北方严寒和寒冷地区城镇居住建筑绿色设计导则5

×××：2020

中国城市科学研究会标准

北方严寒和寒冷地区城镇居住建筑

绿色设计导则

TheGreenGuidetoUrbanResidentialBuildingsDesignin

NorthernChinaSevereColdandColdzones

（征求意见稿）

2020年04月22日

1

前言

根据《关于发布2018年中国城市科学研究会标准研编计划（第二批）的通知》的要求，

导则编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国外导则，并在广泛征求意见的

基础上，编制了本导则。

本导则共包括六章，主要技术内容是：北方严寒和寒冷地区城镇绿色住宅设计策略库、

性能指标的建筑设计响应与实现矩阵图。

本导则由中国城市科学研究会负责管理，由清华大学负责具体技术内容的解释。执行

过程中如有意见或建议，请寄送解释单位（地址：北京市海淀区清华大学建筑馆南207办公

室）。

本导则主编单位：清华大学

本导则参编单位：

本导则主要起草人：刘念雄、刘依明、王珊珊、张竞予、闫树睿、马傲、韩玥君

本导则主要审查人：

2

Contents

1GeneralProvisions···········································································5

2Terminologies················································································6

3DesignFramework···········································································8

4DesignProcesses··············································································9

4.1TechnologyIntegrationOrientedDesignProcess···················································9

4.2ObjectandPerformanceOrientedDesignProcess················································10

5DesignResponsiveIndexesandRealizationMatrixChart·····························12

5.1SitePlanning··························································································15

5.2BuildingShapeandSpace···········································································18

5.3BuildingElevation···················································································23

5.4BuildingEnvelope····················································································25

5.5BuildingEquipment··················································································45

6GreenDesignToolsofResidentialBuilding············································53

6.1PerformanceSimulationTools······································································53

6.2OptimizationIntegrationTools·····································································54

ExplanationofWordinginThisStandard·················································55

ListofQuotedStandards······································································56

