长江中下游地区住宅建筑节能设计及应用

长江中下游地区住宅建筑节能设计及应用作者：熊守湘陈瑞临简介：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。本文将针对长江中下游地区气候特征，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，构造设计上来创作适应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上个世纪全球的建设量等于之前人类所有建设的总和，当然这源于社会的发展，科技的进步，是人类文明程度的体现。然而，有限能源已逐步的枯竭，自然资源破坏性的利用，自然环境日益恶化，城市的建设和建筑的发展不断的面临各种各样的问题。必须以“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，减少空调设备。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与研究，探索适合长江长下游地区建筑的设计原理。1长江中下游地区气候特征长江中下游地区地理纬度大致在北纬30°～32°，属于气候过渡地区，这一地区的气候特点夏季气温较高，持续时间长达3～4个月，太阳辐射强度大；冬季较冷，时间长达2～3个月，相对湿度较大，季节风旺盛。该地区住宅建筑的保温隔热还没有一个可参考的理论依据，住宅室内热环境质量普遍较差，冬季室内阴冷潮湿，最冷月份室内平均气温只有4～6℃；夏季闷热，最热月份室内气温高达32℃左右，特别是在顶层及西晒房间显得十分闷热难受。这样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，热环境改善十分有限，能源使用效率低，造成大气环境污染。因此，改善该地区的室内环境已刻不容缓。在正常情况下，相同体积、相同材质、相同质量的物体，在同一环境条件下，所吸收的太阳辐射热相等，其根本的区别只在于热量在形体中分布情况。其实建筑隔热就是尽可能的将太阳辐射热阻隔在建筑之外，使室内具有舒适的环境，这就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，它已经有一个普通的形体转化为了有生命力的空间形态，需要有采光与通风，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，怎样既保证室内采光通风，又能够尽可能的有效阻止热辐射。这就需要在设计中就必须知道该地区一年四季太阳的运行规律，分析该地区生物气候特征，采用合适的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮阳措施。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）作为设计的出发点，注重研究气候、地域和人体生物感觉之间的关系，认为建筑设计应遵循气候→生物→技术→建筑的过程，分别是：①调研设计地段的各种气候条件；②评价每个气候条件对人体生物舒适感的影响；③采取技术手段解决气候与人体舒适之间的矛盾；④结合特定地段，区分各条件的重要程度，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以后的建筑设计，例如70年代德国适应气候节能建筑研究。印度的柯里亚提出了“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需求。长江中下游地区住宅建筑设计中的地域技术为适应长江中下游地区的气候特征，必然要产生一系列适应性的空间形态。围护结构的隔热性能在自然通风的情况下，要使室内气温低于室外气温的有效方法是加强外墙及窗户的隔热性能。根据建筑的隔热机理，太阳辐射投射到建筑外表面时一部分立刻被反射出去，另一部分被吸收。被建筑外表面吸收的热量一部分向室内传递，另一部分以长波辐射和空气对流的形式向室外散发。投射到建筑外表的太阳辐射最终散发到室内和室外。显然，散发到室外的热量越多，传递到的热量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于减少传向室内的热量。因此对于夏季高温时间长的长江中下游地区建筑外墙体通常采用白色粉刷或浅色饰面来达到外墙反射隔热的效果。从图上还可以看到，最终要使得传向室内的热量少还应该减少建筑外围护结构的传热系数，即在外围护结构中设置隔热层，隔离室外热量向室内传递，这样一来建筑外表吸收的热量将大量聚集在外表面，促使建筑外表面温度升高，进一步提高了建筑外表面与环境之间的温差，有利于向室外散热。这种隔热方式也称为升温隔热。反射隔热和升温隔热的结果都是把投射到建筑外表的太阳辐射热转移到建筑的外部环境中去。窗户的隔热性能问题一直是外围护结构设计中最为重要的一个因素主要是怎样改善及防止空气渗透。对于长江中下游地区而言，要解决的是窗户隔热的问题。在夏季满足自然采光的同时，能够尽可能的使阳光滞留在户外，目前最常用的方法是采用双层玻璃窗，使用中空、隔热和反射玻璃等，但空气间层一般只在20mm左右，并不能有效的达到隔热的目的，要达到40mm才有一定的效果，这就使得空气间层的压力变得更小，采用的玻璃就必须有更大的强度，这就势必提高造价。如果在空气间层填充反光材料，会达到更好的效果。3.2建筑布局在长江中下游地区，为舒缓夏季酷热的气温。建筑的总体布局上就应该紧密的围绕这一问题展开。在建筑的布局上应舒展开敞，有较大的窗洞开口，有利于自然通风。