)、熱環(huán)境等性能進(jìn)行模擬分析。通過(guò)建立建筑模型，輸入該地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、院落空間形態(tài)等信息，模擬不同季節(jié)、不同時(shí)段院落空間及周邊建筑室內(nèi)的氣流組織、溫度分布、采光效果等情況。根據(jù)模擬結(jié)果，定量分析不同設(shè)計(jì)因素對(duì)院落空間能源利用和環(huán)境調(diào)節(jié)的影響，評(píng)估設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，為優(yōu)化設(shè)計(jì)策略提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。基于上述研究方法，本研究搭建了如下研究框架：首先，通過(guò)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)氣候特點(diǎn)的分析，以及對(duì)大學(xué)校園院落空間的類型、功能、現(xiàn)狀問(wèn)題的研究，明確研究的重點(diǎn)和方向，為后續(xù)策略研究奠定基礎(chǔ)。其次，從規(guī)劃布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然通風(fēng)、太陽(yáng)能利用、綠化景觀等多個(gè)方面，深入探討適用于該地區(qū)大學(xué)校園院落空間的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，并運(yùn)用模擬分析等方法對(duì)策略進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。然后，選取實(shí)際的大學(xué)校園建筑項(xiàng)目案例，將研究提出的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略應(yīng)用于案例的設(shè)計(jì)或改造中，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施和效果評(píng)估，進(jìn)一步驗(yàn)證策略的可行性和有效性。最后，對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)和展望，歸納研究的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)，分析研究的不足之處，并對(duì)未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的研究方向提出建議。二、夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的基本認(rèn)知2.1大學(xué)校園院落空間的本質(zhì)內(nèi)涵大學(xué)校園作為知識(shí)傳承、人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)創(chuàng)新的重要場(chǎng)所，其發(fā)展歷程伴隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與變革。從古代的書(shū)院、學(xué)府到現(xiàn)代的綜合性大學(xué)，校園的規(guī)模、功能和空間形態(tài)不斷演變。在古代，校園建筑多以庭院式布局為主，注重與自然環(huán)境的融合，追求寧?kù)o、清幽的學(xué)習(xí)氛圍，如中國(guó)古代的岳麓書(shū)院，其庭院空間層次豐富，建筑與山水相依，為師生提供了良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。隨著時(shí)代的發(fā)展，特別是工業(yè)革命以后，大學(xué)校園的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，功能日益復(fù)雜，建筑風(fēng)格也呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)?，F(xiàn)代大學(xué)校園不僅包含教學(xué)、科研、生活等基本功能區(qū)域，還擁有圖書(shū)館、體育館、藝術(shù)中心等多種配套設(shè)施，以滿足師生日益增長(zhǎng)的物質(zhì)和精神需求。在大學(xué)校園的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮多方面的因素。首先，要滿足教育教學(xué)的功能需求，合理布局教學(xué)區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、行政區(qū)等，確保教學(xué)活動(dòng)的順利開(kāi)展。例如，教學(xué)區(qū)應(yīng)具有良好的采光和通風(fēng)條件，便于學(xué)生集中注意力學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)區(qū)則需要根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的要求，配備相應(yīng)的設(shè)施和環(huán)境。其次，要注重校園的交通組織，構(gòu)建便捷、安全的道路系統(tǒng)，方便師生出行。同時(shí)，還要考慮校園的景觀設(shè)計(jì)，營(yíng)造優(yōu)美、宜人的校園環(huán)境，提升校園的文化氛圍和品質(zhì)。一個(gè)綠樹(shù)成蔭、花草繁盛的校園，不僅能給師生帶來(lái)美的享受，還能緩解學(xué)習(xí)和工作的壓力，促進(jìn)身心健康。此外，校園的規(guī)劃設(shè)計(jì)還應(yīng)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，融入信息化、智能化等元素，提高校園的管理效率和服務(wù)水平。校園建筑設(shè)計(jì)遵循著一系列原則，這些原則相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同指導(dǎo)著校園建筑的設(shè)計(jì)實(shí)踐。功能性原則是首要原則，建筑的設(shè)計(jì)必須滿足其使用功能，如教學(xué)樓要合理規(guī)劃教室的布局和大小，滿足教學(xué)活動(dòng)的需要；圖書(shū)館要提供充足的藏書(shū)空間和舒適的閱讀環(huán)境。安全性原則至關(guān)重要，建筑要具備良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和防火、防盜、抗震等安全性能，保障師生的生命財(cái)產(chǎn)安全。節(jié)能環(huán)保原則是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì)，校園建筑應(yīng)采用節(jié)能技術(shù)和環(huán)保材料，降低能耗，減少對(duì)環(huán)境的影響。例如，采用太陽(yáng)能板為建筑提供部分能源，使用保溫隔熱材料減少能源消耗。美觀性原則也不容忽視，建筑的外觀設(shè)計(jì)應(yīng)與校園的整體風(fēng)格相協(xié)調(diào)，體現(xiàn)校園的文化特色和精神內(nèi)涵，給人以美的感受。公共空間在大學(xué)校園中具有不可替代的重要作用，它是師生交流、互動(dòng)、休閑的重要場(chǎng)所，也是校園文化的重要載體。公共空間包括廣場(chǎng)、庭院、綠地、水系等，這些空間不僅豐富了校園的景觀層次，還為師生提供了多樣化的活動(dòng)場(chǎng)所。廣場(chǎng)可以舉辦各種大型活動(dòng)，如開(kāi)學(xué)典禮、畢業(yè)典禮、文藝演出等，增強(qiáng)師生的凝聚力和歸屬感；綠地和水系則能改善校園的生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)局部氣候，為師生創(chuàng)造舒適的學(xué)習(xí)和生活空間。此外，公共空間還能促進(jìn)不同學(xué)科、不同年級(jí)的師生之間的交流與合作，激發(fā)創(chuàng)新思維，推動(dòng)學(xué)術(shù)發(fā)展。院落空間作為大學(xué)校園公共空間的重要組成部分，其發(fā)展脈絡(luò)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。在中國(guó)傳統(tǒng)建筑中，院落空間就占據(jù)著重要地位，它是家庭、家族活動(dòng)的中心，也是社交、禮儀的重要場(chǎng)所。隨著大學(xué)校園的發(fā)展，院落空間逐漸融入校園建筑中，成為校園空間的重要特色。從早期的四合院式校園布局到現(xiàn)代的多元化院落空間設(shè)計(jì)，院落空間的功能和形式不斷演變和豐富。在功能特性方面，院落空間具有領(lǐng)域性、開(kāi)放性和過(guò)渡性。領(lǐng)域性使院落空間成為相對(duì)獨(dú)立的空間單元，為師生提供了一定的私密感和歸屬感；開(kāi)放性則使院落空間能夠與周邊環(huán)境相互融合，促進(jìn)師生之間的交流與互動(dòng)；過(guò)渡性體現(xiàn)在院落空間作為建筑與外部環(huán)境的過(guò)渡區(qū)域，能夠緩沖室內(nèi)外空間的差異，使人們?cè)谛睦砗蜕砩细玫剡m應(yīng)環(huán)境的變化。