非空调时代的地域传统建筑，可以被归类为当今的“低能耗建筑”。其营造的具有较好气候适应性的人居环境，为传统社会中的人们提供了较为舒适的日常生活空间。当代基于现代功能与空调技术的建筑环境营造所面临的能耗与碳排放问题，可以从传统营造智慧的角度进行思考。从设计思维出发，基于全年气候变化及每天的使用工况，利用人对建筑使用在时空上的灵活性，重构功能空间和空调使用的关系，从而实现建筑低碳、节能运行，并应对人们对舒适、健康等需求的挑战。从湿热地区的岭南传统建筑中可获得启发 ：除了建筑功能空间外，具有气候适应性价值的建筑空间，发挥了遮阳挡雨、防热缓冲、引导通风、改善采光等作用。结合当代建筑“气候设计”概念，笔者提出了“气候空间”概念[1]。从传统村落到近代城镇建筑，岭南传统建筑皆留下了宝贵的气候空间经验。“气候空间”包括冷巷、院子、天井、凉棚、骑楼、外廊、阳台等，解决了遮阳、通风、防热等问题。气候空间也可以是功能空间，往往与外部气候直接相关，并通过空间系统发挥作用。通过对传统建筑中气候空间关系的提炼，可以总结出传统村落的“街巷+内院”、竹筒屋的“通廊+天井”，以及近代建筑的“外廊（骑楼）+梯井”等多种气候空间系统（图 1）。气候空间的使用改善了建筑微气候，而在现代建筑中可以起到减少空调使用空间、使用时长及降低空调能耗等综合作用。[2]
1 岭南传统建筑气候空间系统在笔者作为主要指导教师的华南理工大学队参加的3次国际太阳能十项全能竞赛中，参赛房屋皆采取了“向传统学习”的方式与“气候空间” 的设计策略，运用传统建筑营造智慧，实现了参赛房屋的优异性能，取得了优秀的成绩。国际太阳能十项全能竞赛最初是由美国能源部发起并主办，以全球高校为参赛单位的太阳能建筑绿色技术竞赛，现全球拥有 7 个赛区。竞赛为建成房屋的比拼，参赛房屋需在能源效率、工程与建造、能源管理、房屋舒适度、房屋功能、可持续性、创新性、宣传、建筑设计等十个方面进行主观或客观评分，并决出单项和总成绩名次。华南理工大学队在 2013年和2018 年的国际太阳能十项全能竞赛中国赛区中分别获得总成绩亚军和冠军，在2021年举行的国际太阳能十项全能竞赛迪拜赛区获得总成绩冠军，皆为中国赛队最好成绩。因此，参赛房屋的创新理念值得总结和推广。1 2013年国际太阳能十项全能竞赛中国赛区参赛房屋——凹宅（中国山西省大同市）2013年的比赛为国际太阳能十项全能竞赛中国赛区的首届比赛，赛事从美国引入，竞赛组织和规则也基本沿袭了美国赛。笔者团队在缺乏比赛经验的条件下，先研究国外赛队的经验，通过详细调研后，认识到赛事任务的艰巨性，从而确立了策略和创新目标。基于华南理工大学建筑学院多年从事绿色建筑研究的积淀，特别是在湿热地区传统民居气候空间研究的基础上，设计方案从空间入手，创造具有中国传统空间文化特色的太阳能住宅。通过对黄河中下游及山西地区的传统民居进行研究，特别是对山西合院式住宅的分析，最终确定建筑布局概念（图2、图3）。[3]2 凹宅外观
3 比赛现场俯瞰建筑采用三面功能空间围合“院子”的布局，是对传统围院式住宅空间关系的抽象转译（图4）。中间院子的界面可变化，以应对夏天和冬天不同的气候条件。院子上部的天窗有两扇可开启扇，方便引导气流向上排出。院子的前后界面采用折叠门扇，可开可合。夏天，门扇打开，庭院注水，外部气流经庭园降温增湿，为室内带来较好的舒适性 ；冬天，门扇封闭起来，庭院的水排掉，以免结冰，院子便成为一个阳光房，庭院里的卵石白天可以吸收热量，晚上将热量释放出来。院子根据四季气候呈现出不同的状态，表达着建筑与自然互动的中国营造智慧（图5）。
4 太阳能房屋对传统居住空间的提炼
