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現(xiàn)代住宅建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2014-07-15
住宅建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上個(gè)世紀(jì)全球的建設(shè)量等于之前人類所有建設(shè)的總和,當(dāng)然這源于社會(huì)的發(fā)展,科技的進(jìn)步,是人類文明程度的體現(xiàn)。然而,有限能源已逐步的枯竭,自然資源破壞性的利用,自然環(huán)境日益惡化,城市的建設(shè)和建筑的發(fā)展不斷的面臨各種各樣的問題。必須以“可持續(xù)發(fā)展”的角度去審視我們的建筑設(shè)計(jì),從根本上降低建筑能耗。另外,還必須適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展,滿足消費(fèi)者的需求,提高室內(nèi)舒適度,減少空調(diào)設(shè)備。通過對(duì)生物氣候地方主義理論及一些國(guó)外新氣候建筑的介紹與研究,探索適合長(zhǎng)江長(zhǎng)下游地區(qū)建筑的設(shè)計(jì)原理。
1 長(zhǎng)江中下游地區(qū)氣候特征
長(zhǎng)江中下游地區(qū)地理緯度大致在北緯30°~32°,屬于氣候過渡地區(qū),這一地區(qū)的氣候特點(diǎn)夏季氣溫較高,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3~4個(gè)月,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大;冬季較冷,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2~3個(gè)月,相對(duì)濕度較大,季節(jié)風(fēng)旺盛。該地區(qū)住宅建筑的保溫隔熱還沒有一個(gè)可參考的理論依據(jù),住宅室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量普遍較差,冬季室內(nèi)陰冷潮濕,最冷月份室內(nèi)平均氣溫只有4~6℃;夏季悶熱,最熱月份室內(nèi)氣溫高達(dá)32℃左右,特別是在頂層及西曬房間顯得十分悶熱難受。這樣大量的空調(diào)設(shè)備涌入居民區(qū),由于缺乏總體部署,沒有從改善建筑熱工入手,熱環(huán)境改善十分有限,能源使用效率低,造成大氣環(huán)境污染。因此,改善該地區(qū)的室內(nèi)環(huán)境已刻不容緩。
在正常情況下,相同體積、相同材質(zhì)、相同質(zhì)量的物體,在同一環(huán)境條件下,所吸收的太陽(yáng)輻射熱相等,其根本的區(qū)別只在于熱量在形體中分布情況。
其實(shí)建筑隔熱就是盡可能的將太陽(yáng)輻射熱阻隔在建筑之外,使室內(nèi)具有舒適的環(huán)境,這就要對(duì)建筑的外環(huán)境進(jìn)行分析研究。建筑并不同于一般的形體,它已經(jīng)有一個(gè)普通的形體轉(zhuǎn)化為了有生命力的空間形態(tài),需要有采光與通風(fēng),這就必然需要有門窗,而太陽(yáng)熱輻射就會(huì)通過門窗傳入室內(nèi),怎樣既保證室內(nèi)采光通風(fēng),又能夠盡可能的有效阻止熱輻射。這就需要在設(shè)計(jì)中就必須知道該地區(qū)一年四季太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律,分析該地區(qū)生物氣候特征,采用合適的建筑造型,以及建筑朝向,并采取有效的建筑遮陽(yáng)措施。
2 生物氣候地方主義理論
氣候和地域是緊密相連的兩個(gè)概念,從上個(gè)世紀(jì)二三十年代就開始對(duì)建筑與氣候、建筑與地域關(guān)系的研究。隨著科技的進(jìn)步,研究的不斷深入,建筑節(jié)能也取得了一定的成效。
