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节能-生态-绿色-可持续 
论长江中下游地区住宅建筑节能设计及应用 摘 要： 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。 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。 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。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。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。 建筑论文，工学论文，免费论文，中国论文网-> 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。 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、建筑布局及内部空间的组织与划分 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。 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。 4、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。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。 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。
夏热冬冷地区住宅体型系数与建筑节能的关系夏热冬冷地区是指长江中下游地区及其周围地区（其确切范围由现行《民用建筑热工设计分区图》GB 50176规定），该地区面积约180万平方公里，人口5亿左右，国内生产总值约占全国的48％，是一个人口密集、经济发达的地区。该地区夏季炎热， 冬季寒冷。近年来，随着我国经济的高速增长，该地区的居民纷纷采取措施，自行解决住宅冬夏季的室内热环境问题，夏季空调冬季取暖成了普遍现象。由于该地区 围护结构的热工性能普遍差，所以能耗消耗高。我国现行的建筑节能政策是：2000年以后竣工的居住建筑的采暖能耗与1980～1981年的水平相比节能 50％。行业标准JGJ 134－2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中规定条式建筑物的体形系数不应超过35，点式建筑物的体形系数不应超过40。夏热冬冷地区乡村住宅其住宅型式一般都以独立的户为单位，且层数为3～4层，落地面积在180～200平方米之间。一、体形系数分析体形系数是建筑物与室外大气接触的外表面积F0与其包围的体积V0的比值。外表面积中F0不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。体形系数S= F0/V0，物理意义是指围合建筑物室内单位体积所需外表面积来围合尽可能大的建筑内部空间体积。F0/V0越小则意味着外墙面积越小，也就是能量损失途 径越少，越具有节能意义。根据体形系数公式 （1）式中：S—建筑体形系数；F0—外表面积（m2）；V0—建筑体积（m3）；a—建筑长度（m）b—建筑宽度（m）；H—建筑高度（m）。整理得：（2） 由公式（2）可以看出，当建筑面积一定时，体形系数与建筑物长、宽、高三个尺寸的大小及比例关系有关。即当建筑物的高度H和宽度b一定时，长度a越大体形 系数就越小，节能就越好；当建筑物的高度H和长度a一定时，宽度b越大体形系数就越小，节能就越好。当建筑物的长度a和宽度b一定时，高度H越大体形系数 就越小，节能就越好。二、体形系数节能分析1 建筑长度对体形系数影响通过对杭州下沙地区乡村住宅的调查，大多数住宅为3～4层，高度为10～12m，宽度在10～12m，假设住宅高度H＝9m，宽度b＝12m，由公式（2）得（3）对公式3作曲线图，如图1所示。从图1可以看出无论是条式建筑还是点式建筑，其体形系数随着建筑物长度的增加而减小。但当建筑物长度增加到60m时，体形系数变化就不是很明显。因此在同时考虑到整体规划及建筑节能，建筑物长度以60m为宜。2 增加房间的进深以杭州下沙地区的乡村住宅为例，设条式建筑长度a条式＝60m，高度H条式＝9m；点式建筑长度a点式＝16m，高度H点式＝9m，由公式（2）得建筑物宽度对体形系数的影响从图2中可见，当建筑物的高度H和长度a一定时，宽度b越大体形系数就越小，而且减小的幅度比较大，即宽度每增加2m其体形系数就可降低1% ～5%。。因此，对于乡村住宅最好就是增加建筑物的进深b，以较大幅度的减小体形系数S。达到节能目的。综合采光、日照等因素，建议房屋进深 10～13m为宜。3 增加建筑物层数以杭州下沙地区住宅为例，设条式建筑长度a条式＝60m，宽度b条式＝12m；点式建筑长度a点式＝16m，宽度b点式＝12m，由公式（2）得从图3中可见，设建筑物层高为3m，当为两层时，条式建筑体形系数367，点式建筑体形系数为459。当建筑物为三层时，条式建筑体形系数减小到 311，点式建筑体形系数减小到403。建筑物随着层数的增加，体形系数相应也减小的幅度也较大，这是因为在层高增加过程中，外围护面积（包括屋 顶面积）的递增比不上其所包围体积的增加，即体积增率大于面积增率。4 减小建筑物的周长如果用A－建筑物底层面积（m2），即A＝a×bL－建筑物底层周长（m），即 L＝2（a + b）公式（1）可转化为（4）当建筑的高度H和底面面积A一定时，建筑底层的层周长L与体形系数S是线性关系。并且A＝a×b，L＝2（a + b）。可知 a=A/b，（5）对b进行求导，求L的最小值，所以当建筑物的长宽相等时，即当建筑物底面为正方形时，其建筑物周长L最小体形系数S最小。可见，当建筑物的周长减小，体形系数S也减小。但是在缩小建筑 物周长的同时还要考虑太阳的辐射得热。因为冬季太阳辐射得热，南立面比北立面要大很多。即以太阳辐射而论，南立面越长建筑物得热就越多，对节能越有利。因 此在进行乡村住宅的节能设计，要结合乡村住宅农民生产、生活习惯，并且考虑当地冬季太阳辐射得热的实际情况，选择合适的长宽比例，达到最佳的节能效果。5 节能体形设计的尺度计算最佳节能体形的设计，仅仅从建筑物的长、宽、高、周长及长宽比例等一个尺寸分析，是不够严密的，必须予以综合考虑。设一栋长方体建筑物宽度为b，长度为mb（m为长宽比，m为≥1的有理数），高度为H，建筑物体积为V，其体形系数为：（6）由公式（6）可以看出，当V取一定值时，H与S则有一定的几何曲线。而每条曲线的最低点就是H对应的最小体形系数，可以通过对S求导数得出，即（7）令 ，则建筑物的最佳节能高度为： 建筑物最佳节能宽度 建筑物最佳节能长度 通过上面的理论计算分析所得出的建筑物最佳节能尺度，为建筑节能体形的实际计算如建筑体量、建筑进深、建筑层高等的选择提供若干理论依据。三、结论和建议夏热冬冷地区乡村住宅的体形系数过大及住宅平面随意性，对建筑节能及其不利，结合乡村住宅的本身特点，在进行节能设计时：1、增加房间进深：综合考虑影响乡村住宅进深的因素如采光，日照等建议乡村住宅的进深以10～13m为宜。2、增加建筑物层数：以节能概念论，一般层高以0～2m为宜。对于乡村住宅来说，层数越高，节能效果越好。3、减小建筑物的周长：当建筑物底层面积不变的情况下，其周长减小，体形系数S也减小，但是在缩小建筑物周长的同时还有考虑太阳辐射。4、建筑平面：建筑平面应尽量减少不必要的、小尺度的凹凸不齐，使外墙形成比较简单划一的延长。这样，外表面会尽量减小，达到以最小面积围成最大体积的目的，即体形系数S最小。(转)
