中庭作为气候缓冲区的生态设计

中庭作为气候缓冲区的生态设计湖南大学建筑学院徐峰中庭的出现中庭（Atrium）是一种古老的建筑形态，中庭是指罗马时代的中心庭院；带顶的回廊，主要位于教堂的入口前部1967年，约翰·波特曼设计的亚特兰大市海特·摄政旅馆中庭，标志着现代意义的中庭就此诞生一、背景海特摄政旅馆中庭中国传统民居的“中庭”一、背景中庭的发展历程中庭可以追溯到两千年前的古代庭院1800-1900年铁和玻璃时期1910年-1960年中断期1960-1967现代中庭诞生期伦敦改良俱乐部中庭古根汉姆博物馆潘萨府邸中庭内景玛丽奥特·马奎斯旅馆中庭设计中的一些问题体积巨大和玻璃使用带来的能耗问题热环境不舒适造成使用面积和空间浪费新问题的产生—“能源危机”与“环境危机”起源：能源危机、全球变暖、臭氧层破坏应对措施：可持续发展、生态设计中庭设计的方向室内“城市广场”“生态核”、气候“缓冲区”一、背景建筑与气候现代建筑学将建筑与气候的关系归纳为两个方面：“用”与“防”的结合。“用”指充分利用当地的自然气候资源(能源)。“防”指利用适当的建筑手段来削弱外界气候对室内热舒适环境的不利影响。生物气候地方主义1963年，V·奥戈雅在其专著《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》中，提出建筑设计与地域、气候相协调的设计理论。中庭——气候缓冲区中庭是建筑内外空间的自然气候交换场所，对于建筑的整体节能、气候控制和环境净化等方面能起到积极的作用。外界环境的变化可首先作用于中庭，通过中庭空间的过渡，再作用于建筑内的使用空间，这样可以减缓室内外的热能交换速度，降低建筑物的热损失，因此中庭可以看作应对气候的“缓冲区”。二、中庭与气候的关系二、中庭与气候的关系中国传统院落民居多样性分布与气候关系二、中庭与气候的关系中庭是生态设计中的关键部位法兰克福商业银行巴克雷卡德总部办公楼上海军械大厦二、中庭与气候的关系中庭的两种基本生态特性①温室效应：侧重于得热②烟囱效应：侧重于通风法国弗雷尤斯地方中等专业学校奥地利霍尔茨大街住宅项目戴姆乐·克莱斯勒办公大楼三、被动式设计对于中庭生态设计的必要性被动式设计的意义被动式设计是结合建筑的功能形式应用自然界的阳光、风力、气温、湿度的自然原理尽量减少或者不使用制冷、供热及采光设备被动式设计在中庭生态设计中需要优先考虑中庭空间对建筑的布局和形式存在巨大的影响；同时，作为气候的缓冲空间是利用自然气候资源的最佳场所。中庭生态设计的基本内容中庭布局朝向、平面和剖面设计自然采光、自然通风围护结构四、中庭的被动式生态设计策略——平面形式基本形式复合中庭的平面形式四、中庭的被动式生态设计策略——平面类型选择根据气候因素和建筑类型考虑寒冷地区和干热地区适合采用核心式和嵌入式（温度波动小）湿热地区适合采用内廊式、外廊式和外包式（加强通风）温和地区选择较为自由。办公教育类建筑常常选用内廊式或嵌入式中庭商业建筑适合选用核心式中庭J·沃尔特·汤姆逊总部剖面图四、中庭的被动式生态设计策略——朝向选择朝向问题对于嵌入式、外廊式和内廊式三种基本类型的中庭显得很重要内廊式中庭除了跟随建筑总体朝向外，还应顺应当地主导风向，成为通风廊道马来西亚香港银行大楼的内廊式中庭四、中庭的被动式生态设计策略——朝向选择嵌入式适合干热和寒冷地区，一般以南向为宜外廊式适合湿热地区，一般以北向为宜费城儿童医院南向中庭东京的煤气公司总部的北向中庭四、中庭的被动式生态设计策略——朝向选择尽量避免东西朝向，当这两个朝向确有好处时也可以选取，例如面朝水体、山体、庭院以及中庭作为隔音屏障面朝噪音源方向时。德国盖尔森基尔兴科技园的西向中庭波尔多法院的东向中庭四、中庭的被动式生态设计策略——朝向选择湖南大学生物工程大楼北向隔音中庭四、中庭的被动式生态设计策略——朝向选择东西向中庭的处理湖南大学复临舍教学楼的西向中庭①利用树木遮挡阳光有效降低西晒的时间②利用山体让太阳“更早落山”，在争取良好景观的同时减少西晒时间四、中庭的被动式生态设计策略——剖面形式基本类型复合中庭的剖面形式四、中庭的被动式生态设计策略——剖面形式选择V型中庭适合结合温室效应采集阳光和热量，适用于寒冷地区及冬季。A型中庭有利于减少得热和强化烟囱效应，适用于炎热地区以及夏季。矩型中庭应用范围较广，重点在于其高宽比设计。松下电子公司信息交流中心剖面示意图帕雷克住宅的冬夏剖面四、中庭的被动式生态设计策略——剖面的高宽比中庭的高宽比设计可以从中庭传统合院借鉴经验。高宽比小的中庭有利于得热，高宽比大的中庭高耸狭长有利于防热并强化烟囱效应。中庭高宽比SAR安徽西递村民居中的小天井四、中庭的被动式生态设计策略——重要部位设计顶部设计顶部突出屋面有利于强化烟囱效应，并且便于天窗侧面开窗，并有利于自然光控制的构造系统设计。