【學(xué)員問題】長江中下游地區(qū)住宅建筑的節(jié)能設(shè)計結(jié)和應(yīng)用？

　　【解答】上個世紀(jì)全球的建設(shè)量等于之前人類所有建設(shè)的總和，當(dāng)然這源于社會的發(fā)展，科技的進步，是人類文明程度的體現(xiàn)。然而，有限能源已逐步的枯竭，自然資源破壞性的利用，自然環(huán)境日益惡化，城市的建設(shè)和建筑的發(fā)展不斷的面臨各種各樣的問題。必須以“可持續(xù)發(fā)展”的角度去審視我們的建筑設(shè)計，從根本上降低建筑能耗。另外，還必須適應(yīng)社會的發(fā)展，滿足消費者的需求，提高室內(nèi)舒適度，減少空調(diào)設(shè)備。通過對生物氣候地方主義理論及一些國外新氣候建筑的介紹與研究，探索適合長江長下游地區(qū)建筑的設(shè)計原理。

　　1長江中下游地區(qū)氣候特征

　　長江中下游地區(qū)地理緯度大致在北緯30°～32°，屬于氣候過渡地區(qū)，這一地區(qū)的氣候特點夏季氣溫較高，持續(xù)時間長達3～4個月，太陽輻射強度大；冬季較冷，時間長達2～3個月，相對濕度較大，季節(jié)風(fēng)旺盛。該地區(qū)住宅建筑的保溫隔熱還沒有一個可參考的理論依據(jù)，住宅室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量普遍較差，冬季室內(nèi)陰冷潮濕，最冷月份室內(nèi)平均氣溫只有4～6℃；夏季悶熱，最熱月份室內(nèi)氣溫高達32℃左右，特別是在頂層及西曬房間顯得十分悶熱難受。這樣大量的空調(diào)設(shè)備涌入居民區(qū)，由于缺乏總體部署，沒有從改善建筑熱工入手，熱環(huán)境改善十分有限，能源使用效率低，造成大氣環(huán)境污染。因此，改善該地區(qū)的室內(nèi)環(huán)境已刻不容緩。

　　在正常情況下，相同體積、相同材質(zhì)、相同質(zhì)量的物體，在同一環(huán)境條件下，所吸收的太陽輻射熱相等，其根本的區(qū)別只在于熱量在形體中分布情況。

　　其實建筑隔熱就是盡可能的將太陽輻射熱阻隔在建筑之外，使室內(nèi)具有舒適的環(huán)境，這就要對建筑的外環(huán)境進行分析研究。建筑并不同于一般的形體，它已經(jīng)有一個普通的形體轉(zhuǎn)化為了有生命力的空間形態(tài)，需要有采光與通風(fēng)，這就必然需要有門窗，而太陽熱輻射就會通過門窗傳入室內(nèi)，怎樣既保證室內(nèi)采光通風(fēng)，又能夠盡可能的有效阻止熱輻射。這就需要在設(shè)計中就必須知道該地區(qū)一年四季太陽的運行規(guī)律，分析該地區(qū)生物氣候特征，采用合適的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮陽措施。

　　2生物氣候地方主義理論

　　氣候和地域是緊密相連的兩個概念，從上個世紀(jì)二三十年代就開始對建筑與氣候、建筑與地域關(guān)系的研究。隨著科技的進步，研究的不斷深入，建筑節(jié)能也取得了一定的成效。

　　1963年，V.奧戈雅所著的《設(shè)計結(jié)合氣候：建筑地方主義的生物氣候研究》，概括了60年代以前的建筑設(shè)計與氣候、地域關(guān)系研究的各種成果，提出“生物氣候地方主義”的設(shè)計理論，將滿足人體的生物舒適感覺（冷、熱、干、濕等）作為設(shè)計的出發(fā)點，注重研究氣候、地域和人體生物感覺之間的關(guān)系，認(rèn)為建筑設(shè)計應(yīng)遵循氣候→生物→技術(shù)→建筑的過程，分別是：①調(diào)研設(shè)計地段的各種氣候條件；②評價每個氣候條件對人體生物舒適感的影響；③采取技術(shù)手段解決氣候與人體舒適之間的矛盾；④結(jié)合特定地段，區(qū)分各條件的重要程度，采取相應(yīng)的技術(shù)手段進行建筑設(shè)計，尋求最優(yōu)化的設(shè)計方案。