1963年,V·奧戈雅所著的《設(shè)計(jì)結(jié)合氣候:建筑地方主義的生物氣候研究》,概括了60年代以前的建筑設(shè)計(jì)與氣候、地域關(guān)系研究的各種成果,提出“生物氣候地方主義”的設(shè)計(jì)理論,將滿足人體的生物舒適感覺(冷、熱、干、濕等)作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn),注重研究氣候、地域和人體生物感覺之間的關(guān)系,認(rèn)為建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循氣候→生物→技術(shù)→建筑的過程,分別是:①調(diào)研設(shè)計(jì)地段的各種氣候條件;②評(píng)價(jià)每個(gè)氣候條件對(duì)人體生物舒適感的影響;③采取技術(shù)手段解決氣候與人體舒適之間的矛盾;④結(jié)合特定地段,區(qū)分各條件的重要程度,采取相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行建筑設(shè)計(jì),尋求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。
生物氣候地方主義理論較大地影響了以后的建筑設(shè)計(jì),例如70年代德國(guó)適應(yīng)氣候節(jié)能建筑研究。印度的柯里亞提出了“形式追隨氣候的設(shè)計(jì)方法論。從生物氣候?qū)W角度出發(fā),結(jié)合地域氣候條件進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者用來表達(dá)地方主義文化特征的重要手段,也是為了滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求。
長(zhǎng)江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)中的地域技術(shù)
為適應(yīng)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候特征,必然要產(chǎn)生一系列適應(yīng)性的空間形態(tài)。
圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能
在自然通風(fēng)的情況下,要使室內(nèi)氣溫低于室外氣溫的有效方法是加強(qiáng)外墻及窗戶的隔熱性能。根據(jù)建筑的隔熱機(jī)理,太陽(yáng)輻射投射到建筑外表面時(shí)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熱量一部分向室內(nèi)傳遞,另一部分以長(zhǎng)波輻射和空氣對(duì)流的形式向室外散發(fā)。
投射到建筑外表的太陽(yáng)輻射最終散發(fā)到室內(nèi)和室外。顯然,散發(fā)到室外的熱量越多,傳遞到的熱量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于減少傳向室內(nèi)的熱量。因此對(duì)于夏季高溫時(shí)間長(zhǎng)的長(zhǎng)江中下游地區(qū)建筑外墻體通常采用白色粉刷或淺色飾面來達(dá)到外墻反射隔熱的效果。從圖上還可以看到,最終要使得傳向室內(nèi)的熱量少還應(yīng)該減少建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù),即在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔熱層,隔離室外熱量向室內(nèi)傳遞,這樣一來建筑外表吸收的熱量將大量聚集在外表面,促使建筑外表面溫度升高,進(jìn)一步提高了建筑外表面與環(huán)境之間的溫差,有利于向室外散熱。這種隔熱方式也稱為升溫隔熱。反射隔熱和升溫隔熱的結(jié)果都是把投射到建筑外表的太陽(yáng)輻射熱轉(zhuǎn)移到建筑的外部環(huán)境中去。
窗戶的隔熱性能問題一直是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要的一個(gè)因素主要是怎樣改善及防止空氣滲透。對(duì)于長(zhǎng)江中下游地區(qū)而言,要解決的是窗戶隔熱的問題。在夏季滿足自然采光的同時(shí),能夠盡可能的使陽(yáng)光滯留在戶外,目前最常用的方法是采用雙層玻璃窗,使用中空、隔熱和反射玻璃等,但空氣間層一般只在20mm左右,并不能有效的達(dá)到隔熱的目的,要達(dá)到40mm才有一定的效果,這就使得空氣間層的壓力變得更小,采用的玻璃就必須有更大的強(qiáng)度,這就勢(shì)必提高造價(jià)。如果在空氣間層填充反光材料,會(huì)達(dá)到更好的效果。
3.2 建筑布局
