武汉市气候特征及气候适应性建筑

《建筑物理上》课程调研报告（一）调研对象：武汉市气候特征及气候适应性建筑学院：土木工程与建筑学院摘要：本文从气候分区角度分析了武汉市气候特征，并比较了武汉市与同气候区其他城市的气候差异以及造成这种差异的原因，并且对本地的气候适应性的建筑进行实地调查及整理，阐释建筑师如何适应当地气候。关键词：中国建筑气候区划分武汉气候特征适应气候性建筑全国建筑热工设计分区建筑热工设计分区是根据建筑热工设计的要求进行气候分区的，其最主要目的在于针对各个分区提出不同的的建筑围护结构热工性能要求，使建筑能更好的适应各地气候特征。划分主要气候指标为空气温度，以最冷月（即1月）和最热月（即7月）平均温度作为分区主要指标，以累年日平均温度不大于5℃和不小于25℃的天数作为辅助指标，将全国划分为5个区，即：严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和区（见图1）。武汉属于夏热冬冷气候区，并且是该气候区的典型代表城市。中国建筑气候区划分我国幅员辽阔，地形复杂。由于地理纬度、地势等条件的不同，各地气候相差悬殊，因此，针对不同的气候条件，各地建筑的节能设计都有对应不同的做法。为了明确建筑和气候两者的科学关系，是各类建筑更能充分地利用和适应气候条件，做到因地制宜，我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005，有把我国划分为7个主气候区，20个子气候区(见图2)，并对各个子气候区的建筑设计提出了不同的要求。其中，夏热冬冷地区被划分为3个小气候区（见图3）。图1：全国建筑热工设计分区图（来自百度图片）图3：夏热冬冷地区的3个子气候区划分图从气候分区角度分析武汉气候特征武汉属北亚热带季风性湿润气候，有雨量充沛、日照充足、夏季酷热、冬季寒冷的特点。一般年均气温15.8℃-17.5℃，一年中，1月平均气温最低，0.4℃；7、8月平均气温最高，28.7℃。夏季极长达135天，因武汉地处北纬30度，夏季正午太阳高度可达83°，又地处内陆、距海洋远，地形如盆地故集热容易散热难，河湖多故夜晚水汽多，加上城市热岛效应和伏旱时副高控制，十分闷热，夏天普遍高于37℃，极端最高气温44.5℃，夏季全天最低温最高值达到34℃。是我国夏天温差最小的城市。初夏梅雨季节雨量集中，年降水量为1100毫米。武汉活动积温为5150℃，年无霜期240天，年日照总时数2000小时。武汉与同气候区的城市比较夏热冬冷气候区被分为三个子气候区，而重庆、武汉、南京、长沙同为四大火炉（旧的划分），但重庆与武汉在一子气候区，南京与长沙则属于另一子气候区，在此，将三个子气候区的最具代表性的城市的气候做一对比。成都的气候成都属于亚热带季风气候，具有春早、夏热、秋凉、冬暖的气候特点，年平均气温16℃，年降雨量1000毫米左右，主要集中在7、8月，春冬两季干旱少雨，极少冰雪。成都的气候具有两个显著的特征：多云雾，日照时间短；空气潮湿。由于空气潮湿，导致夏季虽然气温不高，却显得闷热；冬季平均气温在5℃以上，但由于阴天多，空气潮湿，因而显得很阴冷。虽然武汉和成都都是亚热带季风气候，但武汉夏季持续时间可以从5月中旬持续到10月中旬，夏季持续时间长，日照充足；成都气候温和，冬季不是很冷，夏季不是很热，日照较少，年平均气温高于武汉，降雨较少，冬季干燥，多雾。南京的气候南京属亚热带季风湿润气候区，年平均气温约15℃，极端最高温度39℃，最低-13.1℃，具有气候温和，四季分明，冬冷夏热、雨量充沛，年降雨量1200图2：中国建筑气候区划分图（来自百度图片）毫米，光照充足，雨热同季的特点。冬季受欧亚大陆气团影响，天气晴朗、寒冷、干燥。初夏受锋面雨带影响，南京进入梅雨季节，降雨明显增多，大、暴雨频繁出现。盛夏，天气晴燥，常会形成伏旱。春秋两季是冬、夏交替过程中的季节，多以干燥凉爽天气为主。适宜植物生长的无霜期约225天。武汉与南京的年平均温度、降雨量等相似，但武汉的春秋两季短暂，南京却四季分明，且有梅雨季节。武汉的夏季比南京持续时间长，平均温度也高，因此武汉的夏季比南京更酷热。气候差异的原因分析武汉、成都、南京所代表的三个子气候区的形成主要是受海陆差异和地形的影响（见图4、图5）。