　　生物氣候地方主義理論較大地影響了以后的建筑設(shè)計，例如70年代德國適應(yīng)氣候節(jié)能建筑研究。印度的柯里亞提出了“形式追隨氣候的設(shè)計方法論。從生物氣候?qū)W角度出發(fā)，結(jié)合地域氣候條件進行設(shè)計設(shè)計者用來表達地方主義文化特征的重要手段，也是為了滿足當(dāng)前社會發(fā)展需求。

　　長江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計中的地域技術(shù)

　　為適應(yīng)長江中下游地區(qū)的氣候特征，必然要產(chǎn)生一系列適應(yīng)性的空間形態(tài)。

　　圍護結(jié)構(gòu)的隔熱性能

　　在自然通風(fēng)的情況下，要使室內(nèi)氣溫低于室外氣溫的有效方法是加強外墻及窗戶的隔熱性能。根據(jù)建筑的隔熱機理，太陽輻射投射到建筑外表面時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熱量一部分向室內(nèi)傳遞，另一部分以長波輻射和空氣對流的形式向室外散發(fā)。

　　投射到建筑外表的太陽輻射最終散發(fā)到室內(nèi)和室外。顯然，散發(fā)到室外的熱量越多，傳遞到的熱量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于減少傳向室內(nèi)的熱量。因此對于夏季高溫時間長的長江中下游地區(qū)建筑外墻體通常采用白色粉刷或淺色飾面來達到外墻反射隔熱的效果。從圖上還可以看到，最終要使得傳向室內(nèi)的熱量少還應(yīng)該減少建筑外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，即在外圍護結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔熱層，隔離室外熱量向室內(nèi)傳遞，這樣一來建筑外表吸收的熱量將大量聚集在外表面，促使建筑外表面溫度升高，進一步提高了建筑外表面與環(huán)境之間的溫差，有利于向室外散熱。這種隔熱方式也稱為升溫隔熱。反射隔熱和升溫隔熱的結(jié)果都是把投射到建筑外表的太陽輻射熱轉(zhuǎn)移到建筑的外部環(huán)境中去。

　　窗戶的隔熱性能問題一直是外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為重要的一個因素主要是怎樣改善及防止空氣滲透。對于長江中下游地區(qū)而言，要解決的是窗戶隔熱的問題。在夏季滿足自然采光的同時，能夠盡可能的使陽光滯留在戶外，目前最常用的方法是采用雙層玻璃窗，使用中空、隔熱和反射玻璃等，但空氣間層一般只在20mm左右，并不能有效的達到隔熱的目的，要達到40mm才有一定的效果，這就使得空氣間層的壓力變得更小，采用的玻璃就必須有更大的強度，這就勢必提高造價。如果在空氣間層填充反光材料，會達到更好的效果。

　　3.2建筑布局

　　在長江中下游地區(qū)，為舒緩夏季酷熱的氣溫。建筑的總體布局上就應(yīng)該緊密的圍繞這一問題展開。在建筑的布局上應(yīng)舒展開敞，有較大的窗洞開口，有利于自然通風(fēng)。采用較深的門廊和遮陽板有助于導(dǎo)風(fēng)與降溫。一種有效的方式就是在室內(nèi)設(shè)置“風(fēng)道”以組織穿堂風(fēng)，“風(fēng)道”應(yīng)有足夠的寬度以保證空氣流通，“風(fēng)道”兩端還可以設(shè)置篷或門廊以起到導(dǎo)風(fēng)、遮雨、遮陽作用。