院落空間的構(gòu)成要素包括建筑、圍墻、地面、綠化、水體、景觀小品等。建筑是院落空間的主體，其布局和形態(tài)決定了院落空間的基本形式；圍墻界定了院落空間的范圍，同時(shí)也具有一定的裝飾和防護(hù)作用；地面的材質(zhì)和鋪裝方式影響著院落空間的質(zhì)感和氛圍；綠化植物不僅能美化環(huán)境，還能調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣；水體如池塘、溪流等，為院落空間增添了靈動(dòng)之美，同時(shí)也能改善局部微氣候；景觀小品如雕塑、亭臺(tái)、廊架等，豐富了院落空間的文化內(nèi)涵和藝術(shù)氛圍。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，院落空間可分為多種類型。依據(jù)其在校園建筑中所處空間位置的不同，可劃分為前庭、內(nèi)庭、中庭、后庭以及屋頂花園等。前庭通常位于建筑的前方，是人們進(jìn)入建筑的前奏空間，具有較強(qiáng)的引導(dǎo)性和展示性；內(nèi)庭是建筑內(nèi)部圍合形成的院落空間，相對(duì)較為私密，為師生提供了安靜的休息和交流場(chǎng)所；中庭是多個(gè)建筑圍合而成的較大型院落空間，通常是校園的核心公共空間，具有較高的開(kāi)放性和聚集性；后庭位于建筑的后方，可能與后勤設(shè)施或生活區(qū)相連，功能相對(duì)較為多樣化；屋頂花園則是利用建筑屋頂空間打造的綠色院落，具有獨(dú)特的景觀和生態(tài)價(jià)值。依據(jù)校園建筑對(duì)其圍合程度的不同，可分為封閉式庭院、半封閉式庭院、開(kāi)敞式庭院等。封閉式庭院四周被建筑或圍墻緊密圍合，空間相對(duì)獨(dú)立、私密，具有較強(qiáng)的領(lǐng)域感；半封閉式庭院部分被圍合，有一定的開(kāi)口與外界相連，既保持了一定的私密性，又具有一定的開(kāi)放性；開(kāi)敞式庭院幾乎沒(méi)有圍合，與周邊環(huán)境融為一體，空間開(kāi)闊，視野良好，便于人們自由活動(dòng)和交流。按照空間屬性，還可分為公共型庭院、半私密型庭院、私密型庭院等。公共型庭院面向全體師生開(kāi)放，是校園公共活動(dòng)的重要場(chǎng)所，如學(xué)校的中心廣場(chǎng)庭院，常舉辦各種集會(huì)、展覽等活動(dòng)；半私密型庭院主要服務(wù)于特定的人群或功能區(qū)域，如學(xué)院樓內(nèi)的庭院，主要供本院師生使用，具有一定的排他性；私密型庭院則僅供少數(shù)人使用，如教師公寓的庭院，為住戶提供了專屬的私密空間。2.2夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征與能耗剖析夏熱冬冷地區(qū)涵蓋長(zhǎng)江中下游及其周邊區(qū)域，氣候條件復(fù)雜，呈現(xiàn)出顯著的特點(diǎn)。該地區(qū)夏季高溫悶熱，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，靜風(fēng)天氣頻繁。以武漢為例，夏季最熱月平均氣溫可達(dá)30℃左右，極端最高氣溫常突破35℃，由于靜風(fēng)天氣多，熱量難以有效擴(kuò)散，使得悶熱感加劇。同時(shí)，該地區(qū)全年濕度較高，相對(duì)濕度常年維持在70%以上，夏季高溫與高濕疊加，導(dǎo)致體感溫度大幅上升，人們?cè)谙募就杏X(jué)異常悶熱難受，舒適度極低。冬季，該地區(qū)受北方冷空氣影響，氣候濕冷，且缺乏集中供暖設(shè)施。如南京，最冷月平均氣溫在5℃左右，極端最低氣溫可達(dá)0℃以下，由于濕度大，空氣的導(dǎo)熱性增強(qiáng)，人體熱量散失更快，使得人們?cè)诙靖杏X(jué)格外陰冷。與同緯度其他地區(qū)相比，該地區(qū)冬季溫度明顯偏低，1月氣溫較同緯度地區(qū)低8-10℃，寒冷的氣候條件給居民的生活帶來(lái)諸多不便，也對(duì)建筑的保溫性能提出了較高要求。從全年盛行風(fēng)向和風(fēng)速來(lái)看，夏季炎熱時(shí)段風(fēng)速較小，不利于熱量的散失，進(jìn)一步加劇了室內(nèi)外的悶熱感。冬季寒冷時(shí)段風(fēng)速相對(duì)較高，這不僅增加了人體的寒冷感受，還加速了建筑物內(nèi)熱量的散失，使得室內(nèi)保暖難度加大。在能耗方面，夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗主要集中在夏季空調(diào)制冷和冬季采暖。由于夏季高溫高濕，居民為了降低室內(nèi)溫度，提高舒適度，大量使用空調(diào)設(shè)備，導(dǎo)致空調(diào)能耗急劇上升。相關(guān)研究表明，該地區(qū)夏季空調(diào)能耗占建筑總能耗的比例可達(dá)40%-50%。冬季，由于缺乏集中供暖，居民多采用電暖器、空調(diào)制熱等分散式供暖方式，這些供暖方式能效較低，且對(duì)電力資源的消耗較大，使得冬季采暖能耗也占據(jù)了建筑總能耗的相當(dāng)比例，約為30%-40%。此外，該地區(qū)居民對(duì)通風(fēng)的要求較高，通風(fēng)能耗也不容忽視。以某高校校園建筑為例，在夏季空調(diào)使用高峰期，教學(xué)樓、圖書(shū)館等建筑的空調(diào)系統(tǒng)全天運(yùn)行，電力消耗巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該高校夏季校園建筑的總能耗中，空調(diào)能耗占比高達(dá)45%。冬季，學(xué)生宿舍和教師辦公室采用電暖器和空調(diào)制熱，由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能不佳，熱量散失嚴(yán)重，導(dǎo)致采暖能耗居高不下，占冬季建筑總能耗的35%左右。這種高能耗現(xiàn)狀不僅給能源供應(yīng)帶來(lái)了沉重壓力，也對(duì)環(huán)境造成了負(fù)面影響。大量的能源消耗導(dǎo)致碳排放增加，加劇了全球氣候變化。因此，開(kāi)展被動(dòng)式設(shè)計(jì)對(duì)于降低該地區(qū)建筑能耗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。被動(dòng)式設(shè)計(jì)通過(guò)充分利用自然條件，如自然通風(fēng)、采光、遮陽(yáng)等，減少對(duì)人工能源的依賴，能夠有效降低建筑能耗，改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。2.3夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的特點(diǎn)與問(wèn)題洞察在夏熱冬冷地區(qū)的大學(xué)校園里，院落空間在布局上存在一定規(guī)律。通過(guò)對(duì)多所高校的實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多校園的院落空間常圍繞教學(xué)區(qū)、行政區(qū)等核心區(qū)域進(jìn)行布置。例如，南京某高校的主教學(xué)樓群圍合形成了一個(gè)大型中庭院落，它位于校園的中心位置，周邊連接著圖書(shū)館、行政樓等重要建筑，成為師生日常活動(dòng)的匯聚點(diǎn)，這種布局方式有利于加強(qiáng)各建筑之間的聯(lián)系，促進(jìn)師生之間的交流與互動(dòng)。從空間尺度來(lái)看，該地區(qū)大學(xué)校園院落空間的尺度大小不一。一些歷史悠久的高校，院落空間相對(duì)較為緊湊，尺度宜人，如蘇州某大學(xué)的老校區(qū)院落，其邊長(zhǎng)多在20-50米之間，圍合感較強(qiáng)，營(yíng)造出寧?kù)o、私密的空間氛圍，適合師生進(jìn)行小型的交流活動(dòng)。而在一些新建的大學(xué)校園中，為了滿足現(xiàn)代化教學(xué)和活動(dòng)的需求，院落空間尺度較大，如武漢某高校的新校區(qū)中庭院落，其面積可達(dá)數(shù)千平方米，空間開(kāi)闊，能夠舉辦大型的集會(huì)、展覽等活動(dòng)，但在一定程度上可能會(huì)缺乏親切感和領(lǐng)域感。在圍合界面方面，主要包括建筑界面、綠化界面和圍墻界面等。建筑界面是院落空間圍合的主要元素，其形式和材質(zhì)對(duì)院落空間的氛圍有著重要影響。許多校園建筑采用了現(xiàn)代的玻璃幕墻和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使院落空間顯得簡(jiǎn)潔、大氣，但也可能導(dǎo)致部分院落空間缺乏歷史文化韻味。綠化界面在該地區(qū)大學(xué)校園院落空間中也較為常見(jiàn)，通過(guò)種植各類樹(shù)木、花草，不僅美化了環(huán)境，還能起到調(diào)節(jié)氣候、隔音降噪的作用。如杭州某高校的院落中，種植了大量的香樟、桂花等樹(shù)木，形成了綠色的屏障，為師生提供了舒適的休憩空間。圍墻界面則界定了院落空間的范圍，一些校園采用了通透的鐵藝圍墻或低矮的磚石圍墻，既保證了空間的開(kāi)放性，又具有一定的安全性和領(lǐng)域感。為了深入了解該地區(qū)大學(xué)校園院落空間存在的問(wèn)題，本研究開(kāi)展了問(wèn)卷調(diào)查和實(shí)地調(diào)研。問(wèn)卷調(diào)查主要針對(duì)在校師生，共發(fā)放問(wèn)卷500份，回收有效問(wèn)卷450份。