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夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅設(shè)計(jì)淺析
摘 要：夏熱冬冷地區(qū)因氣候環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等原因，使得該地區(qū)能耗居于全國(guó)首位，作者通過對(duì)建筑設(shè)計(jì)過程的分析融入綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念，從場(chǎng)地設(shè)計(jì)，單體設(shè)計(jì)，新技術(shù)利用等方面對(duì)夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探索。
關(guān)鍵詞：夏熱冬冷;住宅設(shè)計(jì);新能源利用;綠色建筑
自工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)化大生產(chǎn)替代了原始的手工業(yè)，為現(xiàn)代社會(huì)的物質(zhì)進(jìn)步提供了基礎(chǔ)，使得現(xiàn)代社會(huì)的產(chǎn)業(yè)、科技飛速發(fā)展。但在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，對(duì)全球的環(huán)境也造成了空前的破壞。能源危機(jī)，溫室效應(yīng)，酸雨，臭氧層破壞等引起的環(huán)境問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類生存和文明的發(fā)展，在這樣的背景下綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展等概念被不斷提出。建筑作為全球總能耗中的耗能大頭，降低建筑能耗，研究并推廣節(jié)能建筑就變得尤為重要。
我國(guó)地處亞洲東部，絕大部分地區(qū)屬于北溫帶，所以我國(guó)大部分地區(qū)都處于夏熱冬冷地區(qū)，涉及16個(gè)省、市、自治區(qū)，面積達(dá)180萬(wàn)平方公里，人口占全國(guó)人口的三分之一，同時(shí)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)政治地位極其重要的地區(qū)。
夏熱冬冷地區(qū)夏季炎熱，冬季寒冷，夏季室外空氣溫度大于35℃的天數(shù)約10～40天，最高溫達(dá)40℃以上。冬季日平均溫度在5℃以下的天數(shù)約20～80天。一般居住建筑無(wú)供暖設(shè)施，室內(nèi)溫度低、舒適度差。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)步，居民擅自安裝制冷制熱設(shè)備，導(dǎo)致該地區(qū)的耗能增長(zhǎng)劇烈。如何改變?cè)摰貐^(qū)現(xiàn)狀，提高建筑的節(jié)能措施變得尤為重要。本文將從夏熱冬冷地區(qū)氣候環(huán)境和建筑設(shè)計(jì)角度出發(fā)，淺析該地區(qū)綠色住宅建筑的設(shè)計(jì)思路。
1、夏熱冬冷地區(qū)熱環(huán)境分析分析與節(jié)能建筑主要控制策略：
夏季：氣候特點(diǎn)是炎熱多雨，陽(yáng)光輻射強(qiáng)，但由于陰雨天氣較多，太陽(yáng)能的利用并不完全。建筑主要控制策略以降溫隔熱為主，輔助以太陽(yáng)能發(fā)電的利用。包括場(chǎng)地選擇，環(huán)境綠化設(shè)計(jì)，建筑單體體型設(shè)計(jì)，保證自然通風(fēng)，建筑遮陽(yáng)隔熱措施，以及其他新型能源的利用。
冬季：天氣陰冷潮濕，并且不屬于冬季采暖地區(qū)，室內(nèi)熱環(huán)境很差，建筑主要控制策略要著重考慮建筑物的保溫，和最大程度利用太陽(yáng)能等新能源。包括控制建筑體型，爭(zhēng)取良好朝向，選取合適場(chǎng)地，和一定的現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)等。但因部分與夏季隔熱遮陽(yáng)措施相反，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要著重協(xié)調(diào)好與夏季遮陽(yáng)之間的關(guān)系。
2、夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑設(shè)計(jì)思路：
綠色建筑的設(shè)計(jì)思路建立在一般建筑的方案設(shè)計(jì)思路之上，但在方案設(shè)計(jì)的每一個(gè)步驟中都包含綠色設(shè)計(jì)的思想與方法。