　　3.3內(nèi)部空間的組織與劃分

　　在該地區(qū)的建筑有一個顯著的特點，開敞的平面形式，類似于現(xiàn)代建筑中的“流動空間”，但功能更加綜合。因而，在該地區(qū)內(nèi)較為理想的建筑布局形式：有一個長行的平面和帶坡頂?shù)钠拭�，所有房間都有直接的通風(fēng)采光；建筑四周都有陽臺、百葉遮陽板或外廊。傳統(tǒng)建筑中有許多這種布局形式，但在大量多層及高層單元住宅中，由于密度及容積率的要求，現(xiàn)代住宅往往有較大的進深，因此就必須保證使一套住房內(nèi)不同方位的房屋之間有流暢的氣流，形成穿堂風(fēng)。

　　隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人民群眾對住宅建筑的各個方面的要求越來越高，對生活的空間環(huán)境更加的重視，住宅設(shè)計中的“大廳小臥”的概念為適應(yīng)現(xiàn)代住宅觀的變化應(yīng)運而生，它反映了住宅建筑的發(fā)展趨勢，是住宅設(shè)計進步的一個象征。

　　“大廳小臥”屬建筑設(shè)計中空間組合、功能分區(qū)和面積分配的問題。應(yīng)注重廳臥之間面積分配的辯證關(guān)系，強調(diào)建筑設(shè)計手段在“大廳小臥”設(shè)計中的相關(guān)問題，以便保證“大廳小臥”住宅有良好的空間環(huán)境和使用效果，并使其有一定的超強意識。

　　以上建筑中面對地域自然和氣候條件的營造，歷經(jīng)歲月的錘煉而形成的地域技術(shù)，是一種質(zhì)樸、廣義的生態(tài)設(shè)計。其中所體現(xiàn)的“因地制宜”的原則及采用生態(tài)設(shè)計手段創(chuàng)造環(huán)境微氣候的思想，是設(shè)計中的重要手段。

　　構(gòu)造設(shè)計學(xué)在長江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計中的運用

　　根據(jù)不同的地域氣候特征，構(gòu)建一套相應(yīng)的建筑構(gòu)造設(shè)計，是建筑領(lǐng)域在不斷追求的目標(biāo)。其基本的思想是：不依賴耗能設(shè)備，而在建筑形式、空間布局和構(gòu)造上采取措施，以改善建筑環(huán)境，實現(xiàn)微氣候建構(gòu)。

　　印度建筑師柯里亞的作品對該設(shè)計思想作了有利的注釋。為解決干熱氣候的建筑和通風(fēng)，柯里亞提出了“開敞空間”和“管式住宅”

　　前者體現(xiàn)了有影陰的戶外或半戶外空間更適合于干熱地區(qū)公共活動的信念；后者把煙囪抽風(fēng)原理應(yīng)用于剖面設(shè)計中，在底層高密度的住宅群體中，既可創(chuàng)造小型化的陰影戶外空間，又有效的解決了室內(nèi)空氣流通問題，并直接產(chǎn)生了直接反映氣候特征的建筑形象。

　　根據(jù)冬季與夏季太陽的不同高度角來制定有效的利用陽光和遮陽措施。在住宅建筑中設(shè)置陽光間和中心溫室，冬季陽光間和中心溫室可以充分吸收太陽輻射熱量，為住宅提供一定的熱量，此時將遮陽百葉拉起，通風(fēng)屋頂進風(fēng)口和出風(fēng)口封閉。

　　夏季陽光間和中心溫室的百葉都是開放的可以遮擋陽光，雙層屋頂?shù)倪M風(fēng)口和出風(fēng)口的百葉在夜間和白天某些時刻是開啟的，以帶走空氣間層中受熱的空氣避免室內(nèi)溫度過高。

　　夏季白天陽光底部和頂端的窗戶，以及中心溫室的頂端窗戶是開啟的，利用通風(fēng)帶走其中的熱量，夜間，開啟通風(fēng)塔頂端的百葉，利用熱壓效應(yīng)促進住宅通風(fēng)，以冷卻建筑構(gòu)件，改善室內(nèi)白天的熱工環(huán)境，此外，利用地下風(fēng)管系統(tǒng)，冷卻室外空氣，并將其導(dǎo)入中心庭院。