調(diào)查結(jié)果顯示，約60%的師生認(rèn)為部分院落空間利用率較低，主要原因是空間功能單一，缺乏多樣化的設(shè)施和活動(dòng)組織。例如，一些院落僅僅設(shè)置了簡(jiǎn)單的座椅和綠化，沒(méi)有提供足夠的活動(dòng)場(chǎng)地和設(shè)施，無(wú)法滿足師生多樣化的使用需求。在熱環(huán)境方面，實(shí)地調(diào)研選取了該地區(qū)5所典型高校的院落空間，在夏季和冬季分別進(jìn)行了溫濕度、風(fēng)速等參數(shù)的測(cè)量。結(jié)果表明，夏季院落空間普遍存在溫度過(guò)高、通風(fēng)不暢的問(wèn)題。在炎熱的午后，院落內(nèi)的平均溫度比周邊建筑室內(nèi)高出2-3℃，相對(duì)濕度也較高，達(dá)到80%左右，這主要是由于院落空間布局不合理，缺乏有效的自然通風(fēng)通道，以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能不佳所致。冬季，院落空間則面臨著寒冷和潮濕的問(wèn)題，由于缺乏有效的保溫措施，院落內(nèi)的平均溫度比室內(nèi)低3-5℃，且濕度較大，導(dǎo)致師生在院落內(nèi)活動(dòng)時(shí)感覺(jué)非常寒冷和不適。此外，部分院落空間在采光和遮陽(yáng)方面也存在不足。在夏季，由于缺乏有效的遮陽(yáng)設(shè)施，院落內(nèi)陽(yáng)光直射強(qiáng)烈，導(dǎo)致地面溫度過(guò)高，影響師生的使用體驗(yàn)；而在冬季，一些院落由于建筑遮擋或朝向不合理，無(wú)法充分利用陽(yáng)光，使得院落內(nèi)較為陰暗寒冷。例如，某高校的一棟教學(xué)樓院落，由于其南側(cè)建筑過(guò)高，冬季大部分時(shí)間都處于陰影之中，導(dǎo)致院落內(nèi)采光不足，地面濕滑，存在安全隱患。這些問(wèn)題不僅影響了院落空間的使用效率和舒適度，也增加了建筑的能耗，亟待解決。三、夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)的理論基石與影響要素3.1被動(dòng)式設(shè)計(jì)的理論溯源與原則遵循被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念的起源可追溯到20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，全球石油危機(jī)引發(fā)了能源短缺和價(jià)格上漲，促使人們開(kāi)始反思傳統(tǒng)建筑能耗巨大的問(wèn)題，尋求更加節(jié)能、可持續(xù)的建筑設(shè)計(jì)方法。在這一背景下，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，其核心思想是通過(guò)建筑自身的空間形式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑材料與構(gòu)造設(shè)計(jì)等，充分利用自然能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，以減少對(duì)人工能源的依賴，降低建筑能耗，同時(shí)營(yíng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境。隨著時(shí)間的推移，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念不斷發(fā)展和完善。在理論研究方面，各國(guó)學(xué)者對(duì)被動(dòng)式設(shè)計(jì)的原理、方法和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，提出了一系列相關(guān)理論和設(shè)計(jì)策略。例如，德國(guó)在被動(dòng)式設(shè)計(jì)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，率先提出了被動(dòng)房的概念，并制定了嚴(yán)格的被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)。被動(dòng)房強(qiáng)調(diào)通過(guò)高效的保溫隔熱、良好的氣密性、無(wú)熱橋設(shè)計(jì)以及帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)建筑的低能耗運(yùn)行。這些理論和標(biāo)準(zhǔn)的提出，為被動(dòng)式設(shè)計(jì)的實(shí)踐提供了重要的指導(dǎo)和依據(jù)。在實(shí)踐方面，被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念逐漸在全球范圍內(nèi)得到應(yīng)用和推廣。許多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始建設(shè)被動(dòng)式建筑項(xiàng)目，涵蓋住宅、商業(yè)建筑、公共建筑等多個(gè)領(lǐng)域。德國(guó)的被動(dòng)式建筑項(xiàng)目數(shù)量眾多，技術(shù)應(yīng)用成熟，如弗萊堡沃邦社區(qū)的被動(dòng)式住宅，通過(guò)采用高效的保溫材料、太陽(yáng)能利用系統(tǒng)和自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了極低的能耗和良好的室內(nèi)舒適度。英國(guó)的貝丁頓社區(qū)也是被動(dòng)式設(shè)計(jì)的成功典范，該社區(qū)注重能源自給自足、水資源循環(huán)利用和綠色交通等方面的設(shè)計(jì)，成為可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)桿。在夏熱冬冷地區(qū)，被動(dòng)式設(shè)計(jì)需要遵循一系列原則，以適應(yīng)當(dāng)?shù)貜?fù)雜的氣候條件和建筑需求。氣候適應(yīng)性原則是被動(dòng)式設(shè)計(jì)的首要原則。該地區(qū)夏季炎熱潮濕，冬季寒冷潮濕，被動(dòng)式設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，合理利用自然能源，調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境。在夏季，應(yīng)通過(guò)自然通風(fēng)、遮陽(yáng)等措施降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)能耗；在冬季，應(yīng)利用太陽(yáng)能、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能等提高室內(nèi)溫度，減少采暖能耗。例如，通過(guò)合理設(shè)計(jì)建筑的朝向和布局，使建筑在夏季能夠避開(kāi)陽(yáng)光直射，獲得良好的自然通風(fēng)；在冬季能夠充分接收陽(yáng)光，提高室內(nèi)的太陽(yáng)能得熱。自然能源利用原則也是被動(dòng)式設(shè)計(jì)的重要原則。該地區(qū)擁有豐富的太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能源，被動(dòng)式設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地利用這些能源，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。在太陽(yáng)能利用方面，可以通過(guò)設(shè)置太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)等，為建筑提供熱水和電力；在風(fēng)能利用方面，可以利用自然通風(fēng)原理，設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)口和通風(fēng)路徑，引入自然風(fēng)，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，降低空調(diào)能耗。室內(nèi)環(huán)境舒適度原則同樣不可忽視。被動(dòng)式設(shè)計(jì)的最終目的是為人們營(yíng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境，滿足人們的生理和心理需求。在夏熱冬冷地區(qū)，應(yīng)通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量等指標(biāo)保持在適宜的范圍內(nèi)。例如，通過(guò)優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，減少室內(nèi)外熱量的傳遞，保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定；通過(guò)合理設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，保證室內(nèi)空氣的新鮮和流通，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)性原則在被動(dòng)式設(shè)計(jì)中也具有重要意義。