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试谈夏热冬冷地区居住节能建筑的通风与遮阳设计

摘要:夏热冬冷地区实施居住建筑节能设计以来,已设计建造了大量的居住节能建筑,许多节能居住建筑重视保温隔热措施,而忽略了“自然通风”和“遮阳”的作用,本文结合地区气候特点,对“自然通风”和“遮阳”设计作了讨论。
关键词:节能设计、保温隔热、自然通风、遮阳。
建筑节能是指建筑物在规划、设计、建造和使用过程中,合理使用和有效利用能源,不断提高能源利用率,减少能源消耗,我国幅员辽阔、地形复杂、各地气候差异悬殊,根据我国的气候特点,划分为5个建筑热工分区:严寒地区、寒冷地区、冬冷夏热地区、夏热冬暖地区,温和地区。夏热冬冷地区是指累年最冷月平均温度为0~10℃,最热月平均温度为25~30℃的地区,主要包括长江中下游地区,即南岭以北,黄河以南的地区,它的气候特点是夏季炎热,冬季寒冷潮湿,风力资源丰富。建筑节能的要求是:必须满是夏季防热要求,适当兼顾冬季保温。
过去,由于经济和社会的原因,夏热冬冷地区的居住建筑没有采暖空调设施,建筑物设计对保温隔热问题不够重视,围护结构的热工性能普遍通较差,冬夏季建筑室内环境恶劣,随着这一地区的经济发展和人民生活水平的快速提高,居民普遍自行安装采暖空调设备。由于没有科学的设计和采取相应的技术措施,致使该地区的冬季建筑采暖、夏季建筑空调能耗急剧上升,能源浪费严重。居民用于能源的支出大幅度增加,建筑室内环境也没有得到根本改善,居住建筑节能设计势在必行。
2001年国家发布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(以下简称《节能设计标准》),标志着夏热冬冷地区建筑节能工作的全面展开,随后该地区的各省市也制定了相应的建筑节能设计标准,这些建筑节能设计标准从建筑、热工和暖通空调设计方面提出节能措施,对采暖和空调能耗规定了控制指标,达到了指导设计的深度,建筑节能设计标准从提高围护结构的热工性能着眼,对建筑物的体形系数,窗墙比和外墙,楼板、屋顶的传热系数,热隋性指标作出了明确的规定,同时规定,如居住建筑不符合设计标准的有关规定时,可利用建筑物的节能综合指标来判定是否满是节能设计的要求。
《节能设计标准》对自然通风与遮阳提出了要求,但不是定量的。围护结构的热工性能可以通过热工计算,采用保温隔热的手段加以解决,保温隔热技术成熟,性能可靠,目标明确可操作性强。而自然通风与遮阳由于室外气候多变,自然通风不稳定等各种复杂的原因,很难提供其对改善室内环境的各种数据。
自夏热冬冷地区实施居住建筑节能设计以来,已建造了不少的居住节能建筑,这些建筑的围护结构性能良好。已满足《节能设计标准》的要求,对自然通风与遮阳的利用却比较少,究其原因可能主要是二次,一是“无法可依”,《节能设计标准》没有明确的强制性的规定,二是认识问题。认为只要对照《节能设计标准》的各种定量的标准,设计的建筑就是节能建筑了。就可以通过施工图审查了。为什么还要考虑自然通讯和遮阳?还有人认为有没有考虑自然通风设计谁也看不出来,更有人认为遮阳设计很简单,只要有图上写上一句“此窗内侧设铝合金百页窗帘,由住户处理”即可以了。
建筑节能是一项复杂的系统工程,涉及规划、设计、施工,使用维护和运行管理等方方面面,单就建筑节能设计来讲,涉及的面亦很广,可采用的措施也很多,保温隔热,自然通风和遮阳就是其中的几个主要措施,试想,如果按照《节能设计标准》中的几条定量性的要求,建筑已经达到“节约50%”的节能要求了,那么通过自然通风或遮阳设计来改善室内环境,节约空调运行成本,不就可以更省更节能了吗?况且采用自然通讯和遮阳措施的费用一般比保温隔热的费用要低,在夏热冬冷地区的居住建筑设计中,自然通风与遮阳是必须考虑的二个重要因素,下面就自然通风与遮阳的设计谈一点肤浅的看法。
一、自然通风
在夏热冬冷地区,人们无论是过渡季节还是冬夏两季。普遍有开窗加强房间通风的习惯,在没有空调的日子里,夏季能开的窗子都是开着的,秋夏的夜晚,人们几乎天天在室外乘凉,还常常有人背了块门板在室外过夜,这充分说明这时的室外环境在自然风的作用下要比室内环境好,自然风有巨大的利用价值,自然通风可以改善室内的空气品质,带走室内余热和积蓄冷量,可减少空调运行时的能耗,另外,潮湿是夏热冬冷地区气候的一大特点,霉雨季节房间里的物品经常会发霉,这固然可以通过空调等手段加以排除,但是利用自然通风带走潮气,霉气却更有效,更安全,又无需能耗。
风是一种可再生资源,要建筑节能就要充分地利用它,科学地利用它,在夏热冬冷地区风资源十分丰富,要利用自然通风达到建筑节能的目的,就要从多方面进行考虑,首先在城市规划时就应将重要的生态观点引入其中,以便达到城市空间的自然通风和降温。对一个城市进行规划时,建筑物的高度和朝向定位均应充分考虑地区风向和风力的因素,以便使整个城市有良好的通风。
