淺談適應(yīng)氣候條件的建筑設(shè)計策略

1、<p>　　淺談適應(yīng)氣候條件的建筑設(shè)計策略</p><p>　　摘要：利用地域氣候, 通過設(shè)計改善建筑周圍的小氣候, 實現(xiàn)自然通風(fēng)與采光, 減少機械通風(fēng)、空調(diào)與人工照明, 這是最節(jié)能、最有效的設(shè)計考慮。關(guān)于結(jié)合氣候的建筑設(shè)計, 古今中外許多學(xué)者專家都對這個問題進(jìn)行過深刻的研究。本文探討了建筑設(shè)計過程中的氣候分析方法，探討了建筑節(jié)能技術(shù)和方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：氣候條

2、件建筑設(shè)計策略分析方法 </p><p>　　中圖分類號： TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： </p><p>　　今天, 受益于現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步, 人類可用機械空調(diào)來改善生活和工作環(huán)境, 這自然是現(xiàn)代人的幸運。但另一方面,機械空調(diào)也寵壞了現(xiàn)代人。在一些地方, 人們不顧本地的經(jīng)濟實力,無視具體的氣候環(huán)境( 即使在氣候宜人的地區(qū)), 濫用機械空調(diào), 而根本忽視了建筑自身的氣

3、候調(diào)節(jié)潛力。機械空調(diào)似乎成了財富和地位的標(biāo)志。這種背離氣候環(huán)境的高能耗建筑使人類付出了巨大的經(jīng)濟和能源代價, 也在很大程度上削弱了建筑的地方特色, 以致不少建筑雖處不同的氣候環(huán)境, 形式卻大同小異。經(jīng)過70 年代的石油危機, 人們開始愈識到: 人類擁有的能源是十分有限的, 并且從長遠(yuǎn)看, 世界性的能派緊張將是大勢所趨。我們?nèi)绮晃〗逃?xùn), 繼續(xù)揮盆有限的能派, 將會進(jìn)一步加劇能蔥緊張, 最終阻礙社會經(jīng)濟的發(fā)展。作為發(fā)展中國家, 我們更應(yīng)正

4、視現(xiàn)實, 如果我們照扭發(fā)達(dá)國家的生活方式, 無疑會使本已薄弱的經(jīng)濟實力承受超出其支撐能力的負(fù)擔(dān), 其后果可想而知。 </p><p>　　由于上述原因, 國內(nèi)外不少同行已對建筑節(jié)能引起了重視, 并進(jìn)行了多方面探討。大致有三種途徑:其一, 研制太陽能建筑, 利用取之不盡的太陽能為建筑提供能量; 其二, 研制高效保沮隔熱材料, 優(yōu)化構(gòu)造方法, 提高建筑的熱環(huán)境性能;其三, 尋求適應(yīng)于當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖ问? 利用建筑自身

5、的氣候調(diào)節(jié)能力, 創(chuàng)造宜人的小氣候。國外稱這種方法為氣候設(shè)計(Climatie Design )。這三種途徑也并非相互獨立的, 應(yīng)當(dāng)相互結(jié)合, 才能取得更為理想的效果。遵循氣候的方案將為節(jié)能奠定基礎(chǔ)。 </p><p>　　一、建筑設(shè)計過程中的氣候分析方法 </p><p>　　建筑氣候設(shè)計過程需要同時考慮外部氣候、室內(nèi)熱舒適環(huán)境和建筑設(shè)計三者的關(guān)系。在過去幾十年中，國外多位學(xué)者一直致力于

6、這方面的研究，力圖發(fā)展一種系統(tǒng)化的設(shè)計方法，將三者有機結(jié)合起來，并提出了在建筑設(shè)計過程中將室外氣候和人體熱舒適聯(lián)系起來的方法。目前，比較成熟的方法有生物氣候圖設(shè)計法，Mahoney列表法等等，也是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的氣候設(shè)計方法，其目的都是為了給建筑師提供在確定地區(qū)建筑形式和設(shè)計方案時能夠調(diào)節(jié)地方氣候環(huán)境影響并滿足人體熱舒適的節(jié)能型生態(tài)建筑設(shè)計方法。 </p><p>　　二、節(jié)能技術(shù)和方法 </p>