4

1总则

1.0.1为贯彻国家绿色建筑行动方案，提高北方严寒和寒冷地区城镇居住建筑

的建设质量和居住品质，规范城镇居住建筑的绿色设计，特制定本导则。

1.0.2本导则旨在运用数据科学的方法对不同建筑空间形态的性能表现进行解

析，以建筑性能数据为参量指导住宅空间的生成与优化。

1.0.3本导则旨在建立建筑师主导的，目标和效果导向的数据设计方法和技术

协同工作方法和工具平台。

1.0.4本导则适用于严寒和寒冷地区城镇居住建筑绿色设计的方法指导。

1.0.5本导则从时间、空间、性能三个维度构建“目标—参数—效果”的策略

库和实现矩阵，用于建筑师在方案阶段和深化设计阶段的参考。

1.0.6城镇居住建筑的绿色设计应以人为本，在建筑的全寿命期内，满足绿色

建筑安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居等性能要求，与自然

和谐共生。

1.0.7城镇居住建筑的绿色设计必须符合国家的法律法规与相关的标准规范，

实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。

1.0.8本导则建立绿色住宅数据设计框架，导则具有开放性，具体内容可扩充。

5

2术语

2.0.1绿色设计greendesign

本导则中的绿色设计专指对建筑的场地、功能、形式、空间、材料、构造、

建筑设备等进行设计，以期达到《绿色建筑评价标准GB/T50378-2019》对绿色

建筑的性能要求。

2.0.2城市居住区urbanresidentialarea

城市中住宅建筑相对集中布局的地区，简称居住区。

2.0.3居住区用地residentialarealanduse

城市居住区的住宅用地、配套设施用地、公共绿地以及城市道路用地的总称。

2.0.4居住建筑residentialbuilding

供人们居住使用建筑。

2.0.5十五分钟生活圈居住区15-minpedestrian-scaleneighborhood

以居民步行十五分钟可满足其物质与生活文化需求为原则划分的居住区范

围；一般由城市干路或用地边界线所围合、居住人口规模为50000人～100000人

（约17000套～32000套住宅），配套设施完善的地区。

2.0.6十分钟生活圈居住区10-minpedestrian-scaleneighborhood

以居民步行十分钟可满足其基本物质与生活文化需求为原则划分的居住区

范围；一般由城市干路、支路或用地边界线所围合、居住人口规模为15000人～

25000人（约5000套～8000套住宅），配套设施齐全的地区。

2.0.7五分钟生活圈居住区5-minpedestrian-scaleneighborhood

以居民步行五分钟可满足其基本生活需求为原则划分的居住区范围；一般由

支路及以上级城市道路或用地边界线所围合，居住人口规模为5000人～12000

人（约1500套～4000套住宅），配建社区服务设施的地区。

2.0.8体形系数shapefactor

建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。外表面积中，

不包括地面和不供暖楼梯间等公共空间内墙及户门的面积。

2.0.9换气次数airchangerate

单位时间内室内空气的更换次数，即通风量与房间容积的比值。

2.0.10公共空间publicspace

在住区内提供居民日常生活和社会生活公共使用的建筑室内空间。

2.0.11绿色性能greenperformance

涉及建筑安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约（节地、节能、节水、

节材）和环境宜居等方面的综合性能。

6

2.0.12被动措施passivemethod

通过优化规划和建筑设计，直接利用阳光、风力、气温、湿度、地形、植物

等现场自然条件，来降低建筑的供暖、空调和照明等负荷，提高室内外环境性能，

而采用的非机械、不耗能或少耗能的措施。

2.0.13采光系数daylightfactor

在室内给定平面上的一点，由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分

