中国夏热冬冷地区住宅建筑节能设计及应用.doc

1、中国夏热冬冷地区住宅建筑节能设计及应用简介：气候是影响建筑设计的一个重要因素，在不同的区域条件下，应有不同的建筑形态空间布局，即适应气候的地域技术。本文将针对夏热冬冷地区的气候特征，从建筑布局、建筑遮阳、空气间层的保温隔热、室内空间组织、围护结构等来探讨该地区住宅建筑节能设计。力图降低建筑能耗，创造建筑微气候，并从地域技术，构造设计上来创作该地区气候的住宅建筑。关键字：住宅建筑 构造设计 地域技术 节能前言上个世纪全球的建筑建设量等于之前人类所有建筑建设量的总和，当然这源于社会的发展，科技的进步，是人类文明程度的表现。然而，有限能源已逐步的枯竭，自然资源破坏性的利用，自然环境的日益恶化，城市的

2、建设和建筑的发展都不断地面临各种各样的问题。如今，建筑师必须从 “可持续发展”的角度去审视我们的建筑设计，从根本上降低建筑能耗。另外，还必须适应社会的发展，满足消费者的需求，提高室内舒适度，减少对空调等耗能设备的依赖性。接下来，我将通过对生物气候地方主义理论及一些国外新气候建筑的介绍和研究，探索适合中国夏热冬冷地区建筑的设计原理。1.中国夏热冬冷地区气候特征中国夏热冬冷地区地理纬度大致在北纬30度32度，属于气候过渡地区。这一地区夏季太阳辐射强度较大，气温较高，最热月份室内气温高达32摄氏度左右，持续时间长达34个月，特别是在顶层及西晒房间显得十分闷热难受；冬季室内显得阴冷潮湿，最冷月份的室内

3、平均气温只有46摄氏度，时间长达23个月，且季节风旺盛。该地区住宅建筑室内热环境质量普遍较差。由此，大量的空调设备涌入居民区。由于缺乏总体部署，没有从改善建筑热工入手，热环境的改善十分有限，能源利用效率低，造成大气环境污染。因此，改善该地区的室内环境已是刻不容缓。在正常情况下，相同体积、材质、质量的物体，在同一环境条件下，所吸收的太阳辐射热相等，其根本区别只在于热量在形体中的分布情况。其实建筑隔热就是尽可能的将多余的太阳辐射热阻隔在建筑之外，使室内具有舒适的热环境，这就需要我们要对建筑的外环境进行分析研究。建筑并不同于一般的形体，它已经是有一个普通的形体转化为了有生命力的空间形态。它需要有采光

4、与通风，这就必然需要有门窗，而太阳热辐射就会通过门窗传入室内。这就需要在设计中就必须知道该地区一年中太阳的运行规律，分析该地区生物气候特征，采用适合的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮阳、保温等措施。2.生物气候地方主义理论气候和地域是紧密相连的两个概念，从上个世纪二三十年代就开始对建筑与气候、建筑与地域关系的研究。随着科技的进步、研究的不断深入，建筑节能也取得了一定的成效。1963年，V奥戈雅所著的设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究，概括了60年代以前的建筑设计与气候、地域关系研究的各种成果，提出“生物气候地方主义”的设计理论，将满足人体的生物舒适感觉（冷、热、干、湿等）作为设

5、计的出发点，注重研究气候、地域和人体生物感觉的关系，认为建筑设计应遵循气候生物技术建筑的过程，分别是：调研设计地段的各种气候条件；评价每个气候条件对人体生物舒适感的影响；采取技术手段解决气候与人体舒适之间的矛盾；结合特定地段，区分各条件的重要程度，并采取相应的技术手段进行建筑设计，寻求最优化的设计方案。生物气候地方主义理论较大地影响了后来的建筑设计，例如70年代的德国适应气候节能建筑的研究。除此之外，印度的柯里亚也提出了“形式追随气候的设计方法论”。从生物气候学角度出发，结合地域气候条件进行设计是设计者用来表达地方主义文化特征的重要手段，也是为了满足当前社会发展的需要。3. 夏热冬冷地区住宅建

6、筑设计中的地域设计为适应夏热冬冷地区的气候特征，必然要产生一系列适应性的空间形态。围护结构的热工性能在夏季自然通风的情况下，要使室内温度低于室外温度的有效方法是加强外墙及窗户的隔热性能。根据建筑的热工机理，太阳辐射投射到建筑外表面时，其中一部分被反射出去，一部分被吸收。而被建筑外表面吸收的热量一部分向室内传递，另一部分则以长波辐射和空气对流的形式向室外散发。显然，散发到室外的热量越多，传递到室内的热量就越少。因此，增大建筑外表面的辐射有利于减少向室内传递的热量。因此，对于夏季持续长时间高温的夏热冬冷地区，其外墙通常采用白色粉刷或用浅色饰面来达到提高外墙辐射隔热的效果。此外，要想取得减少向室内传