2.1基地選擇、環(huán)境布局
場(chǎng)地規(guī)劃方面主要包括：場(chǎng)地地形，場(chǎng)地綠化，場(chǎng)地水體，場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境等，通過合理的場(chǎng)地環(huán)境要素設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境的控制，使得建筑內(nèi)部環(huán)境舒適健康。
2.1.1場(chǎng)地地形
對(duì)于平坦地形，整個(gè)場(chǎng)地的自然環(huán)境相似，場(chǎng)地規(guī)劃可以不考慮地形因素對(duì)建筑的影響。對(duì)于斜坡或是凹地，不同的地理環(huán)境是大不相同的。場(chǎng)地會(huì)影響建筑的微氣候。如在斜坡和低洼地帶，在氣溫方面，不同的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生不同層次的空氣溫度和氣流，較涼爽的空氣易向低洼地帶或斜坡聚集。在風(fēng)速方面，斜坡迎風(fēng)面空氣速度會(huì)增加，風(fēng)速在山脊處達(dá)到最大，而在背風(fēng)處氣流速度相對(duì)來(lái)說(shuō)較小;在太陽(yáng)輻射方面，冬季太陽(yáng)對(duì)南坡的照射最為直接，因而南向獲得的太陽(yáng)輻射最多，而北坡獲得的輻射相對(duì)最小。
2.1.2場(chǎng)地綠化
從綠色建筑的角度看來(lái)，植物和植被不僅起美學(xué)和心理學(xué)上的效應(yīng)，合理的場(chǎng)地綠化也可以改善建筑周圍微氣候，減少建筑能耗，改善室內(nèi)環(huán)境。
冬天，植物通過阻擋冷風(fēng)入侵減少了冷風(fēng)滲透熱損失，而且在建筑與植被之間形成了一個(gè)靜風(fēng)區(qū)，同樣起到了夏季隔熱作用。夏天，植物在地面和建筑物上的投影，減少了太陽(yáng)對(duì)建筑的直接輻射;植物蒸騰作用不僅降低了植物自身的溫度，也使植物周圍的氣溫降低。落葉植物，夏季枝葉繁茂可以阻擋太陽(yáng)輻射，冬季光禿的樹干可讓陽(yáng)光通行無(wú)阻。屋頂花園也是綠色植物在建筑中應(yīng)用的一種方式，它對(duì)環(huán)境的變化起著良好的調(diào)節(jié)作用，與覆土建筑的效果類似，對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，有很高的生態(tài)價(jià)值。
2.1.3場(chǎng)地水體
水具有良好的蓄熱能力，白天，水體能夠通過蒸發(fā)降低周圍空氣的溫度，夜晚則會(huì)向周圍環(huán)境釋放較多熱量。這個(gè)特點(diǎn)可以對(duì)冷熱環(huán)境的變化起到緩沖作用。同時(shí)如水源熱泵等新型溫度調(diào)節(jié)裝置也可以依靠水體進(jìn)行工作。對(duì)于場(chǎng)地中的水體，我們更應(yīng)該關(guān)注的是水體與場(chǎng)地原有生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，并且盡量把水體營(yíng)造成一個(gè)小的健康的生態(tài)系統(tǒng)。
2.1.4風(fēng)的利用
風(fēng)的利用主要包括兩方面：阻擋冬季寒風(fēng)，組織夏季通風(fēng)。房屋室內(nèi)損失的全部熱量中，有三分之一是由寒風(fēng)滲透引起的，寒風(fēng)滲透與風(fēng)速的平方大致成正比，因此風(fēng)速與建筑熱量損耗有密切關(guān)系。
阻擋冬季寒風(fēng)的主要措施是設(shè)置防風(fēng)屏障，包括防風(fēng)墻，防風(fēng)林等。對(duì)于獨(dú)立建筑，在朝向上讓房屋縱軸線垂直于建筑所在地區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向。對(duì)于建筑群體，則要兼顧單體通風(fēng)與群體通風(fēng)。從通風(fēng)角度，建筑群應(yīng)采用行列式和自由式。在立體布置方面，宜采取“南低北高”的處理方式，這樣能屏擋冬季北向來(lái)風(fēng)，還形成了面對(duì)夏季南風(fēng)的開口狀態(tài)。
2.2單體設(shè)計(jì)
2.2.1體型及平面設(shè)計(jì)：
體型方面，通過控制建筑體型可以達(dá)到控制建筑熱損耗，從而降低建筑整體能耗。體型較小的建筑在熱損耗方面節(jié)能會(huì)相對(duì)較好。
平面布局方面，幾乎在所有的自然環(huán)境下，南向均為最佳朝向。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)按照空間對(duì)熱舒適的不同需要而合理分區(qū)。將對(duì)熱舒適質(zhì)量要求較低的空間，放置在建筑的北側(cè)或西北側(cè)，對(duì)于熱舒適質(zhì)量要求較高的空間，充分利用南向空間。