布的天空漫射光而产生的照度与同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产

生的天空漫射光照度之比。

2.0.14参数化parameterization

建筑方案的参数化是指将方案本身编写成计算机函数，方案的特征和约束条

件作为函数的自变量，通过修改这些自变量可实现对建筑方案的修改。

7

3设计框架

以目标和效果为导向的居住建筑绿色设计流程可分为目标解析、方案生成、方案

优化、设计决策、建设实施、效果验证六个部分（图3-1）。按照设计流程，首先

进行目标解析和权重设定。其次，根据既定目标的指标要求与权重系数进行方案

信息的参数化，采用经验和技术相结合的方法进行方案构思、优化和决策。最后，

在竣工调试后，采用合理的手段及工具进行设计效果验证。此设计流程目的在于

将建筑师的设计意向、主观判断与建筑方案的客观性能指标相结合，以建筑师为

主导，面向设计本身。在操作方式上，通过人机协同、数据设计与全过程控制进

行方案生成与优化，并对设计结果进行实时的可视化呈现，交由建筑师进行综合

决策（图3-2）。

图3-1从目标解析、设计优化、建设实施到效果评价的绿色住宅设计流程图

图3-2建筑师主导的计算机数据设计构成

8

4设计流程

4.1技术策略导向的设计流程

人工计算机人工

方案设计绿色目标模拟绿色目标评价

人工

评价结果反馈

图4-1正向设计流程

绿色建筑设计流程中，以方案设计、技术应用、性能模拟与评价、结果反馈、

设计优化的流程称为技术策略导向的设计流程（正向设计流程，图4-1），在实践

中应用广泛，包括以下内容。

4.1.1方案设计与信息模型

建筑师完成方案设计并进行计算机建模，完成方案的建筑信息模型描述（建

筑空间、几何尺寸、材质构造，围护结构）。

4.1.2技术应用与性能模拟

应用性能模拟工具进行建筑日照、采光、通风、热岛、噪声等室内外环境模

拟分析。

4.1.3分析评价与设计优化

依据设计目标和规范要求，对模拟结果进行分析和反馈，由建筑师完成方案

调整与优化，并再次进行性能模拟和方案优化，最终获得达到设计目标要求的方

案。

9

4.2目标效果导向的设计流程

以目标和效果为导向，完成目标和参数设定、方案及生成、性能模拟与参数

优化、方案集与设计决策（逆向设计流程，图4-2）。

人工计算机计算机人工

方案设计绿色目标模拟寻优方案集生成综合决策

图4-2逆向设计流程

4.2.1目标解析与参数设定

依据目标设定住宅建筑空间参数与性能参数（表4-1、表4-2）。绿色住宅数

据设计围绕节能、减碳、节材与用户满意度四个目标展开。依照设计空间与时间

时序，划分空间参数与性能参数体系（建筑群-建筑单体-构件）。

表4-1空间参数设定

场地条件

规划建设指标

建设条件参数

气候区特征

相关政策

体形系数

平面尺寸

建筑朝向

空间参数建筑信息参数核心筒尺寸

建筑高度

建筑消防间距

建筑视距

房间尺寸

房间开窗面积

户型信息参数

遮阳率

窗可开启比例

表4-2性能参数设定

室内物理环境

性能参数围护结构热工性能

围护结构气密性

10

隔声量

可循环材料用量

设备系统

设备开启时间表

能源形式

4.2.2人机交互与方案生成

通过人机交互，充分发挥建筑师的主导性和计算机参数化设计的优势，使方

案和参数组合在预设规则框架内涌现生成，保证结果的多样性和可控性。

4.2.3性能模拟与参数优化

通过计算机得到大量参数组合和方案与模型，再进行性能模拟筛选和参数优

化，完成基于性能的参数精确设置，获得符合目标要求的方案集。

4.2.4方案集合与设计决策

可视化呈现符合目标要求的方案集的空间模型和性能数据，提交建筑师进行

综合决策。

11

5性能指标的建筑设计响应与实现矩阵图

数据支持型建筑设计流程以设计策略库为指导，通过时间维度、空间维度与

性能维度建立全方位设计实现矩阵，进而实现参数、数据在设计中的响应。

首先，策略库以建筑生命周期阶段、设计空间层级和设计性能目标三个维度

构建设计体系。以北方地区绿色设计影响机理研究为基础，以时间维度为X轴

(生命周期的设计、建造、使用和拆除阶段)、空间维度为Y轴(从规划、建筑、

围护结构到材料部品)、性能维度为Z轴(指标体系与技术参数)，直观建立政策、