5 不同季节的庭院模式除了围绕庭院空间的建筑布局，为了加强建筑外界面的性能，建筑师还进一步设计了夹层空间。在屋面太阳能板和建筑屋面之间，设置了空气夹层，组织气流带走光电板的余热，加强隔热效果，同时利用热压也加强了庭院天窗处的空气流动。为了进一步加强建筑外立面保温隔热性能，室内沿外界面特意设置成储藏空间，利用空气间层提升材料构造以外的性能效果。因此，建筑师利用“空间”做文章，大大提升了技术性能，并创造出系统联动的效果（图6、表1）。表1 凹宅技术指标与系统设计参数左右滑动查看完整内容6 凹宅系统示意2 2018年国际太阳能十项全能竞赛中国赛区参赛房屋——长屋（中国山东省德州市）不同于在欧美国家的独立屋方式的解决方案，本次比赛要求设计并建造一栋两层的永久性住宅建筑。这个要求是对太阳能比赛如何适应中国国情下居住建筑发展的一个挑战：聚焦于中国城镇化高密度发展的现实，讨论有效的解决方案。同样的，建筑设计工作从调研传统的，特别是热带与亚热带地区的高密度城镇住宅开始，并从广州近代典型城市住宅“竹筒屋”中找到灵感（图7）。7 太阳能房屋应对中国问题的应用场景竹筒屋是19世纪初从南亚地区传入广东，在早期城镇化的广州、汕头、海口等地广泛出现，其地域气候适应性特征明显。其空间布局通过建筑入口内凹、室内通廊、天井等形成气候空间系统，从而解决建筑室内通风和采光问题。若借鉴采用竹筒屋的形式，竹筒屋面宽小、进深大的建筑布局方式为太阳能房屋的设计带来了挑战。一方面，考虑联排拼接需要，房屋的两个侧立面不能做任何开窗和功能设计，现代建筑常见的造型和空间操作被大大限制 ；另一方面，屋面的太阳能发电面积也将少得可怜。在初期方案阶段，与其他代表队交流后，学生团队明显感觉信心不足，但通过认真复盘、统一思想后，坚定了方案方向，并进行太阳能发电面积技术论证，最终落实了房屋方案。长屋的项目名称便是来自建筑的形体特征（图8）。比赛期间，正好遇到连续数日最高气温38 ℃的炎热天气，白天房屋无须开空调，便能够达到良好的体感舒适度，让参观的评委及观众啧啧称奇。8 长屋外观房屋采用内凹入口、前后贯通的室内通廊，以及串联的三个不同大小的采光、通风天井，形成气候空间系统。屋面扣除采光窗后，剩余部分才是太阳能发电屋面。无论是夏天，还是冬天，房屋良好的被动性能都可以大大减少建筑的能耗，即使在屋面可发电面积不大的情况下，仍能达到优越的能量平衡。建筑布局沿纵向分为集成墙和空间层 ：“集成墙”将建筑各种设备在水平和竖直向进行集成，以应对“空间层”不同功能用房灵活变化的需求，使得建筑的设备系统灵活高效（图9）。
9 气候空间原型演绎
建筑中核心中庭采用了可伸缩玻璃天棚设计。中层首层采用可折叠玻璃门，可以灵活打开拓展功能空间，也可以封闭实现庭院与可控空调区域的有效分离。界面不同的开合模式，可以应对山东四季的气候需求 ：夏天，可以有良好的降温通风效果 ；冬天，可以封闭为阳光房，被动得热的同时，保证中庭绿墙的生机勃勃（图 10）。值得一提的是，中庭布置了一台吊扇，可以双向机械驱风，向下吹时是风扇，向上吹时是拔风，加强通风效果（图 11）。气候空间系统在房屋各方面性能的协同中起到核心作用，设计也是一个有效的创新整合工具，赋予太阳能房屋超越技术性的灵魂（表2）。表2 长屋技术指标与系统设计参数
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10 采光中庭与建成效果
11 可开启天窗与双向吊扇
3 2021年国际太阳能十项全能竞赛迪拜赛区参赛房屋——X-House（阿联酋迪拜）针对中东地区的干热气候，在方案开始前，团队先调研全球同类型居住建筑的典型性空间类型，分析其气候适应性规则。中东与北非地区炎热、少雨、多沙尘，当地传统住宅采取了外观封闭、向内院开放的形制，尽可能对外遮挡，减少辐射热量，并向内解决采光、通风问题，同时天井尺度也相对窄小。另外，捕风塔是干热地区传统住宅常用方式，利用风压和热压进行建筑自然通风组织。捕风塔内部的十字交叉挡风板，可以将风塔顶部不同方向来风聚拢导入，经过长长的塔身，将空气冷却并引入建筑室内。