　　在長江中下游地區(qū)我們可以找到許多類似的建筑形式：干欄式建筑、平臺、通風(fēng)屋面等。這都是勞動人民根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣�，所�?chuàng)造出的建筑形態(tài)，是一種建筑文化的體現(xiàn)。在建筑設(shè)計中應(yīng)該在氣候環(huán)境設(shè)計上尋找到一種繼承文脈的理念思路，因為氣候不只是影響建筑的一個自然環(huán)境，還與文化息息相關(guān)，應(yīng)該貫徹“形式追隨氣候的”思想。盡可能的對該地區(qū)的建筑文化進行深層次的追求與思考。

　　具體的方案實例分析

　　這是蘇南地區(qū)一住宅小區(qū)設(shè)計方案，較好的利用地域技術(shù)以及建筑構(gòu)造學(xué)，適應(yīng)長江中下游地區(qū)的氣候特征，滿足建筑節(jié)能的設(shè)計思想。

　　特點

　　造型簡約，經(jīng)濟適用，節(jié)能節(jié)水。

　　斜坡造型減小了建筑體量，尺度親切宜人，以天井庭院為中心，取得與傳統(tǒng)民居的認(rèn)同感。

　　大進深，小開間，合理分戶，節(jié)約用地。

　　日照充足，自然通風(fēng)，冬暖夏涼，明櫥明衛(wèi)。

　　主客分區(qū)，食寢分離，動靜分區(qū)，居寢分離。

　　磚混結(jié)構(gòu)，粉煤灰小型砌塊，輕質(zhì)復(fù)合建材，造型簡約，施工簡易。

　　生態(tài)型住宅，節(jié)約能源，冬暖夏涼。

　　太陽能的利用

　　設(shè)置太陽能屋面，將太陽能熱水器與屋面結(jié)合。

　　可翻轉(zhuǎn)雙層（低輻射膜）透射玻璃頂?shù)膬?nèi)院天井，（冬季）陽光照射墻體儲熱升溫，形成對流，傳導(dǎo)室內(nèi)空氣升溫改善室內(nèi)氣候。

　　通風(fēng)遮陽

　　屋頂植物構(gòu)架有效遮擋陽光，降低外墻內(nèi)表面的溫度。

　　百葉式遮陽構(gòu)架起降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。

　�。ㄏ募荆╅_啟天井玻璃頂，組織自然通風(fēng)達到降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。

　　廚房、廁所中設(shè)置通風(fēng)管道，加強室內(nèi)氣流流動，使廚房、廁所保持負(fù)壓狀態(tài)。

　　5.4隔熱保溫

　　因地制宜，使用輕質(zhì)保溫小型砌塊砌筑外墻，外加保溫粉刷層。

　　屋面南坡斜置花草加強隔熱效果，同時可有效降低環(huán)境輻射熱。

　　結(jié)合太陽能熱水器設(shè)置雙面屋面，閣樓儲水箱起保溫隔熱作用。

　　5.5節(jié)約用水

　　使用節(jié)水龍頭和坐便器。

　　節(jié)約并合理利用水源，處理洗浴用水，收集雨水用于灌溉。

　　結(jié)束語

　　對人居環(huán)境的探討，一直以來都是建筑界所關(guān)注的問題。無論在建筑節(jié)能，降低建筑能耗，還是在提高人居舒適度，創(chuàng)造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面對這個龐大的建筑領(lǐng)域，建筑能耗是顯而易見的，微小的能耗變化，都將決定對能源的如何分配。

　　在不同區(qū)位下，采取的節(jié)能措施也不盡相同，對地域技術(shù)的研究同樣是首要面臨的關(guān)健性問題。本文所提到的幾點建議，是微不足道的一小部分，要想實現(xiàn)建筑領(lǐng)域真正節(jié)能，還需要建筑界同仁們不懈的努力。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。