建筑总平面的布置,宜充分利用冬季日照并避开冬季主导风向,利用夏季凉爽时段的自然通风,在建筑设计中,应对建筑的体形以及建筑群体组合进行合理地设计,以适应不同的气候环境,应对建筑的体形以及建筑群体组合进行合理地设计,以适应不同的气候环境,在夏热冬冷地区,为有效改善自然通风,规划布局上可利用建筑的向阳面和背阳面形成风压差,使建筑的单体得到一定的穿堂风,要尽量保证每个建筑都有一定的迎风面,一般建筑背后的风影区大概为建筑高度的3倍左右,这一数值要大于一般小区的日照问距要求,如果仅仅考虑日照问距而将建筑摆在一行,不错动,就会使后排建筑没有直接迎风面,这样对后排建筑的通风非常不利,单体建筑的自然通风要考虑建筑的体形,进深,层数等等因素,进深较小的部位多利用风压来直接通风,进深较大的部位多利用热压来达到 通风的效果,风的垂直分布特性使得高层建筑比较容易实现自然通风,建筑物外窗的位置,大小以及开启方式对组织自然通风关重要,所谓“空气对流”“穿堂风”就是通过外窗,隔墙的有机组合而实现的,住宅开大窗有利于自然通风,室内也会更加明亮,窗户大的商品房也更受人们喜爱,由于窗子的保温隔热性能比外墙要差很多,窗子开大了建筑物的能耗就要增加,这是一对矛盾,需要设计人员根据实际情况,很好把握。
二、建筑物的遮阳
居住建筑本身就是一个遮阳构筑物,其屋顶外墙均可以称为遮阳构件,人们为了采光、通风以及交通的需要,在其上面开了门窗洞口,从而使这部分构件在这些开口部位丧失了遮阳的功能,我们应当设法采用其它办法加以修补。
过去或现在,夏热冬冷地区的居民常会在窗门口搭一个雨篷,挂一片竹帘,或种几棵树用以遮阳,随着科学技术的发展遮阳的手法与遮阳的材料越来越多。
遮阳的基本形式可分为四种:水平式、垂直式、综合式和挡板式。分别如下图所示:
遮阳的基本形式
(a)水平式(b)垂直式(c)综合式(d)挡板式
(1)水平式遮阳。如图(a)如示。这种形式的遮阳能够有效地遮挡高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光。故它适用于接近南向的窗口,低纬度地区的北向附近的窗口。
(2)垂直式遮阳。如图(b)所示。垂直式遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、从窗侧斜射过来的阳光;但对于高度角较大的、从窗口上方投射下来的阳光,或接近日出、日落时平射窗口的阳光,起不到遮挡作用。故垂直式遮阳主要适用于东北、北和西北向附近的窗口。
(3)综合式遮阳。如图(c)所示。综合式遮阳能够有效地遮挡高度角中等、从窗前斜射下来的阳光,遮阳效果比较均匀。故它主要适用于东南或西南向附近的窗口。
(4)挡板式遮阳。如图(d)所示。这种形式的遮阳能够有效地遮挡高度角较小的、正射射下来的阳光。故它主要适用于东、西向附近的窗口。
遮阳按其所处的位置可以分为外遮阳、内遮阳、中间遮阳。外遮阳位于室外,可以有效地遮挡直射阳光,但对建筑物的立面造型有影响,内遮阳位于室内,对遮挡直射阳光意义不大,但可以降低空调负荷,改善宝内环境,且不破坏立面形象,中间遮阳位于中空玻璃,双层窗,双层玻璃幕墙中,可降低门窗,玻璃幕墙系统的遮阳系数。具有良好的隔热、降噪和采光调节效果,遮阳百页不必清洗,但造价较贵。
遮阳按构件活动形式可以分为固定和活动的二种,固定式的遮阳结构简单,维修了方便,造价相对较低,活动式遮阳适应性强,使用灵活,可兼顾冬季阳光入射,采光及房间自然通风,但结构复杂,造价较高维护成本大。
遮阳构体使用的材料种类很多,有钢筋凝土铝合金、工程塑料、纤维、玻璃等。
除了上面遮阳措施外,可以利用绿化和结合建筑构件的处理来解决遮阳问题,结合构件处理的手法有:加宽挑檐、设置百页挑檐,外廊、阳台、旋窗等,绿化遮阳是一种经济有效的措施,特别适用于低层建筑,但要注意减少对通风、采光和视线阻挡的影响。
建筑物采用遮阳措施后,往往对室内的通风,采光产生不利的影响,因此在遮阳设计时,应根据建筑本身的要求和特点,妥善处理好通风,采光和防雨等问题,同时要注意不遮挡从窗口向外眺望的视野以及它与建筑立面造型之间的协调。遮阳的种类有很多,夏热冬冷地区的建筑各类遮阳都有使用,但数量却很少,其原因除了上面谈到的《节能设计标准》无明确要求外,还有以下几个原因。1、外遮阳与立面风格很难统一,有损于立面造型。2、内遮阳一般由住户自理,现在的房子都是二次装饰成的,开发商也不会出这个钱,是于内遮阳装不装,装什么样的,就全凭房屋的主人在装饰时决定了,中间遮阳由于价格高,维护成本大,开发商一般不会采用。
给合上述自然通风与“遮阳”是夏热冬冷地区建筑节能的二个古老而重要的手段,必须掌握它,运用它。建筑节能是一项艰巨的任务,任重而道远,需要许许多多的人为之作出不懈的努力,作为建筑师更应该要首当其冲,走在前面,不断探索,不断实践

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