浅谈适应气候条件的建筑设计策略.doc

1、浅谈适应气候条件的建筑设计策略摘要：利用地域气候, 通过设计改善建筑周围的小气候, 实现自然通风与采光, 减少机械通风、空调与人工照明, 这是最节能、最有效的设计考虑。关于结合气候的建筑设计, 古今中外许多学者专家都对这个问题进行过深刻的研究。本文探讨了建筑设计过程中的气候分析方法，探讨了建筑节能技术和方法。 关键词：气候条件建筑设计策略分析方法 中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号： 今天, 受益于现代经济的发展和科学技术的进步, 人类可用机械空调来改善生活和工作环境, 这自然是现代人的幸运。但另一方面,机械空调也宠坏了现代人。在一些地方, 人们不顾本地的经济实力,无视具体的气候

2、环境( 即使在气候宜人的地区), 滥用机械空调, 而根本忽视了建筑自身的气候调节潜力。机械空调似乎成了财富和地位的标志。这种背离气候环境的高能耗建筑使人类付出了巨大的经济和能源代价, 也在很大程度上削弱了建筑的地方特色, 以致不少建筑虽处不同的气候环境, 形式却大同小异。经过 70 年代的石油危机, 人们开始愈识到: 人类拥有的能源是十分有限的, 并且从长远看, 世界性的能派紧张将是大势所趋。我们如不吸取教训, 继续挥盆有限的能派, 将会进一步加剧能葱紧张, 最终阻碍社会经济的发展。作为发展中国家, 我们更应正视现实, 如果我们照扭发达国家的生活方式, 无疑会使本已薄弱的经济实力承受超出其支撑

3、能力的负担, 其后果可想而知。 由于上述原因, 国内外不少同行已对建筑节能引起了重视, 并进行了多方面探讨。大致有三种途径:其一, 研制太阳能建筑, 利用取之不尽的太阳能为建筑提供能量; 其二, 研制高效保沮隔热材料, 优化构造方法, 提高建筑的热环境性能;其三, 寻求适应于当地气候的建筑形式, 利用建筑自身的气候调节能力, 创造宜人的小气候。国外称这种方法为气候设计(Climatie Design )。这三种途径也并非相互独立的, 应当相互结合, 才能取得更为理想的效果。遵循气候的方案将为节能奠定基础。 一、建筑设计过程中的气候分析方法 建筑气候设计过程需要同时考虑外部气候、室内热舒适环境和

4、建筑设计三者的关系。在过去几十年中，国外多位学者一直致力于这方面的研究，力图发展一种系统化的设计方法，将三者有机结合起来，并提出了在建筑设计过程中将室外气候和人体热舒适联系起来的方法。目前，比较成熟的方法有生物气候图设计法，Mahoney 列表法等等，也是迄今为止应用最为广泛的气候设计方法，其目的都是为了给建筑师提供在确定地区建筑形式和设计方案时能够调节地方气候环境影响并满足人体热舒适的节能型生态建筑设计方法。 二、节能技术和方法 1、选择合适的朝向 合理的朝向是创造室内舒适热环境的前提条件和基础，直接影响到室内得热量和空气流通状况，良好的日照和通风条件非常有助于减少住宅能耗。必须根据具体地形

5、，坡向、坡度、风向、日照等条件，综合考虑通风，臼照、避热防晒，并且全方面比较才能得出适合当地实际情况的合理朝向。从气候角度分析应注意以下几个方面： 影响建筑物朝向的因素，主要有日照与主导风向。在南方炎热地区，争取良好自然通风是选择建筑朝向的主要因素之一。应将建筑物朝向尽量布置在与夏季主导风向入射角小于 45的朝向上，以便使室内得到更多的穿堂风。对于总平面布置是行列式方式时，应当避免建筑物正对夏季主导风，以避免两栋建筑物之间，产生旋涡区过大，对后排建筑物的自然通风造成极为不利的影响。在这种情况下，建筑朝向宜采取与夏季主导风向入射角在 3060之间的朝向上，以利于室内自然通风。日照是指各种朝向墙面

6、上可能接受的太阳辐射热量。墙面上接受的太阳直射辐射热量，除了与照射角度和日照时间有关外，还与日照时间内的太阳辐射强度有关。建筑物的布局可以调节日照的长短，通常朝南的窗户可以得到较多的日照时间，朝北的窗户只能得到很少的日照机会(夏季的早晨与傍晚)。东西向的窗户只在一天的某个时间段内得到日照。 2、与当地气候相适应的低能耗建筑 适合气候条件的建筑也就是要使设计的建筑在尽可能少耗能的情况下，使室内温度在一年四季内尽可能地维持或接近在舒适范围内(不同地区由于生活习惯和经济条件的差异有不同的舒适范围)。室内自然温度处在舒适范围内的时问越长，偏离舒适温度上下限的范围越小，建筑对机械设备的依赖就越少，因此建