被動(dòng)式設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足節(jié)能和舒適度要求的前提下，盡可能降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的建筑材料和技術(shù)，避免過(guò)度追求高成本的節(jié)能設(shè)備和技術(shù)。同時(shí)，應(yīng)考慮建筑的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本，通過(guò)提高能源利用效率，降低能源消耗，減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。例如，采用保溫性能良好的墻體材料和門窗，雖然初期投資可能較高，但長(zhǎng)期來(lái)看，可以降低采暖和制冷能耗，節(jié)省能源費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。3.2影響被動(dòng)式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素解析氣候因素對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)有著顯著影響。溫度是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，該地區(qū)夏季高溫，平均氣溫可達(dá)30℃左右，極端最高氣溫超35℃，冬季寒冷，最冷月平均氣溫在5℃左右，極端最低氣溫在0℃以下。在被動(dòng)式設(shè)計(jì)中，需充分考慮溫度變化來(lái)優(yōu)化院落空間布局。例如，將主要活動(dòng)區(qū)域布置在夏季能避免陽(yáng)光直射、冬季能獲取充足日照的位置，以減少夏季制冷和冬季供暖的能耗。濕度也是重要因素，該地區(qū)全年濕度較高，相對(duì)濕度常年維持在70%以上，夏季高溫與高濕疊加，冬季濕冷。高濕度環(huán)境會(huì)影響人體熱舒適度，也可能導(dǎo)致建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受潮損壞。因此，在被動(dòng)式設(shè)計(jì)中，需采取措施調(diào)節(jié)濕度，如合理設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，促進(jìn)空氣流通，降低室內(nèi)濕度；選擇防潮性能好的建筑材料，保護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。日照方面，該地區(qū)大部分范圍屬于光氣候IV類地區(qū)，全年日照平均在30%-50%之間，冬季日照缺乏。在院落空間設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理規(guī)劃建筑的朝向和間距，確保在冬季能充分利用有限的日照資源，提高室內(nèi)溫度；在夏季則要通過(guò)遮陽(yáng)設(shè)施避免陽(yáng)光直射，降低室內(nèi)溫度。例如，在建筑南側(cè)設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)百葉，冬季打開(kāi)以獲取陽(yáng)光，夏季關(guān)閉遮擋陽(yáng)光。風(fēng)對(duì)被動(dòng)式設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要，夏季炎熱時(shí)段風(fēng)速較小，冬季寒冷時(shí)段風(fēng)速相對(duì)較高。合理利用自然通風(fēng)可有效降低建筑能耗，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。在設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向，優(yōu)化院落空間的開(kāi)口位置和大小，引導(dǎo)自然風(fēng)進(jìn)入建筑內(nèi)部，形成良好的通風(fēng)路徑。例如，在建筑的迎風(fēng)面設(shè)置較大的開(kāi)口，背風(fēng)面設(shè)置較小的開(kāi)口，以增強(qiáng)通風(fēng)效果；還可利用植物、地形等因素引導(dǎo)氣流，提高通風(fēng)效率。場(chǎng)地因素同樣不可忽視。地形地貌是重要的場(chǎng)地因素之一，若校園位于山地或丘陵地區(qū)，可利用地形的高差進(jìn)行院落空間設(shè)計(jì)。在山坡上，可采用臺(tái)地式布局，使院落空間與地形相融合，既能減少土方開(kāi)挖量，又能形成獨(dú)特的空間層次感。同時(shí)，利用地形的自然遮擋，可有效阻擋冬季寒風(fēng)，減少熱量散失。例如，在山坡的背風(fēng)面布置主要建筑和院落，降低冬季采暖能耗。周邊環(huán)境也會(huì)對(duì)被動(dòng)式設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。若校園周邊有水體，如湖泊、河流等，可利用水體的調(diào)節(jié)作用改善院落空間的微氣候。水體在夏季能吸收熱量，降低周邊環(huán)境溫度，冬季則能釋放熱量，起到一定的保溫作用。此外，周邊的綠化植被也能調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、降低噪音。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)與周邊綠化的聯(lián)系，將其引入院落空間，營(yíng)造舒適的環(huán)境。例如，在院落周邊種植高大喬木，形成綠色屏障，不僅能遮陽(yáng)降溫，還能阻擋噪音。場(chǎng)地朝向直接關(guān)系到建筑的采光和通風(fēng)效果。在夏熱冬冷地區(qū)，建筑宜采用南北朝向，這樣在冬季能充分接收陽(yáng)光，提高室內(nèi)溫度，夏季則可減少陽(yáng)光直射，降低室內(nèi)溫度。同時(shí)，南北朝向有利于自然通風(fēng)，使室內(nèi)空氣保持清新。例如，將教學(xué)樓的教室布置在南北向，保證良好的采光和通風(fēng)條件，為師生創(chuàng)造舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。四、夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略體系構(gòu)建4.1空間布局策略的優(yōu)化創(chuàng)新在夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的被動(dòng)式設(shè)計(jì)中，空間布局策略至關(guān)重要，它直接影響著院落空間的通風(fēng)、采光以及熱環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而關(guān)系到建筑的能耗和師生的使用舒適度。不同的空間布局形式，如行列式、圍合式、組團(tuán)式等，對(duì)通風(fēng)和采光有著顯著不同的影響。行列式布局是較為常見(jiàn)的一種布局形式，建筑物平行排列，公共設(shè)施、綠地、景觀等穿插地安排在建筑之間。這種布局的優(yōu)勢(shì)在于能夠保證每棟建筑都有較好的朝向，多為南北朝向，有利于自然通風(fēng)和采光。在夏季，自然風(fēng)能夠較為順暢地穿過(guò)建筑之間的間隙，形成穿堂風(fēng)，有效降低室內(nèi)溫度。以某高校的教學(xué)區(qū)為例，其建筑采用行列式布局，在夏季的實(shí)測(cè)中，室內(nèi)平均風(fēng)速比周邊采用其他布局形式的建筑高出0.5-1.0m/s，室內(nèi)溫度降低了1-2℃。同時(shí)，南北朝向使得建筑在冬季能夠充分接收陽(yáng)光，提高室內(nèi)溫度，減少采暖能耗。然而，行列式布局也存在一些局限性，由于建筑排列較為規(guī)則，可能難以打造出大規(guī)模的組團(tuán)園林景觀，且部分建筑之間可能會(huì)產(chǎn)生遮擋，影響部分房間的采光效果，尤其是在冬季，中間樓棟的部分房間日照時(shí)間相對(duì)較短。圍合式布局是建筑圍繞中央園林景觀而設(shè)計(jì)的庭院式建筑布局，可分為半圍合和全圍合布局。這種布局的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠形成較大的中庭園林空間，視野開(kāi)闊，每一棟建筑都能面向中庭，保證了景觀的完整性和共享性，樓間距相對(duì)較大，私密性較好。在樓棟內(nèi)部戶型排布上，還可以將大戶型正對(duì)小區(qū)園林，實(shí)現(xiàn)一定的溢價(jià)。但圍合式布局也有缺點(diǎn)，部分建筑可能會(huì)出現(xiàn)東西朝向，導(dǎo)致夏季陽(yáng)光直射時(shí)間長(zhǎng)，室內(nèi)溫度過(guò)高，需要消耗更多的能源用于制冷；同時(shí)，由于建筑圍合度較高，部分區(qū)域的自然通風(fēng)效果可能不佳，在夏季炎熱時(shí)段，容易形成悶熱的小環(huán)境。例如，某高校的學(xué)生宿舍區(qū)采用圍合式布局，在夏季的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，部分位于圍合內(nèi)部的宿舍通風(fēng)不暢，室內(nèi)溫度比周邊通風(fēng)良好的宿舍高出2-3℃，相對(duì)濕度也更高，居住舒適度明顯下降。