同时，捕风塔又利用热压作用，将室内空气从处于负压区的被十字交叉挡风板分割的隔腔顶端导出。捕风塔的巧妙原理是传统建筑空间气候适应智慧的典型体现。在传统中东地区的聚落中，内向中庭和捕风塔并不需要同时使用，但其核心原理是相同的——对外封闭，对内组织通风。由于比赛规则对建筑物提出的限高和形体控制要求，以及兼顾太阳能发电的屋面面积，房子做了创新性的气候空间布局 ：1）采用围绕中庭的建筑功能布局，并将中庭两侧及顶部界面设计成可以开合的模式，以便应对功能上和气候空间界面的灵活性 ；中庭设计为非空调区，不参与能耗及比赛测评。考虑建筑外围及场地辐射热量的影响，除了尽量减少建筑物开门、开窗外，还在建筑物外围设置了连续的围墙，围墙与建筑间形成“围院”。围墙采用太阳能发电及垂直绿化模块搭建而成，也是用技术材料创新建构的体现（图12）。12 气候空间原型空间提炼2）在采光中庭上部加了一个十字形斜交的夹层导风系统，学习传统捕风塔经验，可以顺应不同方向来风，进行通风组织。利用夹层空间的飘板形成大尺度的悬挑，遮挡了一部分的围院，将导入热风进行降温。飘板不仅可以进一步遮挡强烈阳光，还可以增加屋面光伏板面积。建筑中隐含的十字结构，也成了X-House命名的由来（图13）。13 风塔作用原理“中庭+‘X’形导风腔+围院”的创新气候空间系统，中庭上部周边、斜交十字导风板皆为可调节叶片，可以通过不同的开闭方式应对不同的气候工况——除了组织通风，还可以对抗沙尘暴天气（图14）。14 风塔空间演绎与多种工况分析建筑中置入的气候空间系统，使得房子的各方面性能表现优越（表3），在比赛中获得了9个子项第一，1个子项第二的成绩，并获得总成绩冠军，成为全场被访问密度最高的项目（图15、图16）。表3 X-House技术指标与系统设计参数
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15 X-House中庭内景
16 X-House外观4 气候空间设计策略总结通过研究项目所在地的传统建筑，理解其气候适应性原理，并采用气候空间方式进行空间分析，有利于把握地域建筑的空间原型。通过对建筑气候界面的分类解析，对其建筑物理性能进行时空性描述，可以提炼其气候空间规律。将传统气候空间规律，结合当代生活的适应性和可行性进行分析，再基于设计条件进行当代建筑气候空间系统构建。围绕气候空间系统，进行功能空间优化，依据数字技术工具进行模拟分析，协同优化出理想的整体空间布局。最后，运用适宜的技术和材料，进一步强化房屋各方面绿色性能，实现地域绿色建筑的完整呈现。■
图片来源图1 ： 笔者研究团队提供
图2～图16：华南理工大学队赛队成果表1～表3 ：根据赛队所提供数据整理
参考文献
[1] 肖毅强，刘穗杰．岭南传统建筑气候空间的尺度研究[J]．生态城市与绿色建筑，2015（2）：73-79．[2] 肖毅强，刘穗杰．高层绿色建筑的气候空间构建探索：广州珠江电厂办公业务综合楼[J]．新建筑，2020 （1）：108-112．[3] 肖毅强，曹祖略，钟冠球．零能耗示范建筑：生态凹宅[M]．广州 ：华南理工大学出版社，2015．
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[11] 王鼎明，何宛余，王彦文．装配式模块化建筑的“数智化”发展[J]．当代建筑，2022（8）：57-61．
[12] 邓曦，程方宇，柏玮婕，等．韧性与可持续性：疫情社会中建筑响应的概述[J]．当代建筑，2022（8）：62-69．
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本文发表于《当代建筑》2022 | No.08
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编辑/章娟 校对/牛晨曦 审核/张隽