7、递热量的效果，还应该采取降低建筑外围护结构的传热系数的手法，即在外围护结构中设置隔热层，阻隔室外的热量向室内传递，这样一来，建筑从室外所吸收的热量将大量地聚集在建筑的外表面，促使建筑的外表面温度升高，从而进一步提高了建筑外表面与环境之间的温度差，有利于建筑向室外散热。这种隔热方式也称为升温隔热法。反射隔热和升温隔热的结果都是把投射到建筑外表面的太阳辐射热转移到建筑的外部环境中去。冬季亦反。对夏热冬冷地区而言，窗户的热工性能问题一直都是外围护结构设计中的一个极为重要的因素，其主要问题是该如何改善以及防止空气渗透。在夏季满足自然采光的同时，能够尽可能得使热量滞留在室外，而且，还要满足冬季减少热量从

8、室内向室外传递。目前，最常用的方法是采用多层空气间层的玻璃窗，如使用中空、隔热和反射的玻璃等，但空气间层的厚度一般只有20mm左右，并不能有效地达到隔热的目的，若是达到40mm才会有效，而这就使得空气间层之间的压力变得更小，所采用的玻璃就必须要有更大的强度，而这将势必要提高造价。当然，如果在空气间层里填充反光材料，会达到更好的效果。建筑布局在夏热冬冷地区，建筑的总体布局常常会坐北朝南。除此之外，还会紧密地围绕良好的自然通风，其目的是为了舒缓夏季的酷热与减少冬季室内的阴冷湿气。所以在建筑布局上往往采用舒展开敞的形式以及有较大的窗洞开口，来保证良好的自然通风。在此基础上，若是采用较深的门廊和遮阳板

9、将有助于导风与降温。而另一种有效的方式是在室内设置“风道”以组织穿堂风，“风道”应有足够的宽度来保证室内空气的流通，其两端还可以设置蓬或门廊来起到导风、避雨或遮阳的作用。内部空间的组织与划分该地区的建筑普遍的存在一个显著的特点开敞的平面形式，有点类似于现代住宅中的“流动空间”，但功能更加全面。所以，该地区的较为理想的建筑布局形式是：一个长方形的建筑平面兼坡顶的建筑立面。所有的房间都有直接的通风采光，住宅的四边多会带有阳台、百叶遮阳板或外廊。很多的传统民居会采用这种布局形式。但在大量的多层及高层单元住宅中，由于建筑密度或容积率的限制，现代住宅会有较大的进深，因此需要设计者采取一系列的措施来保证不

10、同方位的住房之间有流畅的气流用以形成穿堂风。如今，随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，群众对住宅建筑的各个方面的要求也越来越高，对生活的空间环境也越来越重视，所以，住宅建筑中的“大厅小卧”的概念为适应现代住宅观的变化应运而生，它反映了住宅建筑的发展趋势，是住宅设计中的一个进步标志。“大厅小卧”属于建筑设计中的空间组合、功能分区和面积分配的问题。设计者应注意厅卧之间的面积分配，强调建筑设计手法在“大厅小卧”中的细节部位，以保证“大厅小卧”住宅能够拥有良好的空间环境和使用效果，并使其具有一定的“超前意识”。以上是建筑设计中面对地域和自然气候条件的营造，历经岁月的锤炼而形成的地域技术，是一种质朴

11、、广义的生态设计。其中所体现的“因地制宜”的原则和采用的生态设计手段所创造的环境微气候思想，是设计手法中的一种重要手段。根据不同的地域气候特征，生成一套相应的建筑构造设计，是设计者在建筑领域中不断追求的目标。其基本思想是：不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间布局和构造上采取相应措施，以改善建筑环境，实现微气候调节。如印度建筑师柯里亚的作品对其设计思想作了有利的诠释。为了解决干热气候区域的建筑所产生的一系列的问题，柯里亚提出了“开敞空间”和“管式住宅”，前者体现了有阴影的户外或半户外空间更适合于干热气候地区公共活动的信念；后者把烟囱抽风的原理应用于剖面设计中。因而，在底层高密度的住宅群体中，既创造

12、了小型的阴影户外空间，又有效解决了室内空气流通的问题，并创造了直接反映其气候特征的建筑形象。具体的方案实例分析这是浙江省临安市高坪村的一新农村节能住宅设计方案（上北下南），较好的利用地域技术以及建筑构造学，适应夏热冬冷地区的气候特征，满足建筑节能的设计思想。特点根据当地居民的生活习惯，保留了厅堂，在平面上采取当地传统的布局形式，取得与传统民居的认同感，且在保证日照通风等基本条件的情况下，在西南方向上增设阳光间，使布局更为合理，使用更为舒适（如图）。 图表 1 一层平面图 图表 2 二层平面图在剖面上增设“大烟囱”，结合当地的常年风向，实现水平、竖直方向上的联合通风。在立面上采取斜坡造型减小了建

