建筑的次要空间一般不被重视，而它具有缓冲气候的潜力，从这一独特视角探讨建筑布局设计的科学规律。人民生活水平不断提高，建筑微气候的重要性越来越凸显。

能源危机的警示

能源危机在全球范围内已不是新鲜事。202年夏季以来，能源供给不足叠加高温天气，欧洲电价创新高，交易的次年法国电价达到了7.73元/千瓦时，德国突破6.84元/千瓦时，高电价直接导致高通胀和社会不稳定。50年前和2022年西方能源危机的直接导火索都是国家或组织之间的博弈冲突。20世纪70年代的能源危机是因为欧佩克国家的石油减产和石油出口禁令，本次危机缘于俄欧冲突。它看起来是国家或组织之间的博弈引起的，但是究其根本，资源有限本身才是核心原因。据欧盟能源机构预测，石化能源将在21 世纪内开采殆尽，石油需求在2020―2030年达到峰值。有限的资源在全球进行分配，加上国家实体之间的壁垒，供给不足不是偶然现象，以后或许会频发并导致更深刻的危机。当然，能源危机也给人们带来了反思和改变，自20世纪70年代石油危机爆发以来，欧洲大力发展清洁能源，并直接推进了《京都议定书》的签订和巴黎气候峰会等事件，达成了节能减碳的全球共识。

从我国情况来看似乎是另一番情景，由于近年来能源供应的平稳和电网技术的支撑，电价一直维持在低位。这对于制造业大国维持竞争力至关重要，但也导致人们的能源危机意识并不强烈，节能动力不足。我国电力消费总量巨大并呈台阶式增长（图1-1），电力供给快速增长有难度，2021和2022年的多地拉闸限电就敲响了警钟。在发展快车道上的我国对电力的需求只会越来越大，现有的能源消费结构需进一步优化，节能降耗也相当紧迫。回头来看，21 世纪初开始大力发展清洁能源的策略起到了积极作用，截至2020年，清洁能源消费的占比达到了24.4%（图1-2）。但还需看到，煤电的消费占比依然达到56.5%，而且较长时间内，它都将是我国主要依赖的能源，这给节能减排带来了巨大挑战。另外我国单位GDP能耗、人均能耗分别为世界平均水平的1.4和1.44倍[1]，所以需要加大新能源的供给，而更为重要的是当前需要注重能源消费环节，全面推行能源节约和提效。即使大力发展清洁能源， 如果不在有效节能上下功夫，远期供需矛盾也难以化解。况且，清洁能源生产的原材料供应也是有限的，而且我国部分材料还受制于人。锂、镍、钴、锰、稀土等重要生产材料的全球储量都有限度。以新能源汽车为例，全球可开采锂资源约为1350万吨，按目前技术来估算，平均每辆电动车消耗约7.5 kg 锂2，全球锂资源只能支撑制造约18 亿辆锂电池电动车。重大能源技术的提升都不是持续发生的，而是脉冲式的，在重大技术革新发生之前，需求的爆发式增长都不可持续。我国尚未爆发大规模能源危机，但是从需求增长的趋势看，不可不防。所以无论从长远发展还是从能源安全的角度来看，节能提效始终都是极为重要的。

在节能方面，建筑领域任重道远。2019 年全国建筑全过程能耗总量为22.33亿吨标煤，占全国能源消费总量的45.8%，碳排放占比达50.6%[2]。随着我国居住条件的改善，用电量还在快速增长。空调普及率越来越高，居住环境越来越精致舒适。生活也越来越便利，坐在家中就可调用诸多的电器，还能调配大量的资源，遥控视线范围之外的货品和物流。但在这样未来化的场景中，各种智能设备带来的超级便利都需要巨大的电力增量支撑。它包含的不单是手机等智能设备的耗能，更多的是经由它们发出的一道道资源调动指令所带来的耗能。然而坏消息是一定技术条件下的电力增量都有极限，关键性的清洁能源技术如氢能源和可控核聚变应用都还未成形。从以往新技术应用趋势看，新技术投入大范围使用要经历研发、试用和产业化等一系列环节，更不用说突破性的新技术还在研发的路上。无论是因为受制于能源紧张，还是要顺应将来的技术发展，建筑的未来趋势都是，一方面建筑可成为产生清洁能源的供给端，另一方面又要成为利用清洁能源的使用端，以节能降耗。对于建筑作为清洁能源的供给端，光伏建筑一体化（BIPV）和分布式风能发电为建筑设计提供了方向。越来越多的房屋业主注意到了BIPV 在节电和投资回报上的吸引力，产品应用逐渐被常规化。因为国内光伏产业的大力发展，目前光伏发电越来越具有经济效益，而且BIPV 又进一步减少了远距离输电的成本。2022 年6 月我国发布的《城乡建设领域碳达峰实施方案》提出，到2025年新建公共机构建筑、厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%[3]。它在技术上主要依赖光电转化的效率提升，建筑设计领域只是配合其一体化安装，这对建筑表皮设计具有指导意义。

对于建筑作为清洁能源的使用端，需要通过对建筑设计和机电设备的优化，争取利用环境中的自然能源。对于建筑设计领域来说，需要通过科学的设计达到节能降耗的目的。《城乡建设领域碳达峰实施方案》也提出，2030年前严寒和寒冷地区新建居住建筑本体要达到83% 的节能要求，其他区域要达到75%的节能要求。建筑设计中的布局、朝向、形体、围护结构等方面都是影响能耗的因素。如果低能耗或近零能耗房屋得以大量建设，这对降低社会总能耗的作用相当可观。在形体空间上进行科学设计是*经济的手段，也是节能的源头环节。

陈晓扬

东南大学建筑学院副教授、建筑设计及其理论专业博士、国家一级注册建筑师，从事建筑设计教学及实践，主要研究方向为建筑设计及其理论、绿色建筑等。

蔡苗苗

东南大学建筑学院硕士毕业，现就职于金地集团华中区域郑州地产公司。

1 一种面向气候的设计思路 001

1.1 建筑的气候设计观 002

1.2 气候缓冲与空间设计 014

1.3 一种空间层级的设计思路 024

2 空间层级布局的类型 029

2.1 主次空间布局的层级类型 030

2.2 空间层级的热缓冲性能初步分析 040

3 空间层级类型的热缓冲性能 043

3.1 核心式空间层级 044

3.2 内廊式空间层级 049

3.3 外廊式空间层级 054

3.4 南北式空间层级 062

3.5 围绕式空间层级 066

3.6 垂直式空间层级 069

4 基于热缓冲的空间层级模式 075

4.1 基于热缓冲的空间层级原型 076

4.2 两种优化思路的可行性 090

4.3 提升型优化 104

4.4 重构型优化 117

5 空间层级优化子模式 127

5.1 附加热缓冲腔体 128

5.2 嵌入热缓冲腔体 139

5.3 次要空间布局调整 151

5.4 圈层式空间层级 156

5.5 内嵌式空间层级 164

5.6 垂直式空间层级 171

6 结语 183

参考文献 188

图片来源 192

附 录 193

彩 图 211