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夏熱冬冷地區綠色住宅設計淺析
摘 要：夏熱冬冷地區因氣候環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展等原因，使得該地區能耗居于全國首位，作者通過(guò)對建筑設計過(guò)程的分析融入綠色節能設計理念，從場(chǎng)地設計，單體設計，新技術(shù)利用等方面對夏熱冬冷地區綠色住宅設計進(jìn)行了初步探索。
關(guān)鍵詞：夏熱冬冷;住宅設計;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)，為現代社會(huì )的物質(zhì)進(jìn)步提供了基礎，使得現代社會(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)，對全球的環(huán)境也造成了空前的破壞。能源危機，溫室效應，酸雨，臭氧層破壞等引起的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)嚴重威脅到人類(lèi)生存和文明的發(fā)展，在這樣的背景下綠色、低碳、可持續發(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，研究并推廣節能建筑就變得尤為重要。
我國地處亞洲東部，絕大部分地區屬于北溫帶，所以我國大部分地區都處于夏熱冬冷地區，涉及16個(gè)省、市、自治區，面積達180萬(wàn)平方公里，人口占全國人口的三分之一，同時(shí)是我國經(jīng)濟政治地位極其重要的地區。
夏熱冬冷地區夏季炎熱，冬季寒冷，夏季室外空氣溫度大于35℃的天數約10～40天，最高溫達40℃以上。冬季日平均溫度在5℃以下的天數約20～80天。一般居住建筑無(wú)供暖設施，室內溫度低、舒適度差。近年來(lái)隨著(zhù)經(jīng)濟水平的進(jìn)步，居民擅自安裝制冷制熱設備，導致該地區的耗能增長(cháng)劇烈。如何改變該地區現狀，提高建筑的節能措施變得尤為重要。本文將從夏熱冬冷地區氣候環(huán)境和建筑設計角度出發(fā)，淺析該地區綠色住宅建筑的設計思路。
1、夏熱冬冷地區熱環(huán)境分析分析與節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，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)境綠化設計，建筑單體體型設計，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，室內熱環(huán)境很差，建筑主要控制策略要著(zhù)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，爭取良好朝向，選取合適場(chǎng)地，和一定的現代環(huán)保技術(shù)等。但因部分與夏季隔熱遮陽(yáng)措施相反，所以在設計時(shí)要著(zhù)重協(xié)調好與夏季遮陽(yáng)之間的關(guān)系。
2、夏熱冬冷地區綠色建筑設計思路：
綠色建筑的設計思路建立在一般建筑的方案設計思路之上，但在方案設計的每一個(gè)步驟中都包含綠色設計的思想與方法。
2.1基地選擇、環(huán)境布局
場(chǎng)地規劃方面主要包括：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(guò)合理的場(chǎng)地環(huán)境要素設計，達到對建筑內部環(huán)境的控制，使得建筑內部環(huán)境舒適健康。
2.1.1場(chǎng)地地形
對于平坦地形，整個(gè)場(chǎng)地的自然環(huán)境相似，場(chǎng)地規劃可以不考慮地形因素對建筑的影響。對于斜坡或是凹地，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)速在山脊處達到最大，而在背風(fēng)處氣流速度相對來(lái)說(shuō)較小;在太陽(yáng)輻射方面，冬季太陽(yáng)對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，合理的場(chǎng)地綠化也可以改善建筑周?chē)夂�，減少建筑能耗，改善室內環(huán)境。
冬天，植物通過(guò)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，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?chē)臍鉁亟档�。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(shù)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用的一種方式，它對環(huán)境的變化起著(zhù)良好的調節作用，與覆土建筑的效果類(lèi)似，對室內熱環(huán)境進(jìn)行調控，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(guò)蒸發(fā)降低周?chē)諝獾臏囟�，夜晚則會(huì )向周?chē)h(huán)境釋放較多熱量。這個(gè)特點(diǎn)可以對冷熱環(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節裝置也可以依靠水體進(jìn)行工作。對于場(chǎng)地中的水體，我們更應該關(guān)注的是水體與場(chǎng)地原有生態(tài)系統之間的聯(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。
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)的主要措施是設置防風(fēng)屏障，包括防風(fēng)墻，防風(fēng)林等。對于獨立建筑，在朝向上讓房屋縱軸線(xiàn)垂直于建筑所在地區夏季主導風(fēng)向。對于建筑群體，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)，還形成了面對夏季南風(fēng)的開(kāi)口狀態(tài)。
2.2單體設計
2.2.1體型及平面設計：
體型方面，通過(guò)控制建筑體型可以達到控制建筑熱損耗，從而降低建筑整體能耗。體型較小的建筑在熱損耗方面節能會(huì )相對較好。
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。在建筑設計中應按照空間對熱舒適的不同需要而合理分區。將對熱舒適質(zhì)量要求較低的空間，放置在建筑的北側或西北側，對于熱舒適質(zhì)量要求較高的空間，充分利用南向空間。
中庭設計，中庭的形狀和構造決定了它具溫室效應和煙囪效應，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，形成了建筑內部的微氣候。通過(guò)溫室效應和煙囪效應等措施的調節，當這個(gè)微氣候接近或滿(mǎn)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建筑圍護結構和材料的選擇：
墻面節能，增加墻體厚度或在墻體內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，兩層墻體之間設約50mm厚的空氣層可以減少熱量傳遞，但應注意保溫材料的防潮問(wèn)題。
屋面節能，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。因此屋面節能十分重要。屋面保溫層不宜選用容重較大、熱導率較高的保溫材料，以防止屋面重量、厚度過(guò)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)設計：
從建筑各個(gè)表面，從全年的太陽(yáng)輻射總量來(lái)看，對遮陽(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�？刹捎霉潭ㄕ陉�(yáng)也可采用可控遮陽(yáng)。
3、新能源和新技術(shù)的應用
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，地熱能，水能等。對于夏熱冬冷地區，主要以太陽(yáng)能，地熱能的利用為主。
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)能包括建筑對陽(yáng)光的直接采集利用，如南向(向陽(yáng)面)應有足夠的開(kāi)敞程度，使盡量多的室內空間有好的朝向;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)能熱水應用系統;太陽(yáng)能熱空氣采集系統;太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統等。
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，再由熱泵機組向建筑物供熱供冷的系統。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。由于地源熱泵系統的換熱器埋于地下，可以保證運行50 年，期間不需任何維護，因此安裝后可以節省大筆維護費用。
結語(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。對于夏熱冬冷地區的氣候特點(diǎn)而言，主要解決的就是冬季保溫和夏季致涼的問(wèn)題。維護結構選擇，自然通風(fēng)，遮陽(yáng)等是比較經(jīng)濟和適用的節能技術(shù)策略，同時(shí)充分設計和利用周邊場(chǎng)地環(huán)境，合理進(jìn)行綠化組織和引導外界通風(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)境標準。再加上新型能源和新技術(shù)的應用，通過(guò)合理的綠色建筑設計方法。力求用最經(jīng)濟合理的節能策略解決夏熱冬冷地區建筑節能，不斷創(chuàng )新，為全球的節能事業(yè)盡到一份責任。
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