巴克雷卡德总部办公楼剖面分析图英国考文垂大学图书馆中庭内外景四、中庭的被动式生态设计策略——重要部位设计底部设计底部的设计与自然通风关系很大，它可以通过：①设置气室、②与地下层连通以及③架空来进行自然通风控制。端部设计端部可以有一些特殊的变化来打破建筑的刻板面孔。英国考文垂大学图书馆中庭剖面图帕拉第奥设计的圆厅别墅诺丁汉大学朱比丽分校中庭端部四、中庭的被动式生态设计策略——复合中庭垂直叠层式布局一般采用均质布局，适用于高层住宅和办公楼，为建筑提供均等的空中庭院。主辅式布局在高层建筑中常常出现，主中庭发挥其烟囱效应，辅中庭则作为气流出入口并引入自然光线和景观。北京现代城住宅的空中庭院四、中庭的被动式生态设计策略——复合中庭法兰克福商业银行的主辅式复合中庭四、中庭的被动式生态设计策略——复合中庭杨经文MAX大厦的主辅式复合中庭四、中庭的被动式生态设计策略——自然采光设计中庭自然采光的基本方式①侧向采光②顶部采光干热地区中庭需要注重遮阳，屏蔽直射阳光，以利用漫射光为主湿热地区中庭除了控制直射光之外，还需要与自然通风策略结合加强通风除湿温和地区中庭可以大量使用玻璃幕墙采集漫射天光，要兼顾遮阳寒冷地区中庭主要考虑冬季的热量收集，也需在夏季滤除多余的高角度太阳直射光万神庙内景四、中庭的被动式生态设计策略——自然光的引导中庭的平面和剖面形式都会影响自然光在建筑内的分布剖面高宽比（1:3）是影响自然光分布的关键因素中庭内壁的材质决定着中庭光线的反射和漫射，不同的材质选择会导致不同的光环境效果中庭内壁的开窗位置及尺度也会影响光线的传递格拉纳达银行总部中庭的雪花石膏幕墙四、中庭的被动式生态设计策略——自然采光技术中庭的自然采光技术侧重对光的控制，它存在由低到高不同的等级低技术的树木和植物遮阳策略最为朴素和生态中等技术的一系列构造技术常常用到，而且经济有效，易于控制维护高级自然采光系统精密复杂，造价高且难于维护，运用时需要综合权衡四、中庭的被动式生态设计策略——自然通风策略中庭自然通风的气候策略寒冷地区中庭应该注重保温性与气密性，其通风量只需满足必要性换气需求即可；通风方式主要为热压通风；必要时应采用机械辅助的混合式通风干热地区中庭要注重隔热，避免过量通风，同时要采用增湿策略湿热地区中庭不需使用保温隔热材料，重点在于遮阳并诱导通风，以达到除湿，以加强对人体蒸发制冷的效果温和地区是最适合使用自然通风的地区，中庭应结合风压与热压两种方式，充分发挥出中庭的“烟囱效应”四、中庭的被动式生态设计策略——季节性调控在存在着明显季节变化的地区，中庭的通风策略有必要进行季节性调控过渡季节（春秋季）自然通风的优势更大，温和地区一般可以考虑全自然通风方式冬夏两季则需要采用机械辅助式通风，并需要人工制冷和采暖盖尔森基尔兴科技园中庭的季节通风调控示意图四、中庭的被动式生态设计策略——季节性调控英国伦敦斯拉夫及东欧研究学院不同季节的通风模式①冬季，通风策略是无辅助的自然通风，但需要局部供暖②春秋过渡季节也是无辅助自然通风，但气流模式发生了变化，这一季节不需要制冷和供暖③夏季是机械辅助式通风，采用下沉式气流冷却模式四、中庭的被动式生态设计策略——自然通风技术通风控制系统自然通风作为一项重要的能源控制策略，有必要采取一些自动感应的控制管理系统来进行及时的调控以便适应。自然通风辅助构造一些构造设计可以有效强化中庭的自然通风效果，如水平导风百叶、多空隙围护结构、风塔和烟囱等。四、中庭的被动式生态设计策略——围护结构设计寒冷地区中庭应该使用绝热性好而且透光性良好的外围护结构材料，并防止冷桥产生；内围护结构应采用反光效果好的浅色材质干热地区中庭的外围护结构需要减少太阳光的采集来控制得热；内围护结构需要采用蓄热性强的材料，并结合夜间通风湿热地区中庭可以相对少的保温隔热，多为多孔隙材料，以有利于通风降温温和地区中庭的围护结构需要同时考虑保温与隔热，其围护结构选择需要借鉴寒冷地区和炎热地区的策略四、中庭的被动式生态设计策略——其他技术设计材料技术①玻璃材料技术的革新对于中庭来说非常重要，针对不同的气候可以选择不同特性的玻璃②内围护结构的材料除了考虑热工性能之外还需要兼顾其健康性和安全性，多选择天然材料构造技术构造措施比单一材料能提供更灵活的可调节方式，需要与采光通风策略紧密结合四、中庭的被动式生态设计策略——微气候调节中庭的微气候调节主要侧重环境改造，可以从室内和室外来着手调节手段主要是通过植物种植与水体设置来增加湿度、降温、降噪和清洁室内空气德国赫顿图书馆与文化中心中庭内景结语中庭不能只偏重于文化和美学方面的研究中庭应该成为协助建筑进行节能和调节气候的空间中庭的设计应该建立以生物气候学为核心的系统概念以往忽略生态效能造成的中庭设计的盲目和随意的现象，在今天应该得到扭转中庭的生态设计研究应当成为建筑师关注的方向，并成为设计的出发点和一种建筑态度。结束，谢谢！