在長(zhǎng)江中下游地區(qū),為舒緩夏季酷熱的氣溫。建筑的總體布局上就應(yīng)該緊密的圍繞這一問題展開。在建筑的布局上應(yīng)舒展開敞,有較大的窗洞開口,有利于自然通風(fēng)。采用較深的門廊和遮陽(yáng)板有助于導(dǎo)風(fēng)與降溫。一種有效的方式就是在室內(nèi)設(shè)置“風(fēng)道”以組織穿堂風(fēng),“風(fēng)道”應(yīng)有足夠的寬度以保證空氣流通,“風(fēng)道”兩端還可以設(shè)置篷或門廊以起到導(dǎo)風(fēng)、遮雨、遮陽(yáng)作用。
3.3 內(nèi)部空間的組織與劃分
在該地區(qū)的建筑有一個(gè)顯著的特點(diǎn),開敞的平面形式,類似于現(xiàn)代建筑中的“流動(dòng)空間”,但功能更加綜合。因而,在該地區(qū)內(nèi)較為理想的建筑布局形式:有一個(gè)長(zhǎng)行的平面和帶坡頂?shù)钠拭妫蟹块g都有直接的通風(fēng)采光;建筑四周都有陽(yáng)臺(tái)、百葉遮陽(yáng)板或外廊。傳統(tǒng)建筑中有許多這種布局形式,但在大量多層及高層單元住宅中,由于密度及容積率的要求,現(xiàn)代住宅往往有較大的進(jìn)深,因此就必須保證使一套住房?jī)?nèi)不同方位的房屋之間有流暢的氣流,形成穿堂風(fēng)。
隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高,人民群眾對(duì)住宅建筑的各個(gè)方面的要求越來越高,對(duì)生活的空間環(huán)境更加的重視,住宅設(shè)計(jì)中的“大廳小臥”的概念為適應(yīng)現(xiàn)代住宅觀的變化應(yīng)運(yùn)而生,它反映了住宅建筑的發(fā)展趨勢(shì),是住宅設(shè)計(jì)進(jìn)步的一個(gè)象征。
“大廳小臥”屬建筑設(shè)計(jì)中空間組合、功能分區(qū)和面積分配的問題。應(yīng)注重廳臥之間面積分配的辯證關(guān)系,強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)手段在“大廳小臥”設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題,以便保證“大廳小臥”住宅有良好的空間環(huán)境和使用效果,并使其有一定的超強(qiáng)意識(shí)。
以上建筑中面對(duì)地域自然和氣候條件的營(yíng)造,歷經(jīng)歲月的錘煉而形成的地域技術(shù),是一種質(zhì)樸、廣義的生態(tài)設(shè)計(jì)。其中所體現(xiàn)的“因地制宜”的原則及采用生態(tài)設(shè)計(jì)手段創(chuàng)造環(huán)境微氣候的思想,是設(shè)計(jì)中的重要手段。
構(gòu)造設(shè)計(jì)學(xué)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
根據(jù)不同的地域氣候特征,構(gòu)建一套相應(yīng)的建筑構(gòu)造設(shè)計(jì),是建筑領(lǐng)域在不斷追求的目標(biāo)。其基本的思想是:不依賴耗能設(shè)備,而在建筑形式、空間布局和構(gòu)造上采取措施,以改善建筑環(huán)境,實(shí)現(xiàn)微氣候建構(gòu)。
印度建筑師柯里亞的作品對(duì)該設(shè)計(jì)思想作了有利的注釋。為解決干熱氣候的建筑和通風(fēng),柯里亞提出了“開敞空間”和“管式住宅”
前者體現(xiàn)了有影陰的戶外或半戶外空間更適合于干熱地區(qū)公共活動(dòng)的信念;后者把煙囪抽風(fēng)原理應(yīng)用于剖面設(shè)計(jì)中,在底層高密度的住宅群體中,既可創(chuàng)造小型化的陰影戶外空間,又有效的解決了室內(nèi)空氣流通問題,并直接產(chǎn)生了直接反映氣候特征的建筑形象。
根據(jù)冬季與夏季太陽(yáng)的不同高度角來制定有效的利用陽(yáng)光和遮陽(yáng)措施。在住宅建筑中設(shè)置陽(yáng)光間和中心溫室,冬季陽(yáng)光間和中心溫室可以充分吸收太陽(yáng)輻射熱量,為住宅提供一定的熱量,此時(shí)將遮陽(yáng)百葉拉起,通風(fēng)屋頂進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口封閉。
夏季陽(yáng)光間和中心溫室的百葉都是開放的可以遮擋陽(yáng)光,雙層屋頂?shù)倪M(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的百葉在夜間和白天某些時(shí)刻是開啟的,以帶走空氣間層中受熱的空氣避免室內(nèi)溫度過高。