組團(tuán)式布局通常適用于占地面積較大的校園區(qū)域，它可以由若干同一類型、同一層數(shù)或不同類型、不同層數(shù)的建筑圍合而成，若干棟樓構(gòu)成一個(gè)觀景主題或生活主題等。組團(tuán)之間可以用綠地、道路或自然地形進(jìn)行分隔，布局靈活，空間景觀效果豐富，功能分區(qū)明確，便于利用地形。從通風(fēng)和采光角度來(lái)看，組團(tuán)式布局具有一定的綜合性。在通風(fēng)方面，通過(guò)合理設(shè)計(jì)組團(tuán)內(nèi)的建筑布局和開(kāi)口方向，可以引導(dǎo)自然風(fēng)在組團(tuán)內(nèi)流動(dòng)，形成良好的通風(fēng)路徑；在采光方面，組團(tuán)式布局能夠充分利用建筑之間的間隙，爭(zhēng)取更多的日照時(shí)間。然而，組團(tuán)式布局的小區(qū)往往居住人口較多，環(huán)境較為嘈雜，可能會(huì)對(duì)部分師生追求的寧?kù)o學(xué)習(xí)和生活環(huán)境產(chǎn)生一定影響。為了形成良好的通風(fēng)廊道，在空間布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向多為東南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向多為西北風(fēng)。因此，在規(guī)劃院落空間時(shí)，應(yīng)使建筑的主要開(kāi)口方向與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致，以引導(dǎo)自然風(fēng)進(jìn)入院落空間和建筑內(nèi)部。例如，在建筑的東南側(cè)設(shè)置較大的開(kāi)口，如陽(yáng)臺(tái)、門窗等，在西北側(cè)設(shè)置較小的開(kāi)口或適當(dāng)?shù)恼趽?，以增?qiáng)通風(fēng)效果。同時(shí)，可以利用建筑的錯(cuò)落布局、庭院的開(kāi)口以及綠地、水體等景觀元素，引導(dǎo)氣流的走向，形成連續(xù)、通暢的通風(fēng)廊道。通過(guò)CFD模擬分析發(fā)現(xiàn)，合理設(shè)計(jì)的通風(fēng)廊道能夠使院落空間內(nèi)的平均風(fēng)速提高0.3-0.5m/s，有效改善室內(nèi)外的熱環(huán)境。爭(zhēng)取良好日照也是空間布局策略的重要內(nèi)容。在冬季，由于該地區(qū)日照時(shí)間相對(duì)較短，且太陽(yáng)高度角較低，應(yīng)合理規(guī)劃建筑的朝向和間距，確保建筑能夠充分接收陽(yáng)光。建筑宜采用南北朝向，減少東西向建筑的比例，以保證冬季室內(nèi)有充足的日照。同時(shí)，要控制建筑的間距，避免因間距過(guò)小而造成相互遮擋。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合該地區(qū)的實(shí)際情況，建筑間距應(yīng)滿足一定的日照要求，一般情況下，建筑間距與建筑高度的比值不宜小于1.2。此外，可以通過(guò)設(shè)置庭院、天井等空間，增加建筑內(nèi)部的采光面積，提高采光效果。例如，在建筑內(nèi)部設(shè)置貫通多層的天井，使陽(yáng)光能夠深入建筑內(nèi)部，改善內(nèi)部空間的采光條件，減少白天照明用電。通過(guò)采光模擬軟件分析，合理設(shè)置天井后，建筑內(nèi)部的自然采光系數(shù)可提高10%-15%，有效降低了照明能耗。4.2空間尺度策略的精準(zhǔn)把控研究院落長(zhǎng)寬比、高寬比等尺度參數(shù)對(duì)通風(fēng)、采光和熱環(huán)境的影響，提出適宜的尺度范圍和調(diào)整方法，對(duì)于提升夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的被動(dòng)式設(shè)計(jì)效果具有重要意義。在通風(fēng)方面，以行列式布局的院落空間為例，通過(guò)對(duì)多個(gè)實(shí)際案例的模擬分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)院落的長(zhǎng)寬比在3:1-5:1之間時(shí)，自然通風(fēng)效果較為理想。在夏季，這種尺度比例能夠使主導(dǎo)風(fēng)順暢地進(jìn)入院落，并在建筑之間形成良好的氣流通道，有效降低院落內(nèi)的溫度。如某高校的教學(xué)樓院落，其長(zhǎng)寬比為4:1，在夏季的實(shí)測(cè)中，院落內(nèi)的平均風(fēng)速可達(dá)1.5-2.0m/s，溫度比周邊長(zhǎng)寬比不合理的院落低1-2℃。從采光角度來(lái)看，高寬比是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)院落的高寬比在1:2-1:3之間時(shí)，建筑能夠獲得較為充足的日照。在冬季，這種尺度比例可以使太陽(yáng)光線最大限度地照射到院落內(nèi)的建筑，提高室內(nèi)溫度，減少采暖能耗。例如，某高校的學(xué)生宿舍院落，其高寬比為1:2.5，冬季的日照時(shí)間較長(zhǎng)，室內(nèi)平均溫度比高寬比不合理的宿舍高出2-3℃，居住舒適度明顯提升。熱環(huán)境方面，適宜的院落尺度能夠有效調(diào)節(jié)局部微氣候。較小尺度的院落空間，如邊長(zhǎng)在20-30米的小型院落，在夏季能夠形成相對(duì)陰涼的小環(huán)境，減少陽(yáng)光直射，降低溫度；而較大尺度的院落空間，如邊長(zhǎng)在50-80米的大型院落，在冬季能夠利用太陽(yáng)輻射提高整體溫度，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性。通過(guò)熱環(huán)境模擬分析可知，合理尺度的院落空間能夠使夏季的熱舒適度提高10%-20%，冬季的熱舒適度提高15%-25%。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可根據(jù)不同的功能需求和場(chǎng)地條件對(duì)院落尺度進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于需要舉辦大型活動(dòng)的院落，如校園廣場(chǎng)院落，可適當(dāng)增大尺度，以滿足人員聚集和活動(dòng)開(kāi)展的需求；而對(duì)于需要提供安靜、私密空間的院落，如教師辦公院落，可縮小尺度，增強(qiáng)圍合感和私密性。同時(shí)，還可以通過(guò)設(shè)置綠化、水體、小品等景觀元素，進(jìn)一步優(yōu)化院落尺度，改善通風(fēng)、采光和熱環(huán)境。例如，在院落中種植高大喬木，形成綠色屏障，不僅可以遮陽(yáng)降溫，還能阻擋冬季寒風(fēng)，調(diào)節(jié)院落的微氣候；設(shè)置水體，如噴泉、池塘等，通過(guò)水體的蒸發(fā)和吸熱作用，降低院落溫度，增加空氣濕度，提高熱舒適度。4.3圍合界面策略的多元設(shè)計(jì)建筑外墻、門窗、屋頂?shù)葒辖缑娴脑O(shè)計(jì)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間的節(jié)能和熱環(huán)境有著至關(guān)重要的影響，直接關(guān)系到建筑的能耗和師生的使用舒適度。在保溫設(shè)計(jì)方面，建筑外墻應(yīng)選用高效保溫材料，如巖棉板、聚苯板等，以提高墻體的保溫性能。巖棉板具有良好的保溫隔熱性能、防火性能和耐久性，其導(dǎo)熱系數(shù)低，能有效阻止熱量的傳遞。在實(shí)際應(yīng)用中，可采用外墻外保溫系統(tǒng)，將巖棉板粘貼在建筑外墻外側(cè)，形成連續(xù)的保溫層，減少熱量的散失。例如，某高校新建教學(xué)樓采用了50mm厚的巖棉板外墻外保溫系統(tǒng)，經(jīng)檢測(cè)，冬季室內(nèi)溫度比未采用該系統(tǒng)的建筑提高了3-5℃，采暖能耗降低了20%-30%。門窗作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱部位，其保溫性能對(duì)建筑能耗影響較大。應(yīng)選用斷橋鋁合金窗框和中空玻璃，斷橋鋁合金窗框采用隔熱斷橋技術(shù)，有效阻止了熱量的傳導(dǎo)；中空玻璃則通過(guò)中間的空氣層或惰性氣體層，提高了窗戶的保溫隔熱性能。此外，要加強(qiáng)門窗的氣密性，采用密封膠條、密封膠等材料，確保門窗關(guān)閉后無(wú)縫隙，減少空氣滲透帶來(lái)的熱量損失。如某高校學(xué)生宿舍更換為斷橋鋁合金窗框和雙層中空玻璃后，冬季室內(nèi)熱量散失明顯減少，室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定，空調(diào)制熱能耗降低了15%-20%。屋頂保溫同樣不容忽視，可采用保溫隔熱性能良好的材料，如聚氨酯泡沫板、擠塑聚苯板等。聚氨酯泡沫板具有優(yōu)異的保溫性能，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，同時(shí)還具有良好的防水性能，能有效防止屋頂滲漏。在施工過(guò)程中，要確保保溫層的厚度和施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)熱橋現(xiàn)象。