中国夏热冬冷地区住宅建筑节能设计及应用

中国夏热冬冷地区住宅建筑节能设计及应用

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。本文将针对夏热冬冷地区的气候特征，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

前言

上个世纪全球的建筑建设量等于之前人类所有建筑建设量的总和，当然这源于社会的发展，科技的进步，是人类文明程度的表现。然而，有限能源已逐步的枯竭，自然资源破坏性的利用，自然环境的日益恶化，城市的建设和建筑的发展都不断地面临各种各样的问题。如今，建筑师必须从“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，减少对空调等耗能设备的依赖性。接下来，我将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和研究，探索适合中国夏热冬冷地区建筑的设计原理。

1.中国夏热冬冷地区气候特征

中国夏热冬冷地区地理纬度大致在北纬30度～32度，属于气候过渡地区。这一地区夏季太阳辐射强度较大，气温较高，最热月份室内气温高达32摄氏度左右，持续时间长达3～4个月，特别是在顶层及西晒房间显得十分闷热难受；冬季室内显得阴冷潮湿，最冷月份的室内平均气温只有4～6摄氏度，时间长达2～3个月，且季节风旺盛。该地区住宅建筑室内热环境质量普遍较差。由此，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，热环境的改善十分有限，能源利用效率低，造成大气环境污染。因此，改善该地区的室内环境已是刻不容缓。

在正常情况下，相同体积、材质、质量的物体，在同一环境条件下，所吸收的太阳辐射热相等，其根本区别只在于热量在形体中的分布情况。其实建筑隔热就是尽可能的将多余的太阳辐射热阻隔在建筑之外，使室内具有舒适的热环境，这就需要我们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，它已经是有一个普通的形体转化为了有生命力的空间形态。它需要有采光与通风，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。这就需要在设计中就必须知道该地区一年中太阳的运行规律，分析该地区生物气候特征，采用适合的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮阳、保温等措施。

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：

调研设计地段的各种气候条件；

评价每个气候条件对人体生物舒适感的影响；

采取技术手段解决气候与人体舒适之间的矛盾；

结合特定地段，区分各条件的重要程度，并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后来的建筑设计，例如70年代的德国适应气候节能建筑的研究。除此之外，印度的柯里亚也提出了“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是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的需要。

3. 夏热冬冷地区住宅建筑设计中的地域设计

为适应夏热冬冷地区的气候特征，必然要产生一系列适应性的空间形态。

㈠围护结构的热工性能

在夏季自然通风的情况下，要使室内温度低于室外温度的有效方法是加强外墙及窗户的隔热性能。根据建筑的热工机理，太阳辐射投射到建筑外表面时，其中一部分被反射出去，一部分被吸收。而被建筑外表面吸收的热量一部分向室内传递，另一部分则以长波辐射和空气对流的形式向室外散发。显然，散发到室外的热量越多，传递到室内的热量就越少。因此，增大建筑外表面的辐射有利于减少向室内传递的热量。因此，对于夏季持续长时间高温的夏热冬冷地区，其外墙通常采用白色粉刷或用浅色饰面来达到提高外墙辐射隔热的效果。此外，要想取得减少向室内传递热量的效果，还应该采取降低建筑外围护结构的传热系数的手法，即在外围护结构中设置隔热层，阻隔室外的热量向室内传递，这样一来，建筑从室外所吸收的热量将大量地聚集在建筑的外表面，促使建筑的外表面温度升高，从而进一步提高了建筑外表面与环境之间的温度差，有利于建筑向室外散热。这种隔热方式也称为升温隔热法。反射隔热和升温隔热的结果都是把投射到建筑外表面的太阳辐射热转移到建筑的外部环境中去。冬季亦反。

对夏热冬冷地区而言，窗户的热工性能问题一直都是外围护结构设计中的一个极为重要的因素，其主要问题是该如何改善以及防止空气渗透。在夏季满足自然采光的同时，能够尽可能得使热量滞留在室外，而且，还要满足冬季减少热量从室内向室外传递。目前，最常用的方法是采用多层空气间层的玻璃窗，如使用中空、隔热和反射的玻璃等，但空气间层的厚度一般只有20mm左右，并不能有效地达到隔热的目的，若是达到40mm才会有效，而这就使得空气间层之间的压力变得更小，所采用的玻璃就必须要有更大的强度，而这将势必要提高造价。当然，如果在空气间层里填充反光材料，会达到更好的效果。

㈡建筑布局

在夏热冬冷地区，建筑的总体布局常常会坐北朝南。除此之外，还会紧密地围绕良好的自然通风，其目的是为了舒缓夏季的酷热与减少冬季室内的阴冷湿气。所以在建筑布局上往往采用舒展开敞的形式以及有较大的窗洞开口，来保证良好的自然通风。在此基础上，若是采用较深的门廊和遮阳板将有助于导风与降温。而另一种有效的方式是在室内设置