气候、经济、技术影响下的策略库（图5-1）。

其次，将策略库以实现矩阵图形式进行分析梳理（表5-1）。从设计阶段与

设计空间层级逻辑分析，形成矩阵纵轴；从政策标准与技术指标特征分析，生成

矩阵横轴。实现矩阵将设计参数与设计阶段、设计空间部位与设计技术指标有机

关联，将复杂设计逻辑清晰呈现，为数据设计提供支持。

图5-1策略库框架示意图

12

表5-1性能指标的建筑设计响应与实现矩阵图

场地区域建筑建筑建筑热

设计响指标场地通风场地日照建筑通风建筑隔声设备系统施工建造

噪声热岛采光节能环境

应实现

污染物满窗绿地与活环境采光空气新风建筑空气撞击建材施工

矩阵参数风速风向△温度温度湿度选型布置高效

扩散日照动场地噪声系数品质量负荷声声节约污染

建筑

5.1.45.1.35.1.55.1.25.1.35.1.3

布局

建筑

5.1.45.1.35.1.55.1.35.1.3

朝向

建筑

规场5.1.4

高度

划地

场地

阶设5.1.1；5.1.4；5.1.55.1.15.1.2

交通

段计

绿化5.1.55.1.2

铺装5.1.2

水体5.1.2

体形

5.2.15.2.2

系数

建筑

5.2.25.2.2

平面

建筑

方方5.2.2

案案空间

设设建筑5.3.15.3.1；5.3.2

5.3.3

计计立面；

5.3.45.3.35.3.4

形体

5.2.1

优化

空间

5.2.25.2.25.2.2

优化

屋面5.4.15.4.15.4.1

外墙5.4.25.4.25.4.25.4.2

深围

化护内墙

设结5.3.25.3.2

5.3.4

计构外窗5.4.35.4.35.3.45.4.35.3.45.4.35.4.35.4.3

5.4.3

5.4.35.4.3

户门

13

阳台

楼板5.4.45.4.4

地面5.4.45.4.4

结构

5.5.1

暖通空5.5.3

5.5.3

调设备5.5.4

5.5.4

建给排水5.5.1

5.5.2

筑设施5.5.2

设电气5.5.1

5.5.5

备设备5.5.5

太阳能5.5.1

5.5.6

设备5.5.6

天然采

5.5.7

光设备

建施建造

5.4.55.4.55.4.5

设工方式

阶建建材

5.1.35.4.55.4.5

段造选择

使运运营

用营监控

阶维物业

段护管理

14

5.1场地规划设计

5.1.1场地交通

1绿色建筑应结合地形地貌进行场地设计与建筑布局，且建筑布局应与场地的气

候条件和地理环境相适应，并应对场地的风环境、光环境、热环境、声环境等加

以组织和利用。

2场地人行出人口500m内应设有公共交通站点或配备联系公共交通站点的专用

接驳车。

3场地与公共交通站点联系便捷，场地出入口到达公共交通站点的步行距离不超

过500m，或到达轨道交通站的步行距离不大于800m；场地出人口到达公共交通

站点的步行距离不超过300m，或到达轨道交通站的步行距离不大于500m。

4场地出人口步行距离800m范围内设有不少于2条线路的公共交通站点。

5建筑室内外公共区域满足全龄化设计要求：

（1）建筑室内公共区域、室外公共活动场地及道路均满足无障碍设计要求；

（2）建筑室内公共区域的墙、柱等处的阳角均为圆角，并设有安全抓杆或扶

手；

（3）设有可容纳担架的无障碍电梯。

6提供便利的公共服务：

（1）场地出人口到达幼儿园的步行距离不大于300m；

（2）场地出人口到达小学的步行距离不大于500m；

（3）场地出人口到达中学的步行距离不大于1000m；

（4）场地出人口到达医院的步行距离不大于1000m；

（5）场地出人口到达群众文化活动设施的步行距离不大于800m；

（6）场地出人口到达老年人日间照料设施的步行距离不大于500m；

（7）场地周边500m范围内具有不少于3种商业服务设施。

7城市绿地、广场及公共运动场地等开敞空间，步行可达：

（1）场地出人口到达城市公园绿地、居住区公园、广场的步行距离不大于

300m；

（2）到达中型多功能运动场地的步行距离不大于500m。

8合理设置健身场地和空间：

（1）室外健身场地面积不少于总用地面积的0.5%；