采用较深的门廊和遮阳板有助于导风与降温。一种有效的方式就是在室内设置“风道”以组织穿堂风，“风道”应有足够的宽度以保证空气流通，“风道”两端还可以设置篷或门廊以起到导风、遮雨、遮阳作用。3.3内部空间的组织与划分在该地区的建筑有一个显著的特点，开敞的平面形式，类似于现代建筑中的“流动空间”，但功能更加综合。因而，在该地区内较为理想的建筑布局形式：有一个长行的平面和带坡顶的剖面，所有房间都有直接的通风采光；建筑四周都有阳台、百叶遮阳板或外廊。传统建筑中有许多这种布局形式，但在大量多层及高层单元住宅中，由于密度及容积率的要求，现代住宅往往有较大的进深，因此就必须保证使一套住房内不同方位的房屋之间有流畅的气流，形成穿堂风。随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，人民群众对住宅建筑的各个方面的要求越来越高，对生活的空间环境更加的重视，住宅设计中的“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，是住宅设计进步的一个象征。“大厅小卧”属建筑设计中空间组合、功能分区和面积分配的问题。应注重厅卧之间面积分配的辩证关系，强调建筑设计手段在“大厅小卧”设计中的相关问题，以便保证“大厅小卧”住宅有良好的空间环境和使用效果，并使其有一定的超强意识。以上建筑中面对地域自然和气候条件的营造，历经岁月的锤炼而形成的地域技术，是一种质朴、广义的生态设计。其中所体现的“因地制宜”的原则及采用生态设计手段创造环境微气候的思想，是设计中的重要手段。构造设计学在长江中下游地区住宅建筑设计中的运用根据不同的地域气候特征，构建一套相应的建筑构造设计，是建筑领域在不断追求的目标。其基本的思想是：不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间布局和构造上采取措施，以改善建筑环境，实现微气候建构。印度建筑师柯里亚的作品对该设计思想作了有利的注释。为解决干热气候的建筑和通风，柯里亚提出了“开敞空间”和“管式住宅”前者体现了有影阴的户外或半户外空间更适合于干热地区公共活动的信念；后者把烟囱抽风原理应用于剖面设计中，在底层高密度的住宅群体中，既可创造小型化的阴影户外空间，又有效的解决了室内空气流通问题，并直接产生了直接反映气候特征的建筑形象。根据冬季与夏季太阳的不同高度角来制定有效的利用阳光和遮阳措施。在住宅建筑中设置阳光间和中心温室，冬季阳光间和中心温室可以充分吸收太阳辐射热量，为住宅提供一定的热量，此时将遮阳百叶拉起，通风屋顶进风口和出风口封闭。夏季阳光间和中心温室的百叶都是开放的可以遮挡阳光，双层屋顶的进风口和出风口的百叶在夜间和白天某些时刻是开启的，以带走空气间层中受热的空气避免室内温度过高。夏季白天阳光底部和顶端的窗户，以及中心温室的顶端窗户是开启的，利用通风带走其中的热量，夜间，开启通风塔顶端的百叶，利用热压效应促进住宅通风，以冷却建筑构件，改善室内白天的热工环境，此外，利用地下风管系统，冷却室外空气，并将其导入中心庭院。在长江中下游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上寻找到一种继承文脉的理念思路，因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，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深层次的追求与思考。具体的方案实例分析这是苏南地区一住宅小区设计方案，较好的利用地域技术以及建筑构造学，适应长江中下游地区的气候特征，满足建筑节能的设计思想。特点·造型简约，经济适用，节能节水。·斜坡造型减小了建筑体量，尺度亲切宜人，以天井庭院为中心，取得与传统民居的认同感。·大进深，小开间，合理分户，节约用地。·日照充足，自然通风，冬暖夏凉，明橱明卫。·主客分区，食寝分离，动静分区，居寝分离。·砖混结构，粉煤灰小型砌块，轻质复合建材，造型简约，施工简易。·生态型住宅，节约能源，冬暖夏凉。太阳能的利用·设置太阳能屋面，将太阳能热水器与屋面结合。·可翻转双层（低辐射膜）透射玻璃顶的内院天井，（冬季）阳光照射墙体储热升温，形成对流，传导室内空气升温改善室内气候。通风·遮阳·屋顶植物构架有效遮挡阳光，降低外墙内表面的温度。·百叶式遮阳构架起降温和导风作用。·（夏季）开启天井玻璃顶，组织自然通风达到降温和导风作用。·厨房、厕所中设置通风管道，加强室内气流流动，使厨房、厕所保持负压状态。5.4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。·屋面南坡斜置花草加强隔热效果，同时可有效降低环境辐射热。·结合太阳能热水器设置双面屋面，阁楼储水箱起保温隔热作用。5.5节约用水·使用节水龙头和坐便器。·节约并合理利用水源，处理洗浴用水，收集雨水用于灌溉。结束语对人居环境的探讨，一直以来都是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能，降低建筑能耗，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。在不同区位下，采取的节能措施也不尽相同，对地域技术的研究同样是首要面临的关健性问题。本文所提到的几点建议，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。