中庭設(shè)計(jì)，中庭的形狀和構(gòu)造決定了它具溫室效應(yīng)和煙囪效應(yīng)，中庭擁有較大的空間，利于采光和通風(fēng)，并且能夠容納植物和水體，由此成為一個(gè)微型的生態(tài)環(huán)境，中庭在植物，水體和陽(yáng)光的共同作用下，形成了建筑內(nèi)部的微氣候。通過溫室效應(yīng)和煙囪效應(yīng)等措施的調(diào)節(jié)，當(dāng)這個(gè)微氣候接近或滿足人體的舒適感受時(shí)，我們就成功建造了一個(gè)低能耗的生態(tài)空間。
2.2.2建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和材料的選擇：
墻面節(jié)能，增加墻體厚度或在墻體內(nèi)外加保溫材料可以提高建筑的保溫隔熱性能，經(jīng)研究得知，兩層墻體之間設(shè)約50mm厚的空氣層可以減少熱量傳遞，但應(yīng)注意保溫材料的防潮問題。
屋面節(jié)能，平屋頂直接受陽(yáng)光照射，是建筑中受氣候變化影響最為激烈的地方。因此屋面節(jié)能十分重要。屋面保溫層不宜選用容重較大、熱導(dǎo)率較高的保溫材料，以防止屋面重量、厚度過大;屋面材料不宜選用吸水率較大的保溫材料，以防止屋面濕作業(yè)時(shí)，保溫層大量吸水，降低了保溫效果。
2.2.3遮陽(yáng)設(shè)計(jì)：
從建筑各個(gè)表面，從全年的太陽(yáng)輻射總量來(lái)看，對(duì)遮陽(yáng)的需求程度的建筑界面方位排序依次為：水平屋頂、西向、西南向、東向、東南向、南向、西北向、東北向、北向。可采用固定遮陽(yáng)也可采用可控遮陽(yáng)。
3、新能源和新技術(shù)的應(yīng)用
今年來(lái)新能源的利用成為綠色建筑重要的技術(shù)支持部分，包括太陽(yáng)能，風(fēng)能，生物能，地?zé)崮埽艿取?duì)于夏熱冬冷地區(qū)，主要以太陽(yáng)能，地?zé)崮艿睦脼橹鳌?/p>
3.1太陽(yáng)能的利用
建筑中太陽(yáng)能的利用方式，可以分為直接利用(被動(dòng)式太陽(yáng)能利用)和間接利用(主動(dòng)式太陽(yáng)能利用)兩種。被動(dòng)式太陽(yáng)能包括建筑對(duì)陽(yáng)光的直接采集利用，如南向(向陽(yáng)面)應(yīng)有足夠的開敞程度，使盡量多的室內(nèi)空間有好的朝向;集熱墻的利用，附加陽(yáng)光間的利用等。主動(dòng)式太陽(yáng)能的利用包括，太陽(yáng)能熱水應(yīng)用系統(tǒng);太陽(yáng)能熱空氣采集系統(tǒng);太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)等。
3.2地源熱能利用
地源熱泵，是利用土壤、地下水、地表水、海水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源然，再由熱泵機(jī)組向建筑物供熱供冷的系統(tǒng)。地源熱泵是一種清潔能源，可減少城市大氣污染，緩解熱島效應(yīng)。由于地源熱泵系統(tǒng)的換熱器埋于地下，可以保證運(yùn)行50 年，期間不需任何維護(hù)，因此安裝后可以節(jié)省大筆維護(hù)費(fèi)用。
結(jié)語(yǔ)
新技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新推動(dòng)綠色建筑技術(shù)不斷進(jìn)步。對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)而言，主要解決的就是冬季保溫和夏季致涼的問題。維護(hù)結(jié)構(gòu)選擇，自然通風(fēng)，遮陽(yáng)等是比較經(jīng)濟(jì)和適用的節(jié)能技術(shù)策略，同時(shí)充分設(shè)計(jì)和利用周邊場(chǎng)地環(huán)境，合理進(jìn)行綠化組織和引導(dǎo)外界通風(fēng)，使得建筑與環(huán)境之間進(jìn)行互動(dòng)，更提高了綠色住宅的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。再加上新型能源和新技術(shù)的應(yīng)用，通過合理的綠色建筑設(shè)計(jì)方法。力求用最經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能策略解決夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能，不斷創(chuàng)新，為全球的節(jié)能事業(yè)盡到一份責(zé)任。
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