7、;<p>　　1、選擇合適的朝向 </p><p>　　合理的朝向是創(chuàng)造室內(nèi)舒適熱環(huán)境的前提條件和基礎(chǔ)，直接影響到室內(nèi)得熱量和空氣流通狀況，良好的日照和通風(fēng)條件非常有助于減少住宅能耗。必須根據(jù)具體地形，坡向、坡度、風(fēng)向、日照等條件，綜合考慮通風(fēng)，臼照、避熱防曬，并且全方面比較才能得出適合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的合理朝向。從氣候角度分析應(yīng)注意以下幾個方面： </p><p>　　影響建筑

8、物朝向的因素，主要有日照與主導(dǎo)風(fēng)向。在南方炎熱地區(qū)，爭取良好自然通風(fēng)是選擇建筑朝向的主要因素之一。應(yīng)將建筑物朝向盡量布置在與夏季主導(dǎo)風(fēng)向入射角小于45°的朝向上，以便使室內(nèi)得到更多的穿堂風(fēng)。對于總平面布置是行列式方式時，應(yīng)當(dāng)避免建筑物正對夏季主導(dǎo)風(fēng)，以避免兩棟建筑物之間，產(chǎn)生旋渦區(qū)過大，對后排建筑物的自然通風(fēng)造成極為不利的影響。在這種情況下，建筑朝向宜采取與夏季主導(dǎo)風(fēng)向入射角在30°～60°之間的朝向上，以

9、利于室內(nèi)自然通風(fēng)。日照是指各種朝向墻面上可能接受的太陽輻射熱量。墻面上接受的太陽直射輻射熱量，除了與照射角度和日照時間有關(guān)外，還與日照時間內(nèi)的太陽輻射強度有關(guān)。建筑物的布局可以調(diào)節(jié)日照的長短，通常朝南的窗戶可以得到較多的日照時間，朝北的窗戶只能得到很少的日照機會(夏季的早晨與傍晚)。東西向的窗戶只在一天的某個時間段內(nèi)得到日照。 </p><p>　　2、與當(dāng)?shù)貧夂蛳噙m應(yīng)的低能耗建筑 </p><

10、;p>　　適合氣候條件的建筑也就是要使設(shè)計的建筑在盡可能少耗能的情況下，使室內(nèi)溫度在一年四季內(nèi)盡可能地維持或接近在舒適范圍內(nèi)(不同地區(qū)由于生活習(xí)慣和經(jīng)濟條件的差異有不同的舒適范圍)。室內(nèi)自然溫度處在舒適范圍內(nèi)的時問越長，偏離舒適溫度上下限的范圍越小，建筑對機械設(shè)備的依賴就越少，因此建筑能耗就越小。這也清楚地表明了采暖和制冷設(shè)備的主要任務(wù)――輔助調(diào)整室內(nèi)自然溫度到舒適范圍之內(nèi)。而當(dāng)今大部分建筑對于機械設(shè)備的過分依賴，忽視氣候條件的影

11、響與低能耗建筑正是背道而馳的。 </p><p>　　3、實現(xiàn)低能耗建筑的技術(shù)手段 </p><p>　　對于一棟建筑物，與其耗能相關(guān)的因素有：外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)K：它表示建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)(包括透明和實體)通過導(dǎo)熱和空氣交換每攝氏度每平方米在單位時間內(nèi)所損失的熱量。太陽能通過外圍護結(jié)構(gòu)的總透射能量G：它與外圍護結(jié)構(gòu)中透明部分(玻璃或漏空部分)的面積，其太陽透射系數(shù)和非透明部分(實墻)的

12、面積有關(guān)。房間內(nèi)部的蓄熱能力C：即建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)總蓄熱量(包括樓地面和內(nèi)墻)與外圍護結(jié)構(gòu)散熱能力之比。以上三個參數(shù)可以推導(dǎo)出下面兩個物理量： </p><p>　　(1)熱得失率為G／K，它主要表示太陽輻射穿過建筑物的透明部分時對建筑室內(nèi)自然溫度的影響； </p><p>　　(2)熱量時間常數(shù)為C／K，它表示室內(nèi)的熱慣性。熱得失率影響和改變每日室內(nèi)自然溫度變化的平均值和上下浮動的幅度。熱得