夏季白天陽(yáng)光底部和頂端的窗戶,以及中心溫室的頂端窗戶是開啟的,利用通風(fēng)帶走其中的熱量,夜間,開啟通風(fēng)塔頂端的百葉,利用熱壓效應(yīng)促進(jìn)住宅通風(fēng),以冷卻建筑構(gòu)件,改善室內(nèi)白天的熱工環(huán)境,此外,利用地下風(fēng)管系統(tǒng),冷卻室外空氣,并將其導(dǎo)入中心庭院。
在長(zhǎng)江中下游地區(qū)我們可以找到許多類似的建筑形式:干欄式建筑、平臺(tái)、通風(fēng)屋面等。這都是勞動(dòng)人民根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳎鶆?chuàng)造出的建筑形態(tài),是一種建筑文化的體現(xiàn)。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該在氣候環(huán)境設(shè)計(jì)上尋找到一種繼承文脈的理念思路,因?yàn)闅夂虿恢皇怯绊懡ㄖ囊粋(gè)自然環(huán)境,還與文化息息相關(guān),應(yīng)該貫徹“形式追隨氣候的”思想。盡可能的對(duì)該地區(qū)的建筑文化進(jìn)行深層次的追求與思考。
具體的方案實(shí)例分析
這是蘇南地區(qū)一住宅小區(qū)設(shè)計(jì)方案,較好的利用地域技術(shù)以及建筑構(gòu)造學(xué),適應(yīng)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候特征,滿足建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)思想。
特點(diǎn)
·造型簡(jiǎn)約,經(jīng)濟(jì)適用,節(jié)能節(jié)水。
·斜坡造型減小了建筑體量,尺度親切宜人,以天井庭院為中心,取得與傳統(tǒng)民居的認(rèn)同感。
·大進(jìn)深,小開間,合理分戶,節(jié)約用地。
·日照充足,自然通風(fēng),冬暖夏涼,明櫥明衛(wèi)。
·主客分區(qū),食寢分離,動(dòng)靜分區(qū),居寢分離。
·磚混結(jié)構(gòu),粉煤灰小型砌塊,輕質(zhì)復(fù)合建材,造型簡(jiǎn)約,施工簡(jiǎn)易。
·生態(tài)型住宅,節(jié)約能源,冬暖夏涼。
太陽(yáng)能的利用
·設(shè)置太陽(yáng)能屋面,將太陽(yáng)能熱水器與屋面結(jié)合。
·可翻轉(zhuǎn)雙層(低輻射膜)透射玻璃頂?shù)膬?nèi)院天井,(冬季)陽(yáng)光照射墻體儲(chǔ)熱升溫,形成對(duì)流,傳導(dǎo)室內(nèi)空氣升溫改善室內(nèi)氣候。
通風(fēng)·遮陽(yáng)
·屋頂植物構(gòu)架有效遮擋陽(yáng)光,降低外墻內(nèi)表面的溫度。
·百葉式遮陽(yáng)構(gòu)架起降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。
·(夏季)開啟天井玻璃頂,組織自然通風(fēng)達(dá)到降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。
·廚房、廁所中設(shè)置通風(fēng)管道,加強(qiáng)室內(nèi)氣流流動(dòng),使廚房、廁所保持負(fù)壓狀態(tài)。
5.4 隔熱保溫
·因地制宜,使用輕質(zhì)保溫小型砌塊砌筑外墻,外加保溫粉刷層。
·屋面南坡斜置花草加強(qiáng)隔熱效果,同時(shí)可有效降低環(huán)境輻射熱。
·結(jié)合太陽(yáng)能熱水器設(shè)置雙面屋面,閣樓儲(chǔ)水箱起保溫隔熱作用。
5.5 節(jié)約用水
·使用節(jié)水龍頭和坐便器。
·節(jié)約并合理利用水源,處理洗浴用水,收集雨水用于灌溉。
結(jié)束語(yǔ)
對(duì)人居環(huán)境的探討,一直以來都是建筑界所關(guān)注的問題。無論在建筑節(jié)能,降低建筑能耗,還是在提高人居舒適度,創(chuàng)造新型的住宅建筑,都取得了很大的成效。但是面對(duì)這個(gè)龐大的建筑領(lǐng)域,建筑能耗是顯而易見的,微小的能耗變化,都將決定對(duì)能源的如何分配。
在不同區(qū)位下,采取的節(jié)能措施也不盡相同,對(duì)地域技術(shù)的研究同樣是首要面臨的關(guān)健性問題。本文所提到的幾點(diǎn)建議,是微不足道的一小部分,要想實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域真正節(jié)能,還需要建筑界同仁們不懈的努力。

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