（2）设置宽度不少于1.25m的专用健身慢行道，健身慢行道长度不少于用

地红线周长的1/4且不少于100m；

（3）室内健身空间的面积不少于地上建筑面积的0.3%且不少于60；

（4）楼梯间具有天然采光和良好的视野，且距离主人口的距离不大于15m。

9应结合场地自然条件和建筑功能需求，对建筑的体形、平面布局、空间尺度、

15

围护结构等进行节能设计，且应符合国家有关节能设计的要求。

10场地的竖向设计应有利于雨水的收集或排放，应有效组织雨水的下渗、滞蓄

或再利用；对大于10hm2的场地应进行雨水控制利用专项设计。

11场地内不应有排放超标的污染源。

12充分保护或修复场地生态环境，合理布局建筑及景观：

（1）保护场地内原有的自然水域、湿地、植被等，保持场地内的生态系统与

场地外生态系统的连贯性；

（2）采取净地表层土回收利用等生态补偿措施；

（3）根据场地实际状况，采取其他生态恢复或补偿措施。

13规划场地地表和屋面雨水径流，对场地雨水实施外排总量控制。场地年径流

总量控制率达到55%或者达到70%。

14充分利用场地空间设置绿化用地：

（1）绿地率达到规划指标105%及以上；

（2）住宅建筑所在居住街坊内人均集中绿地面积，新区建设项目不小于0.50，

旧区改造项目不小于0.35。

5.1.2场地热环境

1应合理布置用地和建筑，有效利用自然通风，降低室外热岛效应；

2区域日均热岛强度不应高于1.5℃。宜用计算机模拟手段优化室外热环境设计；

3宜采用立体绿化、复层绿化方式，停车场、人行道和广场等宜采取乔木遮阳措

施；

4室外活动用地、道路铺装材料的选择在满足用地功能要求的基础上，在项目地

下室以外的场地区域应选择透水性铺装材料及透水铺装构造，透水铺装率不宜小

于50%。

5.1.3场地光环境

1应利用地形合理布局建筑朝向，充分利用自然光降低建筑室内人工照明能耗，

宜采用计算机光环境模拟，优化建筑规划布局；

2应合理地进行场地和道路照明设计，室外照明不应对居住建筑外窗产生直射光

线，场地和道路照明不得有直射光射入空中，地面反射光的眩光限值宜符合相关

标准的规定；

3建筑外表面的设计与选材应合理，并应有效避免光污染。

5.1.4场地风环境

1建设规划用地应营造良好的风环境，保证舒适的室外活动空间和室内良好的自

16

然通风条件，减少气流对区域微环境和建筑本身的不利影响；

2公共活动场地、儿童活动场地和全龄运动场地等宜结合微风通廊进行规划[1]。

3建筑布局不宜形成完全封闭的围合空间，宜结合地形特点采用错列式、斜列式、

自由式等多种排列方式；

4针对不同项目类型，宜进行场地风环境典型气候条件下的模拟分析，优化建筑

空间布局；

5宜进行场地污染物浓度的模拟预测，优化建筑功能布局和场地污染源位置。

5.1.5场地声环境

1噪声敏感建筑物应远离噪声源；对固定噪声源，应采用适当的隔声、降噪措施

和隔震措施；对交通干道的噪声，应采取设置声屏障或降噪路面等措施；

2应注重声环境的主动式设计，运用科技手段营造健康舒适的声环境；

3场地声环境设计应符合现行国家标准《声环境质量标准》GB3096的规定。宜

对用地周边的噪声现状进行检测，并对项目实施后的场地内环境噪声进行预测。

5.1.6场地能源系统

1结合当地气候和自然资源条件合理利用可再生能源（如太阳能热水、太阳能路

灯、地源热泵、水源热泵）[7]。

17

5.2建筑体形与空间

5.2.1建筑体形

（一）方案设计阶段

1建筑设计应按照被动措施优先的原则，优化建筑形体，促进天然采光、自然通

风，降低建筑的供暖、空调和照明系统负荷，改善室内舒适度（图5-2）[10]。

图5-2提升住宅绿色性能的被动措施

2宜在方案设计阶段使用计算机性能模拟，对住宅体形等进行优化（图5-3）。

住宅方案阶段的绿色性能模拟常用软件详见6.1章节。

图5-3住宅绿色性能模拟分析示意

18

3建筑造型应规整紧凑，减少凹凸变化和装饰性构件，减少外围护结构面积，保

持较小体形系数。

建筑物的体形系数S不应大于表5-2规定的限值[10]。

表5-2体形系数S限值

建筑层数≤3层4～8层9～13层≥14层

S0.520.330.300.26

5.2.2建筑平面与空间

（一）方案设计阶段

1住宅的平面和户型设计应有利于降低建筑的采暖和制冷负荷[8]：