7、筑能耗就越小。这也清楚地表明了采暖和制冷设备的主要任务辅助调整室内自然温度到舒适范围之内。而当今大部分建筑对于机械设备的过分依赖，忽视气候条件的影响与低能耗建筑正是背道而驰的。 3、实现低能耗建筑的技术手段 对于一栋建筑物，与其耗能相关的因素有：外围护结构的传热系数K：它表示建筑物的外围护结构(包括透明和实体)通过导热和空气交换每摄氏度每平方米在单位时间内所损失的热量。太阳能通过外围护结构的总透射能量 G：它与外围护结构中透明部分(玻璃或漏空部分)的面积，其太阳透射系数和非透明部分(实墙)的面积有关。房间内部的蓄热能力 C：即建筑内部结构总蓄热量(包括楼地面和内墙)与外围护结构散热能力之比。以

8、上三个参数可以推导出下面两个物理量： (1)热得失率为 GK，它主要表示太阳辐射穿过建筑物的透明部分时对建筑室内自然温度的影响； (2)热量时间常数为 CK，它表示室内的热惯性。热得失率影响和改变每日室内自然温度变化的平均值和上下浮动的幅度。热得失率越大，则室内日平均自然温度就越高，每日温度浮动也越大。时间常数只影响和改变室内每日平均温度的变化幅度，保持室内自然温度变化的稳定性。由此可见，我们就可以得出适合气候的低能耗建筑的基本设计方法：利用热得失率调整室内自然温度在一年四季里尽可能地接近舒适温度范围；利用时间常数控制每天的温度变化幅度在舒适变化范围之内，同时避免热得失率的增加。 4、建筑室外

9、小气候环境营造 造成室内温度过高的主要原因之一就是较高的室外温度，室外空气的对流辐射导致室内气温居高不下。因此，总体的思路就是减少室外混凝土硬地面的而积，进行整体绿化、楼体绿化、设置水体来降低室外小环境的温度，进而减少因室外温度高所造成住宅室内的对流辐射得热。尽量减少混凝土硬地面。混凝土硬地面的比热容低，夏季在太阳的照射下温度升高得十分快，进而造成环境气温升高。因此在建筑周围，应尽量取代混凝土地面等硬地面，而代之以易于蒸发吸热的软地面。室外水体布置。水是蓄热量很高的物质，水的蒸发可以带走环境大量热量，大幅度降低水体周围环境的气温。水体布置在城市小区里被广泛应用。外墙绿化遮阳。利用爬墙植物进行建

10、筑物的外墙垂直绿化是对建筑进行隔热的一种有效措施。 5、考虑环境气候特点的一些建筑局部设计 受地域技术的启发，如果能够建立一套适用于环境气候特点的建筑构造设计方法，可能成为一种节能节地的途径，也就是说，不依赖消耗能源的设备，而是在建筑形式、空间、布局和构造上采取措施，以改善建筑环境，实现微气候的建构，这对于发展中国家寻求可持续发展更具有现实意义。例如我国南方在高层建筑设计上结合热带气候，可以尝试节能同时实现微气候的建构，有人称之为生态气候学，大体上可以做这样的操作： 将电梯、卫生间等服务性空间布置在建筑外层，减少太阳对中部空间的热辐射，高层建筑表面绿化或在中部引入绿化开敞空间，减轻高层建筑的热

11、岛效应，设置不同凹入深度的过渡空间来塑造阴影空间，并使遮阳与绿化相结合。 “二层皮”的外墙，形成复合空间或空气夹层，这一技术在热带和寒带地区都，有理想的保温隔热作用，在屋顶设置遮阳格片 角度可根据不同时段和季节而变化，结合屋顶花园或游泳池以改善热工，外墙采用遮阳设计，并且同时成为建筑造型的语言。 参考文献： 1 夏云,夏葵.生态与可持续建筑M.北京:中国建筑工业出版社,2003. 2 陈涛,朱新荣.浅谈建筑空间的气候适宜性设计J. 建筑节能. 2009(02) 3 刘大龙,刘加平,杨柳,王稳琴.建筑气候区域性研究J. 暖通空调. 2009(05) 4 赵继龙,齐广通.遗落的气候建筑原型杰弗里?巴瓦的马哈维利大厦设计述评J. 中外建筑. 2009(04)