武汉夏季高空被副热带高气压控制，所以很热，其次也受地形影响。。武汉在海拔较低的长江流域河谷中，河谷的地形特点尤如锅底，四周山地环抱，地面散热困难，使气温不断升高；三是这些地方水田网密布，水汽多，湿度大，人体出汗后不易蒸发，出汗的散热效率大大降低，高温加高湿，更使人感到闷热。而像南京等城市更靠近海，长期受到海陆环流影响，气候相对温和，降雨丰富。成都则是属于盆地，受盆地地形影响，气流流通不畅，不利于热量交换，因而散热减慢，且盆地周边的山等在冬季阻挡了大部分寒流，到达成都的寒潮已被消弱。适应武汉气候特征的典型建筑武汉属典型的夏热冬冷地区，按《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，既要考虑围护结构的保温性能，又要考虑围护结构的蓄热性能。里分武汉近代里分内部以主次巷道合理分割，住宅采用单元联排式布局，一般与主巷垂直。单元平面布局紧凑，功能较齐全，围绕具有采光、通风功能、面积很小的天井向心布置，每户住宅内外通过前后天井有机过渡。里分内住宅在空间上整齐划一，秩序井然，多为两层，且净空高、进深大、外墙较厚，由设于中部的楼梯贯通上下层。整体环境具有一种和谐韵律，社区氛围极其浓厚。初期里分住宅多为两层，采用联立成排的方式建造。结构多为砖木结构，砖墙承重，墙厚多为240—490mm，用砖多为土窑砖(见图6)，具有较好的保温图4：中国三级地势示意图图5：夏热冬冷气候区地形图隔热性能，顺应了武汉地区夏热冬冷的气候特征。后期出现的里分住宅建造方式与结构部件与初期里分住宅基本相仿，尽在房屋层数方面，出现了少量三四层楼，但绝大数还是二层楼。由于钢筋混凝土，机制砖等新材料的出现与应用，开始采用钢筋混凝土梁板，但仍是砖墙承重，以370mm墙与500mm居多。受地理位置、气候影响，武汉里分住宅屋面以坡屋面为主。坡屋面多为出檐，坡势陡，覆盖面积较建筑面积要大，瓦片多为红平瓦。屋顶也会设老虎窗，既增强了立面效果，也能够通风采光（见图7）。围护结构多采用砖石砌块，灰缝用平缝，与墙面平齐。武汉火车站武汉火车站获得芝加哥雅典娜建筑设计博物馆颁发的“2012年国际建筑奖”，成为当今世纪最新最美的建筑，如今，该车站是中国铁路最美窗口。从图片我们也可以看出武汉火车站似大鸟展翅，状如江水波浪，具有超强的视觉空间（见图8），而在这翩翩屋顶上，整齐的排列着一排排太阳能硅晶板（见图9），向车站提供清洁的电能，使得及时在路数难耐的夏季，候车厅内依然保持在26℃左右的舒适温度。除了用太阳能供电降温外，车站还采用低热源热泵空调，引用地下凉水来交换热量。冬季则取地下热水来调高室内温度。除了应对夏热冬冷的气候外，武汉火车站还采用了智能照明控制等节能环保技术，大量的采用半透明符合新材料，充分采取自然光。武汉火车站屋顶图6：红土砖图7：坡屋面及老虎窗图8：武汉火车站鸟瞰图（来自百度图片）总结：研究一个地区的气候特征，并将之与同气候区的其他城市的气候进行比较分析，有助于我们有针对性的对各个气候区的建筑提出不同的建筑围护架构，发展气候适应性建筑，有助于环保建筑的发展。参考文献：《建筑物理》中国建筑工业出版社《民用建筑热工设计规范》《民用建筑设计通则》百度词条图9：武汉火车站屋顶《建筑物理上》课程调研报告（一）一、调研内容1.从气候分区角度分析武汉市气候特征，并比较武汉市与同气候区其它城市的气候差异，试分析造成这些差异的原因；调研武汉市2-3个本地区气候适应特征的典型建筑实例，并分析如何适应当地气候的？2.从5大气候区中对应选择1个代表性城市，共5个，分析各城市气候特征；列举各城市中1个本地区气候适应特征的典型建筑实例，并就如何适应当地气候进行阐述。二、要求1.调研内容第一部分字数不少于1500字，实例说明部分必须有图片、图纸或照片；2.调研内容第二部分字数不少于2500字，实例说明部分必须有图片、图纸或照片；3.调研报告要求格式正确，有摘要、关键词、正文、参考文献、引注等组成部分；4.调研报告中各部分内容要有个人观点或通过自己的语言进行论述；调研报告不得相互抄袭，一经发现，各人平时成绩记0分处理；5.本课程调研报告自第2周至第3周，为期1周，提交时间第3周周三。