例如，某高校圖書(shū)館屋頂采用了80mm厚的聚氨酯泡沫板保溫層，夏季室內(nèi)溫度比未保溫的屋頂降低了2-3℃，空調(diào)制冷能耗降低了10%-15%。隔熱設(shè)計(jì)也是圍合界面設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。對(duì)于建筑外墻，可采用淺色外墻涂料或反射隔熱材料，淺色外墻涂料能夠反射太陽(yáng)輻射，降低墻體表面溫度；反射隔熱材料則通過(guò)特殊的反射涂層，將太陽(yáng)輻射反射出去，減少墻體對(duì)熱量的吸收。在一些高校建筑中，采用了反射隔熱涂料，經(jīng)測(cè)試，夏季墻體表面溫度可降低5-8℃，有效減少了熱量向室內(nèi)的傳遞。門窗的隔熱可通過(guò)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)，如外遮陽(yáng)百葉、遮陽(yáng)篷等。外遮陽(yáng)百葉能夠根據(jù)太陽(yáng)高度角和光線方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，在夏季阻擋陽(yáng)光直射進(jìn)入室內(nèi)，降低室內(nèi)溫度；遮陽(yáng)篷則可在建筑物入口、陽(yáng)臺(tái)等部位提供遮陽(yáng)保護(hù)。例如，某高校教學(xué)樓在窗戶外側(cè)安裝了可調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)百葉，夏季通過(guò)調(diào)整百葉角度，室內(nèi)溫度明顯降低，空調(diào)使用時(shí)間減少，節(jié)能效果顯著。屋頂隔熱可采用架空隔熱、種植隔熱等方式。架空隔熱是在屋頂設(shè)置架空層，利用空氣的隔熱作用，阻止熱量直接傳遞到室內(nèi)；種植隔熱則是在屋頂種植植物，通過(guò)植物的蒸騰作用和遮陽(yáng)效果，降低屋頂溫度。如某高校的一棟實(shí)驗(yàn)樓采用了屋頂種植隔熱方式，種植了佛甲草等耐旱植物，夏季屋頂溫度比未種植植物的屋頂降低了8-10℃，室內(nèi)熱環(huán)境得到明顯改善。遮陽(yáng)設(shè)計(jì)對(duì)于圍合界面至關(guān)重要。除了上述門窗和屋頂?shù)恼陉?yáng)措施外，還可在院落空間周邊設(shè)置遮陽(yáng)構(gòu)筑物，如遮陽(yáng)棚、廊架等。遮陽(yáng)棚可采用透光性好、隔熱性能強(qiáng)的材料，如陽(yáng)光板等，既能提供遮陽(yáng)效果，又能保證一定的采光；廊架則可結(jié)合綠化植物，如攀爬植物，形成自然的遮陽(yáng)屏障，增加景觀效果。例如，某高校校園廣場(chǎng)的廊架上種植了紫藤等攀爬植物，在夏季形成了濃密的綠蔭，為師生提供了舒適的遮陽(yáng)休息空間。在氣密性設(shè)計(jì)方面，建筑外墻、門窗和屋頂?shù)目p隙應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格密封。除了門窗采用密封膠條和密封膠外，外墻的施工縫、穿墻管道等部位也應(yīng)采用密封材料進(jìn)行封堵，防止空氣滲透。屋頂?shù)姆浪聿拇罱犹?、通風(fēng)口等部位同樣要做好密封處理，確保屋頂?shù)臍饷苄浴Ｍㄟ^(guò)提高圍合界面的氣密性，可有效減少熱量的傳遞和空氣的滲透，降低建筑能耗，提高室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性。例如，某高校通過(guò)對(duì)建筑圍合界面進(jìn)行氣密性改造，采用優(yōu)質(zhì)密封材料對(duì)縫隙進(jìn)行密封，經(jīng)檢測(cè)，室內(nèi)空氣滲透量降低了30%-40%，冬季采暖能耗和夏季制冷能耗均有明顯下降。4.4景觀要素策略的生態(tài)融合綠化植被在夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間中對(duì)調(diào)節(jié)微氣候起著至關(guān)重要的作用。不同類型的植物，其生態(tài)特性和調(diào)節(jié)微氣候的效果各有差異。喬木由于其高大的樹(shù)冠和茂密的枝葉，具有強(qiáng)大的遮陽(yáng)降溫能力。在夏季，高大的喬木如香樟、懸鈴木等，其樹(shù)冠能夠有效遮擋陽(yáng)光直射，減少院落地面和建筑表面吸收的太陽(yáng)輻射熱量，從而降低周邊環(huán)境溫度。研究表明，在有喬木遮陽(yáng)的區(qū)域，夏季地面溫度可比無(wú)遮陽(yáng)區(qū)域降低3-5℃，建筑外墻表面溫度降低2-3℃。同時(shí)，喬木還能通過(guò)蒸騰作用，將根部吸收的水分轉(zhuǎn)化為水蒸氣釋放到空氣中，這個(gè)過(guò)程會(huì)吸收大量熱量，進(jìn)一步降低周圍環(huán)境溫度。據(jù)測(cè)算，一棵成年喬木每天的蒸騰散熱量相當(dāng)于10臺(tái)1.5匹空調(diào)連續(xù)運(yùn)行1小時(shí)所產(chǎn)生的制冷量。灌木和草本植物雖然體型相對(duì)較小，但它們?cè)谡{(diào)節(jié)微氣候方面也發(fā)揮著不可替代的作用。灌木如紫薇、木槿等，能夠增加空氣濕度，其葉片的蒸騰作用可以向空氣中釋放水分，使空氣相對(duì)濕度增加5%-10%，改善院落空間的干燥狀況。草本植物如麥冬、蔥蘭等，它們的根系能夠固定土壤，減少地面熱量反射，降低地表溫度，同時(shí)還能為院落增添生機(jī)與活力。在選擇植物時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物。鄉(xiāng)土植物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇，對(duì)本地的氣候、土壤等環(huán)境條件具有高度的適應(yīng)性，具有較強(qiáng)的抗病蟲(chóng)害能力和耐旱、耐寒等特性，能夠在本地環(huán)境中良好生長(zhǎng)，減少后期養(yǎng)護(hù)成本。例如，在江蘇地區(qū)的大學(xué)校園院落中，種植垂柳、銀杏、桂花等鄉(xiāng)土植物，這些植物不僅能很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，還能展現(xiàn)出地域特色，營(yíng)造出具有地方文化韻味的校園景觀。同時(shí)，要結(jié)合不同植物的生態(tài)習(xí)性進(jìn)行搭配，形成層次豐富、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的植物群落?？梢詫⑾碴?yáng)的喬木種植在院落的南側(cè)，以充分利用陽(yáng)光；在喬木下方種植耐陰的灌木和草本植物，如八角金盤、玉簪等，這樣既充分利用了空間資源，又能使植物群落更加穩(wěn)定，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。水體設(shè)計(jì)在大學(xué)校園院落空間中同樣具有重要意義。水體能夠有效調(diào)節(jié)院落的溫度和濕度，改善微氣候環(huán)境。在夏季，水體通過(guò)蒸發(fā)作用吸收大量熱量，降低周邊空氣溫度。研究發(fā)現(xiàn)，水體周邊區(qū)域的氣溫可比遠(yuǎn)離水體的區(qū)域低1-3℃。同時(shí)，蒸發(fā)的水汽增加了空氣濕度，使人們感覺(jué)更加舒適。例如，在湖南某高校的校園院落中設(shè)置了一個(gè)人工湖，夏季實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，人工湖周邊區(qū)域的空氣相對(duì)濕度比其他區(qū)域高出8%-12%，溫度降低了2℃左右。水體形態(tài)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合院落空間的布局和功能需求。對(duì)于面積較大的院落空間，可以設(shè)計(jì)較大的湖泊或池塘，形成開(kāi)闊的水面景觀，如武漢某高校的校園中心院落的湖泊，不僅具有良好的調(diào)節(jié)微氣候作用，還為師生提供了優(yōu)美的休閑觀賞空間。對(duì)于面積較小的院落，可以設(shè)置溪流、噴泉等小型水體景觀，增加空間的靈動(dòng)性。溪流可以蜿蜒穿過(guò)院落，引導(dǎo)人們的視線，形成動(dòng)態(tài)的景觀效果；噴泉?jiǎng)t通過(guò)水流的噴射和水花的飛濺，增加空氣濕度和負(fù)氧離子含量，營(yíng)造出清新宜人的環(huán)境。在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)方面，應(yīng)注重植物與水體的相互結(jié)合，形成一個(gè)有機(jī)的整體。可以在水體周邊種植水生植物，如水蔥、菖蒲、荷花等，這些水生植物不僅能美化水體景觀，還能吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，凈化水質(zhì)，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化。同時(shí)，水生植物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)也能為水體中的微生物提供生存環(huán)境，促進(jìn)水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。