13、失率越大，則室內(nèi)日平均自然溫度就越高，每日溫度浮動也越大。時間常數(shù)只影響和改變室內(nèi)每日平均溫度的變化幅度，保持室內(nèi)自然溫度變化的穩(wěn)定性。由此可見，我們就可以得出適合氣候的低能耗建筑的基本設(shè)計方法：利用熱得失率調(diào)整室內(nèi)自然溫度在一年四季里盡可能地接近舒適溫度范圍；利用時間常數(shù)控制每天的溫度變化幅度在舒適變化范圍之內(nèi)，同時避免熱得失率的增加。 </p><p>　　4、建筑室外小氣候環(huán)境營造 </p>

14、<p>　　造成室內(nèi)溫度過高的主要原因之一就是較高的室外溫度，室外空氣的對流輻射導(dǎo)致室內(nèi)氣溫居高不下。因此，總體的思路就是減少室外混凝土硬地面的而積，進(jìn)行整體綠化、樓體綠化、設(shè)置水體來降低室外小環(huán)境的溫度，進(jìn)而減少因室外溫度高所造成住宅室內(nèi)的對流輻射得熱。盡量減少混凝土硬地面。混凝土硬地面的比熱容低，夏季在太陽的照射下溫度升高得十分快，進(jìn)而造成環(huán)境氣溫升高。因此在建筑周圍，應(yīng)盡量取代混凝土地面等硬地面，而代之以易于蒸發(fā)吸熱的軟

15、地面。室外水體布置。水是蓄熱量很高的物質(zhì)，水的蒸發(fā)可以帶走環(huán)境大量熱量，大幅度降低水體周圍環(huán)境的氣溫。水體布置在城市小區(qū)里被廣泛應(yīng)用。外墻綠化遮陽。利用爬墻植物進(jìn)行建筑物的外墻垂直綠化是對建筑進(jìn)行隔熱的一種有效措施。 </p><p>　　5、考慮環(huán)境氣候特點的一些建筑局部設(shè)計 </p><p>　　受地域技術(shù)的啟發(fā)，如果能夠建立一套適用于環(huán)境氣候特點的建筑構(gòu)造設(shè)計方法，可能成為一種節(jié)能節(jié)

16、地的途徑，也就是說，不依賴消耗能源的設(shè)備，而是在建筑形式、空間、布局和構(gòu)造上采取措施，以改善建筑環(huán)境，實現(xiàn)微氣候的建構(gòu)，這對于發(fā)展中國家尋求可持續(xù)發(fā)展更具有現(xiàn)實意義。例如我國南方在高層建筑設(shè)計上結(jié)合熱帶氣候，可以嘗試節(jié)能同時實現(xiàn)微氣候的建構(gòu)，有人稱之為生態(tài)氣候?qū)W，大體上可以做這樣的操作： </p><p>　　將電梯、衛(wèi)生間等服務(wù)性空間布置在建筑外層，減少太陽對中部空間的熱輻射，高層建筑表面綠化或在中部引入綠化開

17、敞空間，減輕高層建筑的熱島效應(yīng)，設(shè)置不同凹入深度的過渡空間來塑造陰影空間，并使遮陽與綠化相結(jié)合?！岸悠ぁ钡耐鈮Γ纬蓮?fù)合空間或空氣夾層，這一技術(shù)在熱帶和寒帶地區(qū)都，有理想的保溫隔熱作用，在屋頂設(shè)置遮陽格片 角度可根據(jù)不同時段和季節(jié)而變化，結(jié)合屋頂花園或游泳池以改善熱工，外墻采用遮陽設(shè)計，并且同時成為建筑造型的語言。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p>

18、<p>　　[1] 夏云,夏葵.生態(tài)與可持續(xù)建筑[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003. </p><p>　　[2] 陳濤,朱新榮.淺談建筑空間的氣候適宜性設(shè)計[J]. 建筑節(jié)能. 2009(02) </p><p>　　[3] 劉大龍,劉加平,楊柳,王穩(wěn)琴.建筑氣候區(qū)域性研究[J]. 暖通空調(diào). 2009(05) </p><p>　　[4] 趙繼