从气候及建筑特点看中南大学的建筑节能

从气候及建筑特点看中南大学的建筑节能

2009xxxxxx XXX

摘要：能源危机是21世纪各国面临的最重要的问题之一，降低建筑能耗是缓解能源危机的一项极具潜力的节能措施。本文选取坐落在长沙市的中南大学新校区一些具有代表性的建筑物为研究对象，结合长沙市的气候特点以及中南大学建筑物的特点，重点从保温、隔热、遮阳、采光、降温几个方面进行建筑节能分析，为进一步探索建筑节能技术提供相关资料。

关键词：气候特点；冬冷夏热；建筑节能；保温隔热；

0 引言

长沙是个气温变化剧烈的冬冷夏热的城市，在不保温、高能耗的建筑里，大量宝贵的能源经过多次低效转换，加速对大自然排放二氧化碳，加剧温室效应的恶性循环。所谓建筑节能，就是在满足居住舒适性要求的前提下，在建筑中使用隔热保温的新型墙体材料和高能效比的采暖空调设备，达到节约能源、减少能耗、提高能源利用效率之目的。建筑物如果能采用建筑节能技术，会使得建筑物更加适宜居住并节约大量的能量，适应国家的可持续发展战略。中南大学新校区建设时，很多建筑物就充分采用了建筑物的节能技术，体现了新时代建筑设计者环保节能的意识和勇于创新的精神。

1中南大学所在地长沙市的气候特点

长沙地理位置为北纬28.2度、东经113度，位于湘江河谷地带，地势较低，相对湿度较大。夏季漫长闷热，冬季短暂湿冷。影响长沙气候和气温的原因主要有3个：

其一是地形南高北低。南有五岭、东有罗霄、西有雪峰、北为洞庭湖平原，使其地形为一向北开口的马蹄形，阻隔了东、南海洋季风的调节，使冬寒夏热的特征尤为显著。

其二是受准静止锋面影响。长沙位于内陆，距海较远，每当海面形成热带风暴向我国大陆移动时，将大量的热空气向内陆挤压，象推土机一样，把海洋上和南方沿海地区的热浪推到湘中、湘北地区这个特制的大盆子里。热气团长久滞留在湘中至洞庭湖一带，在降雨前一般有3～5天十分闷热的时间，在这段持续闷热的时间内，潮热的气候让人感觉十分沉闷压抑。

其三是城市热岛效应。长沙近几年在加紧城市化建设，城市总面积为 1.18万平方公里，其中主城区面积612.3平方公里。密布的钢筋混凝土建筑白天蓄积了巨大的太阳能，晚上慢慢释放出来，每立方混凝土至少释放5kWh热量。加上不断增加的汽车尾气和空调排气，市区7～8月份夜晚的气温也会处于35℃以上，在空调的轰鸣和凝水滴嗒之声中，市区居民再也不能像70年代之前那样，在夏季可开窗纳凉睡觉。钢筋混凝土建筑群不仅夏季影响环境温度，在冬季也同样，不保温的混凝土建筑夜间蓄积了大量的冷量，使得白天出太阳时市区也不暖和，加上空气潮湿，长沙气温0℃时体感比北京零下10℃还要冷。

温度变化剧烈是夏热冬冷地区的显著特点。据气象记录，长沙市1969年4月5日的最低气温为2.5℃，而同年4月10日的最高温为33.4℃，5天之中温差达30多度。气温逐年增加是夏热冬冷地区又一特点，据《潇湘晨报》2009年7月19日报道：长沙洞井气象观测站测到的气温达43.2℃，达到历史之最。在午后用温度计测量日光直射的地面，温度可达60℃以上。为了度过最炎热的日子，人们不得不大量使用电扇和空调。1999年湖南城镇居民每百户拥有空调28.03台，到2008年每百户拥有空调达到178.5台，不到10年时间增长了6倍多。由于大量使用空调，造成夏季经常性的拉闸限电或停电。据长沙市经委、长沙电业局的统计：2008年8月29日21时长沙市最高负荷163万千瓦，而2009年7月10日上午11时26分长沙电网电力负荷首次突破260万千瓦，达到261.8万千瓦。每年的电力供应总是面临比上年更为严峻的考验。在夏季用电高峰过后，又形成发电厂和供配电设施的空闲。

长沙地区温度剧烈变化以及显著的冬冷夏热的气候特点对建筑物的性能提出了更高的要求，新型的建筑物设计时要求设计者在建筑内环境方面做出更多的考虑，在长沙地区如何设计出适合当地气候的建筑物成为了建筑设计师的一大课题。中南大学新校区的建筑物就充分体现出了建筑节能的理念，多处采用了建筑节能技术。

2 中南大学采用建筑节能技术的建筑实例分析

中南大学的新校区很多建筑设计新颖，不仅外观优美而且也很具有实用价值，多处体现出建筑设计者对节能环保的充分考虑。下面就中南大学新校区的体育场、教学楼、图书馆这三个典型建筑物作具体分析。

2.1 中南大学体育场

图1 中南大学体育场外观

中南大学体育场（如图1）是新校区最有特色的建筑物之一，也是长沙市第二大的体育场。体育场中是一个标准足球场和田径场，看台能容纳20000余人。看台下建有室内篮球馆和羽毛球馆，功能十分全面。

2.1.1 中南大学体育场的遮阳

中南大学体育场看台上空的钢屋架膜结构遮阳板（如图2），长90米，宽36.9米，高20米，覆盖面积大，既能达到遮阳、挡雨和隔热的效果，又能最大限度地减少场地在白天比赛时由于屋面投影造成的阴影。钢屋架膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其优美造型的钢材、膜材配件和紧固件加上设计轻巧合理，表面处理严格的钢结构支撑，塑造出形式美观，设计合理的钢架膜结构，充分发挥建筑师的想象力，又体现结构构件清晰受力之美，建造出标志性的形象工程艺术性。体育场看台上空巨大的钢屋架膜横跨整个看台上空，起到很好的遮阳作用。

2.1.2 中南大学体育场的采光

体育场看台下的室内篮球场和室内

羽毛球场对光线强度要求很高，这就强

调了体育馆的采光技术。室内篮球管选

择建在体育场东南方向，并采取侧面开

大窗的措施，在不影响建筑美观的前提

下尽可能增大窗墙比（如图2）。

图2 中南大学体育场室内球馆

2.2 中南大学新校区教学楼

中南大学新校区教学楼（如图

3），整体结构优美，A、B、C、D四

座完美结合，浑然一体。

图

图3 中南大学新校区教学楼模型图

2.2.1 中南大学新校区教学楼A座的采光

图4 中南大学新校区A座