13、筑体量，且有利于屋顶的排水并结合三层阁楼的雨水收集装置。主客分区，食寝分离，动静分区，居寝分离。窗户上采取“南大北小、东少西无”的形式，有利于更好的通风与采光。生态型住宅，造型简约，节能节水，经济适用。太阳能的利用设置太阳能屋面，将太阳能热水器和太阳能光电板与屋面的排水系统相结合。设置阳光间，利用可翻转双层（低辐射膜）透射玻璃顶和双面材质的可翻转百叶，来利用太阳能升温改善室内温度。根据夏热冬冷地区的冬季与夏季不同的太阳高度角来有效地利用阳光和进行遮阳（如图）。图表 3 附加阳光间工况分析冬季工况：在白天打开百叶，并使百叶的深色一面朝向室外，可以充分地吸收太阳辐射热，为室内提供一定的能量，阳光不

14、受阔叶树枝叶的遮挡，直接照射或反射到室内，南侧蓄热墙吸收热量，成为太阳能的蓄热体。在夜晚关闭百叶，拉下遮阳幕，减少室内外热量交换；南侧蓄热墙释放白天所吸收的热量，维持室内温度。通风屋顶的进风口和出风口封闭。夏季工况：在白天用南边的阔叶树、关闭的百叶（面向室外的一侧涂成浅色，用来阻挡并反射多余的阳光进入室内）以及拉下的遮阳幕来遮挡太阳光直射，阻挡外部热量进入室内；在夜晚则采取开窗通风的方式来降低室内温度。通风屋顶的进风口和出风口的百叶在夜间和白天的某些时刻是开启的，以带走室内空气中的受热空气以避免室内温度过高。卵石床蓄热床由太阳能集热器和蓄热物质（通常为卵石地床）构成，安装时集热器低于蓄热物质，

15、空气在集热器内被加热后，在热压驱动下流过蓄热物质，并存储热量。非日照阶段，由卵石床向室内供热。用于夏季降温时，室内空气从底部进入，经蓄热墙加热后，在浮力作用下上升，从风道顶部流出；冬季调整开口，按相反方向流动。与此同时，还可以通过节气闸控制进入房间的气流量。图表 4 卵石蓄热床工况白天工况：白天天气晴朗的情况下，吸收大量的阳光辐射热，并通过风扇送至室内，加热室内多余的热量存储在地下卵石床和蓄热墙中。夜晚工况：放下保温帘并关闭百叶，地下卵石床和蓄热墙中存储的热量开始释放，以保证室内温度不至于过低。通风与遮阳百叶式遮阳构件起遮阳、降温和导风作用。（夏季）开启楼梯间处的天井玻璃顶，产生“烟囱效应”，

16、利用风压通风组织自然通风以达到降温和通风作用。厨房的灶台上方设置通风小烟囱管道，加强厨房的室内气流流动，使厨房空间保持负压状态。隔热保温因地制宜，使用轻质保温小型砌块砌筑外墙，外加保温粉刷层。结合太阳能热水器与太阳能光电板来设置双面屋面，而阁楼的储水箱起保温隔热作用。节约用水使用节水龙头和坐便器。结合屋顶的排水系统收集雨水并联合屋前的蓄水池进行水循环的综合利用，用于生活用水与灌溉。在夏热冬冷地区我们可以找到许多类似的建筑形式：干栏式建筑、平台、通风屋面等。这都是劳动人民根据当地的气候特征，所创造出的建筑形态，是一种建筑文化的体现。在建筑设计中应该在气候环境设计的基础上寻求一种继承文脉的理念，因

17、为气候不只是影响建筑的一个自然环境，还与文化息息相关，设计者应该贯彻“形式追随气候的”思想。尽可能的对该地区的建筑文化进行更深层次的追求与思考。 结束语随着国民经济的不断发展，我国在夏热冬冷地区的住宅工程经历了提供必要的居住条件和满足一定的舒适性要求两个发展阶段。近几年，人民对住宅的舒适性要求越来越高，能源的需求量也随之日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。在这种前提下，有学者提出了“建筑节能，健康居住”的概念，即在不牺牲环境质量的前提下，以较低的能耗为人们提供健康、舒适的居住环境。对于人居环境的探讨，一直以来都是建筑界所关注的问题。无论是在建筑节能、降低建筑

18、能耗，还是在提高人居舒适度，创造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面对这个庞大的建筑领域，建筑能耗是显而易见的，微小的能耗变化，都将决定对能源的如何分配。所以在不同的区位下，采取的节能措施也不尽相同，对地域技术的研究同样也是首要面临的关健性问题。所以我们要从建筑的各个方面出发，实现开源节流，降低建筑能耗、提高可再生能源的利用（不局限于太阳能，包括利用风能、地热能、生物质能等），向着真正的绿色建筑迈进。本文所提到的几点建议，只是微不足道的一小部分，要想实现建筑领域真正节能，还需要建筑界同仁们不懈的努力。我们有理由相信，随着该领域研究的不断发展，节能方式的不断完善，我国的建筑必将会有一个美好的未来，早日实现建造“双零建筑”（零能耗、零排放）的目标。作者姓名:谢茜茜所在学校：浙江科技学院 班级：建筑071 指导老师：武茜