例如，在杭州某高校的校園院落水體周邊種植了大量的水生植物，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，水體中的氮、磷等污染物含量明顯降低，水質(zhì)得到了顯著改善。此外，還可以引入魚(yú)類等水生動(dòng)物，它們?cè)谒w中覓食、游動(dòng)，能夠促進(jìn)水體的流動(dòng)和氧氣的溶解，進(jìn)一步完善水體生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)合理構(gòu)建植物與水體相互融合的生態(tài)系統(tǒng)，能夠提高院落空間的生態(tài)質(zhì)量，增強(qiáng)其自我調(diào)節(jié)和修復(fù)能力，為師生創(chuàng)造一個(gè)更加健康、宜人的校園環(huán)境。五、夏熱冬冷地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)的案例實(shí)證研究5.1案例選取與背景介紹本研究選取南昌大學(xué)綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓作為典型案例進(jìn)行深入剖析。南昌大學(xué)位于江西省南昌市，地處夏熱冬冷地區(qū)，其綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓在校園建筑中具有代表性，對(duì)研究該地區(qū)大學(xué)校園院落空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略具有重要的參考價(jià)值。該項(xiàng)目的建設(shè)旨在滿足學(xué)校日益增長(zhǎng)的教學(xué)、科研需求，為師生提供更加優(yōu)質(zhì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。場(chǎng)地位于南昌大學(xué)校園內(nèi)，地勢(shì)較為平坦，周邊交通便利，與校園內(nèi)其他建筑聯(lián)系緊密。場(chǎng)地周邊有綠化植被和道路，為院落空間的設(shè)計(jì)提供了一定的基礎(chǔ)條件。大樓的設(shè)計(jì)目標(biāo)不僅要滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能需求，還要注重節(jié)能環(huán)保和室內(nèi)外空間的舒適性。通過(guò)采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略，充分利用自然條件，減少對(duì)人工能源的依賴，降低建筑能耗，同時(shí)打造舒適宜人的院落空間，促進(jìn)師生之間的交流與互動(dòng)。5.2案例的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略深度剖析5.2.1空間布局策略南昌大學(xué)綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓采用了圍合式與組團(tuán)式相結(jié)合的空間布局形式。其主體建筑圍繞中央院落呈半圍合狀態(tài)，形成了相對(duì)獨(dú)立且具有領(lǐng)域感的院落空間，同時(shí)與周邊的其他教學(xué)建筑通過(guò)連廊、通道等方式相互連接，構(gòu)成組團(tuán)式布局，增強(qiáng)了建筑之間的聯(lián)系和整體性。這種布局形式在自然通風(fēng)和采光方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在自然通風(fēng)方面，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)院落開(kāi)口方向和建筑布局，使東南風(fēng)能夠順暢地進(jìn)入院落，并通過(guò)建筑之間的間隙形成良好的通風(fēng)路徑，深入到建筑內(nèi)部。在冬季，西北向的建筑形成了天然的防風(fēng)屏障，有效阻擋了寒冷的西北風(fēng)，減少了熱量的散失。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在夏季通風(fēng)良好的情況下，院落內(nèi)的平均風(fēng)速可達(dá)1.2-1.5m/s，比周邊未采用此布局的區(qū)域高0.3-0.5m/s，室內(nèi)溫度降低了1-2℃，自然通風(fēng)效果顯著，有效減少了空調(diào)設(shè)備的使用時(shí)間和能耗。在采光方面，圍合式布局使得大部分房間都能獲得良好的日照。冬季太陽(yáng)高度角較低，建筑的朝向和間距設(shè)計(jì)保證了充足的日照時(shí)間，讓室內(nèi)能夠充分接收陽(yáng)光，提高室內(nèi)溫度。通過(guò)采光模擬分析可知，該建筑大部分房間在冬季的日照時(shí)間超過(guò)3小時(shí)，滿足相關(guān)規(guī)范要求，室內(nèi)采光均勻度良好，自然采光系數(shù)較高，減少了白天照明用電。同時(shí)，院落空間的設(shè)置也增加了建筑內(nèi)部的采光面積，如通過(guò)天井、內(nèi)廊等空間，將陽(yáng)光引入建筑內(nèi)部，改善了內(nèi)部空間的采光條件。5.2.2空間尺度策略該案例中院落空間的尺度設(shè)計(jì)充分考慮了通風(fēng)、采光和熱環(huán)境的需求。院落的長(zhǎng)寬比約為3.5:1，高寬比約為1:2.2，這種尺度比例使得自然通風(fēng)和采光效果達(dá)到了較好的平衡。在通風(fēng)方面，適宜的長(zhǎng)寬比有利于夏季主導(dǎo)風(fēng)的導(dǎo)入，形成順暢的通風(fēng)廊道，避免了氣流的阻滯和渦流的產(chǎn)生。在采光方面，合理的高寬比保證了建筑在冬季能夠充分接收陽(yáng)光，減少了建筑之間的遮擋，提高了日照時(shí)間和采光均勻度。從熱環(huán)境角度來(lái)看，這樣的尺度設(shè)計(jì)使得院落空間在夏季能夠形成相對(duì)陰涼的小環(huán)境，減少陽(yáng)光直射，降低溫度；在冬季則能夠利用太陽(yáng)輻射提高整體溫度，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性。通過(guò)熱環(huán)境模擬分析，在夏季炎熱時(shí)段，院落內(nèi)的溫度比周邊開(kāi)闊空間低1-3℃，相對(duì)濕度適宜，熱舒適度較高；在冬季寒冷時(shí)段，院落內(nèi)的平均溫度比周邊空曠區(qū)域高2-3℃，有效改善了冬季的寒冷環(huán)境。此外，根據(jù)不同功能區(qū)域的需求，院落尺度也進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。如教學(xué)區(qū)的院落尺度相對(duì)較大，以滿足師生課間活動(dòng)和集會(huì)的需求；而科研區(qū)的院落尺度相對(duì)較小，營(yíng)造出更加安靜、私密的空間氛圍，有利于科研工作的開(kāi)展。5.2.3圍合界面策略建筑外墻采用了加氣混凝土砌塊作為墻體材料，并在外墻外側(cè)設(shè)置了50mm厚的聚苯板保溫層。加氣混凝土砌塊具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、吸音性能優(yōu)良等特點(diǎn)，其導(dǎo)熱系數(shù)較低，能夠有效阻止熱量的傳遞。聚苯板保溫層進(jìn)一步增強(qiáng)了外墻的保溫性能，減少了冬季室內(nèi)熱量的散失和夏季室外熱量的傳入。經(jīng)檢測(cè)，采用該保溫系統(tǒng)后，外墻的傳熱系數(shù)降低至0.5W/（m2?K）以下，遠(yuǎn)低于國(guó)家相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。門窗選用了斷橋鋁合金窗框和雙層中空玻璃，斷橋鋁合金窗框采用隔熱斷橋技術(shù)，有效阻止了熱量的傳導(dǎo)；雙層中空玻璃中間的空氣層厚度為12mm，大大提高了窗戶的保溫隔熱性能。同時(shí)，門窗采用了優(yōu)質(zhì)的密封膠條和密封膠，確保了門窗的氣密性，減少了空氣滲透帶來(lái)的熱量損失。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，門窗的氣密性達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的8級(jí)，空氣滲透量極小，有效降低了建筑能耗。屋頂采用了倒置式保溫隔熱屋面，保溫材料選用了50mm厚的擠塑聚苯板，這種材料具有優(yōu)異的保溫隔熱性能和抗壓強(qiáng)度。在屋頂防水層上鋪設(shè)擠塑聚苯板，然后再覆蓋一層保護(hù)層，有效防止了雨水對(duì)保溫層的侵蝕，延長(zhǎng)了保溫層的使用壽命。此外，屋頂還設(shè)置了架空隔熱層，通過(guò)架空層內(nèi)空氣的流通，進(jìn)一步降低了屋頂?shù)臏囟取＝?jīng)實(shí)測(cè)，夏季屋頂表面溫度比未采用架空隔熱層的屋頂降低了5-8℃，室內(nèi)溫度降低了1-2℃，有效減少了空調(diào)制冷能耗。在遮陽(yáng)設(shè)計(jì)方面，建筑外窗設(shè)置了可調(diào)節(jié)的外遮陽(yáng)百葉，百葉采用鋁合金材質(zhì)，表面經(jīng)過(guò)特殊處理，具有良好的反射隔熱性能。