（1）单体建筑的平面设计应考虑冬季利用日照并避开冬季主导风向[2]；

（2）紧凑的平面布局、较小的室内面积有利于供暖及制冷能源的节约[12]。

2在住宅平面方案设计初期，推荐使用目标效果导向的设计方法，根据设计条件，

通过人工智能算法进行人机交互方案生成，获得参考方案集及相应性能数据，进

行综合决策。

目标效果导向的住宅方案设计与优化工具主要可分为三种类型：基于人工智

能算法的方案自动生成工具、基于优秀案例库的案例检索匹配工具及“即绘

即模拟”的实时方案可视化工具，相关工具平台的介绍详见6.2章节。

3宜对住宅平面布局进行典型气象条件下的模拟预测，利用参数化优化方法、遗

传算法等进行多目标方案优化，获得具有绿色性能优势的住宅平面：

（1）目标导向的参数化设计方法能够更精确地进行住宅绿色设计与优化，挖

掘住宅在方案阶段的节能潜力；

（2）住宅参数化设计工具平台与插件能够调用多种模拟软件，完成数据交

换，实现能耗、采光、通风等多目标性能模拟，并通过遗传算法等进行优化。

4住宅应满足日照标准，且不得降低周边建筑的日照标准[7]：

（1）住宅建筑日照应符合表5-3的规定[5]；

表5-3住宅建筑日照标准

建筑气候区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ气候区Ⅳ气候区Ⅴ与Ⅵ气候区

城区常驻人口（万人）≥50<50≥50<50无限定

日照标准日大寒日冬至日

日照时数（h）≥2≥3≥1

有效日照时间带（h）8～169～15

计算起点住宅底层窗台面

（2）每套住宅推荐有1个居室、4居室以上户型有2个居室达到日照标准要

求[3]。

5住宅的平面和户型设计应有利于冬季日照，并应采用日照分析软件优化设计

[10]。

19

常用日照分析软件详见6.1章节。

6住宅的平面设计在满足不同气候区最小日照要求的前提下，尽量提高严寒、寒

冷地区冬季南向房间的得热，降低夏季东侧、西侧房间得热[11]。

7建筑物不宜设有三面外墙的房间[10]。

8优化建筑平面布局，改善自然通风效果，减小自然通风的阻力，并有利于组织

穿堂风，实现过渡季和夏季利用自然通风带走室内余热[7,11]：

（1）在住宅设计中，遵循“深度低于14m”的原则（图5-4）[14]；

图5-4住宅进深对室内自然通风的影响

（2）通过合理安排室内南北向门窗位置，形成穿堂风，从而增加房间内的空

气流动，利于室内换气（图5-5）；

图5-5建筑室内自然通风优化

（3）房间布局尽可能简单，房间内壁太多会影响室内空气流通[12]。

9在选择住宅建筑的体形、朝向和平面布置时，应充分考虑噪声控制的要求[5]:

（1）在住宅平面设计时，应使分户墙两侧的房间和分户楼板上下的房间属于

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同一类型。

（2）宜使卧室、起居室（厅）布置在背噪声源的一侧；

（3）对进深有较大变化的平面布置形式，应避免相邻户的窗口之间产生噪声

干扰；

（4）电梯不得紧邻卧室布置，也不宜紧邻起居室（厅）布置。受条件限制需

要紧邻起居室(厅)布置时，应采取有效的隔声和减振措施。

10普通住宅的层高不宜高于2.8m[10]。

11公共空间推荐采用天然采光，如电梯厅、公共走道、地下室或停车库等：

（1）地下室或停车库采用天然采光，且地下室或停车库20％以上面积的采

光系数不小于0.5％[3]；

[13]

（2）居室空间进深不宜太深，以保有良好采光功能。

12套型有2个（或以上）卫生间时，推荐至少有1个卫生间可自然通风和天然

采光[4]。

13住宅室内具有良好视野，起居室主要卧室至少1间窗前1.5m的范围内，视点

1.5m高度可以看到室外自然景观[4]。

（二）深化设计阶段

1利用采光模拟软件对室内天然采光进行分析，天然采光系数达到相关规范要求

[5]：

（1）天然采光系数达到表5-4的要求[3]；

表5-4天然采光系数

侧面采光

房间名称采光系数标室内天然采光照度

窗地面积比值

准值（%）标准值（lx）

起居室（厅）、卧室、

≥2≥1/6300

书房、厨房

卫生间、过道（厅）、

≥1大于等于1/10150

餐厅、楼梯间

（2）采用合理有效措施改善室内大进深区域的天然采光效果，