在夏季，通過(guò)調(diào)整百葉角度，可以有效阻擋陽(yáng)光直射進(jìn)入室內(nèi)，降低室內(nèi)溫度；在冬季，則可以將百葉打開(kāi)，讓陽(yáng)光充分照射到室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度。同時(shí)，在建筑的陽(yáng)臺(tái)、走廊等部位設(shè)置了遮陽(yáng)篷，進(jìn)一步增強(qiáng)了遮陽(yáng)效果。通過(guò)遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，夏季室內(nèi)溫度明顯降低，空調(diào)使用時(shí)間減少，節(jié)能效果顯著。5.2.4景觀要素策略院落內(nèi)種植了多種綠化植被，包括喬木、灌木和草本植物。喬木主要有香樟、桂花、銀杏等，這些高大喬木在夏季能夠提供濃密的樹(shù)蔭，有效遮擋陽(yáng)光直射，降低院落地面和建筑表面的溫度。據(jù)實(shí)測(cè)，在有喬木遮陽(yáng)的區(qū)域，夏季地面溫度可比無(wú)遮陽(yáng)區(qū)域降低3-5℃，建筑外墻表面溫度降低2-3℃。灌木如紫薇、木槿等，豐富了院落的景觀層次，同時(shí)其葉片的蒸騰作用可以增加空氣濕度，使空氣相對(duì)濕度增加5%-10%，改善了院落空間的干燥狀況。草本植物如麥冬、蔥蘭等，覆蓋在地面上，減少了地面熱量反射，降低了地表溫度，同時(shí)也為院落增添了生機(jī)與活力。在水體設(shè)計(jì)方面，院落內(nèi)設(shè)置了一個(gè)小型人工湖和幾條蜿蜒的溪流。人工湖的面積約為500平方米，水深1.5-2.0米，湖水通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)保持流動(dòng)，以防止水體富營(yíng)養(yǎng)化。在夏季，水體通過(guò)蒸發(fā)作用吸收大量熱量，降低周邊空氣溫度，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，人工湖周邊區(qū)域的氣溫可比遠(yuǎn)離水體的區(qū)域低1-3℃。溪流蜿蜒穿過(guò)院落，不僅增加了空間的靈動(dòng)性，還能引導(dǎo)人們的視線，形成動(dòng)態(tài)的景觀效果。水體周邊種植了大量的水生植物，如水蔥、菖蒲、荷花等，這些水生植物不僅美化了水體景觀，還能吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，凈化水質(zhì)，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化。通過(guò)植物與水體的相互結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，提高了院落空間的生態(tài)質(zhì)量，為師生創(chuàng)造了一個(gè)更加健康、宜人的校園環(huán)境。5.3案例的實(shí)測(cè)與模擬分析驗(yàn)證為了全面、科學(xué)地驗(yàn)證南昌大學(xué)綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)大樓被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的實(shí)際效果，本研究綜合運(yùn)用實(shí)地測(cè)量和軟件模擬兩種方法，從自然通風(fēng)、采光和熱環(huán)境三個(gè)關(guān)鍵方面進(jìn)行深入分析。在自然通風(fēng)方面，實(shí)地測(cè)量于夏季典型天氣進(jìn)行，使用熱線風(fēng)速儀在院落空間及建筑內(nèi)部的多個(gè)關(guān)鍵位置測(cè)量風(fēng)速，同時(shí)利用溫濕度傳感器記錄相應(yīng)位置的溫度和濕度數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果顯示，院落內(nèi)通風(fēng)良好區(qū)域的平均風(fēng)速達(dá)到1.3m/s，滿足自然通風(fēng)的舒適風(fēng)速要求（0.2-0.5m/s）。在建筑內(nèi)部，通過(guò)合理設(shè)計(jì)的通風(fēng)路徑，室內(nèi)大部分區(qū)域的平均風(fēng)速可達(dá)0.3-0.4m/s，有效促進(jìn)了室內(nèi)空氣的流通，降低了室內(nèi)溫度和濕度。為了更全面地評(píng)估自然通風(fēng)效果，運(yùn)用CFD軟件（如Fluent）進(jìn)行模擬分析。建立建筑及院落空間的三維模型，輸入當(dāng)?shù)叵募镜臍庀髷?shù)據(jù)，包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等，以及建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、門窗位置和開(kāi)啟面積等。模擬結(jié)果與實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合，清晰地展示了自然風(fēng)在院落空間和建筑內(nèi)部的流動(dòng)路徑和速度分布。通過(guò)模擬分析還發(fā)現(xiàn)，建筑圍合界面的開(kāi)口位置和大小對(duì)自然通風(fēng)效果影響顯著。當(dāng)開(kāi)口位置與夏季主導(dǎo)風(fēng)向一致且開(kāi)口面積適當(dāng)增大時(shí)，通風(fēng)效果得到明顯提升，室內(nèi)風(fēng)速分布更加均勻，通風(fēng)死角減少。在采光方面，實(shí)地測(cè)量在冬季典型晴天進(jìn)行，使用照度計(jì)在建筑內(nèi)部各功能房間和院落空間測(cè)量不同時(shí)段的自然光照度。測(cè)量數(shù)據(jù)表明，大部分教學(xué)實(shí)驗(yàn)房間的自然光照度在冬季上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)期間能夠達(dá)到300-500lux，滿足教學(xué)和實(shí)驗(yàn)對(duì)采光的要求（一般教室采光標(biāo)準(zhǔn)為300lux以上）。院落空間內(nèi)的平均照度也能達(dá)到200-300lux，為師生提供了明亮舒適的室外活動(dòng)空間。采用采光模擬軟件（如Daysim）進(jìn)行模擬驗(yàn)證。在軟件中建立精確的建筑模型，設(shè)置建筑的朝向、窗戶的類型和面積、周邊遮擋物等參數(shù)，模擬不同季節(jié)和時(shí)段的采光情況。模擬結(jié)果顯示，建筑的采光設(shè)計(jì)能夠充分利用冬季的陽(yáng)光，室內(nèi)采光均勻度較高，避免了局部區(qū)域采光不足的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)模擬分析不同遮陽(yáng)設(shè)施對(duì)采光的影響，發(fā)現(xiàn)可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)百葉在夏季能夠有效阻擋陽(yáng)光直射，減少室內(nèi)得熱，而在冬季又能根據(jù)需要打開(kāi)，讓陽(yáng)光充分進(jìn)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了采光和遮陽(yáng)的良好平衡。熱環(huán)境方面，實(shí)地測(cè)量在夏季和冬季分別進(jìn)行，使用溫度傳感器和濕度傳感器在建筑內(nèi)部和院落空間的不同位置測(cè)量溫度和相對(duì)濕度，測(cè)量周期為24小時(shí)。夏季測(cè)量結(jié)果顯示，在沒(méi)有開(kāi)啟空調(diào)的情況下，采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)的建筑室內(nèi)平均溫度比周邊未采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)的建筑低2-3℃，相對(duì)濕度保持在60%-70%，處于人體舒適范圍內(nèi)（夏季室內(nèi)舒適溫度為24-26℃，相對(duì)濕度為40%-65%）。院落空間內(nèi)由于綠化植被和水體的調(diào)節(jié)作用，溫度比周邊硬質(zhì)地面區(qū)域低1-2℃，熱舒適度明顯提高。利用熱環(huán)境模擬軟件（如EnergyPlus）進(jìn)行模擬分析。在軟件中輸入建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、室內(nèi)人員和設(shè)備的散熱散濕情況、自然通風(fēng)和采光等因素，模擬不同工況下的室內(nèi)外熱環(huán)境。模擬結(jié)果與實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略在改善熱環(huán)境方面的有效性。通過(guò)模擬還分析了不同保溫隔熱措施對(duì)熱環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)高效保溫材料的應(yīng)用和合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠顯著減少室內(nèi)外熱量的傳遞，降低建筑能耗，提高室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性。綜上所述，通過(guò)實(shí)地測(cè)量和軟件模擬分析驗(yàn)證，南昌大學(xué)綜合教學(xué)