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夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅設(shè)計淺析
摘 要：夏熱冬冷地區(qū)因氣候環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展等原因，使得該地區(qū)能耗居于全國首位，作者通過對建筑設(shè)計過程的分析融入綠色節(jié)能設(shè)計理念，從場地設(shè)計，單體設(shè)計，新技術(shù)利用等方面對夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅設(shè)計進行了初步探索。
關(guān)鍵詞：夏熱冬冷;住宅設(shè)計;新能源利用;綠色建筑
自工業(yè)革命以來，工業(yè)化大生產(chǎn)替代了原始的手工業(yè)，為現(xiàn)代社會的物質(zhì)進步提供了基礎(chǔ)，使得現(xiàn)代社會的產(chǎn)業(yè)、科技飛速發(fā)展。但在科學技術(shù)不斷進步的同時，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)境問題已經(jīng)嚴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。
我國地處亞洲東部，絕大部分地區(qū)屬于北溫帶，所以我國大部分地區(qū)都處于夏熱冬冷地區(qū)，涉及16個省、市、自治區(qū)，面積達180萬平方公里，人口占全國人口的三分之一，同時是我國經(jīng)濟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。一般居住建筑無供暖設(shè)施，室內(nèi)溫度低、舒適度差。近年來隨著經(jīng)濟水平的進步，居民擅自安裝制冷制熱設(shè)備，導致該地區(qū)的耗能增長劇烈。如何改變該地區(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)計角度出發(fā)，淺析該地區(qū)綠色住宅建筑的設(shè)計思路。
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：氣候特點是炎熱多雨，陽光輻射強，但由于陰雨天氣較多，太陽能的利用并不完全。建筑主要控制策略以降溫隔熱為主，輔助以太陽能發(fā)電的利用。包括場地選擇，環(huán)境綠化設(shè)計，建筑單體體型設(shè)計，保證自然通風，建筑遮陽隔熱措施，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能等新能源。包括控制建筑體型，爭取良好朝向，選取合適場地，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措施相反，所以在設(shè)計時要著重協(xié)調(diào)好與夏季遮陽之間的關(guān)系。
2、夏熱冬冷地區(qū)綠色建筑設(shè)計思路：
綠色建筑的設(shè)計思路建立在一般建筑的方案設(shè)計思路之上，但在方案設(shè)計的每一個步驟中都包含綠色設(shè)計的思想與方法。
2.1基地選擇、環(huán)境布局
場地規(guī)劃方面主要包括：場地地形，場地綠化，場地水體，場地風環(huán)境等，通過合理的場地環(huán)境要素設(shè)計，達到對建筑內(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場地地形
對于平坦地形，整個場地的自然環(huán)境相似，場地規(guī)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。場地會影響建筑的微氣候。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。在風速方面，斜坡迎風面空氣速度會增加，風速在山脊處達到最大，而在背風處氣流速度相對來說較小;在太陽輻射方面，冬季太陽對南坡的照射最為直接，因而南向獲得的太陽輻射最多，而北坡獲得的輻射相對最小。
2.1.2場地綠化
從綠色建筑的角度看來，植物和植被不僅起美學和心理學上的效應，合理的場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，植物通過阻擋冷風入侵減少了冷風滲透熱損失，而且在建筑與植被之間形成了一個靜風區(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，也使植物周圍的氣溫降低。落葉植物，夏季枝葉繁茂可以阻擋太陽輻射，冬季光禿的樹干可讓陽光通行無阻。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)境的變化起著良好的調(diào)節(jié)作用，與覆土建筑的效果類似，對室內(nèi)熱環(huán)境進行調(diào)控，有很高的生態(tài)價值。
2.1.3場地水體
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，夜晚則會向周圍環(huán)境釋放較多熱量。這個特點可以對冷熱環(huán)境的變化起到緩沖作用。同時如水源熱泵等新型溫度調(diào)節(jié)裝置也可以依靠水體進行工作。對于場地中的水體，我們更應該關(guān)注的是水體與場地原有生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，并且盡量把水體營造成一個小的健康的生態(tài)系統(tǒng)。
2.1.4風的利用
風的利用主要包括兩方面：阻擋冬季寒風，組織夏季通風。房屋室內(nèi)損失的全部熱量中，有三分之一是由寒風滲透引起的，寒風滲透與風速的平方大致成正比，因此風速與建筑熱量損耗有密切關(guān)系。
阻擋冬季寒風的主要措施是設(shè)置防風屏障，包括防風墻，防風林等。對于獨立建筑，在朝向上讓房屋縱軸線垂直于建筑所在地區(qū)夏季主導風向。對于建筑群體，則要兼顧單體通風與群體通風。從通風角度，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風，還形成了面對夏季南風的開口狀態(tài)。
2.2單體設(shè)計
2.2.1體型及平面設(shè)計：
體型方面，通過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(jié)能會相對較好。
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(shè)計中應按照空間對熱舒適的不同需要而合理分區(qū)。將對熱舒適質(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，中庭的形狀和構(gòu)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，并且能夠容納植物和水體，由此成為一個微型的生態(tài)環(huán)境，中庭在植物，水體和陽光的共同作用下，形成了建筑內(nèi)部的微氣候。通過溫室效應和煙囪效應等措施的調(diào)節(jié)，當這個微氣候接近或滿足人體的舒適感受時，我們就成功建造了一個低能耗的生態(tài)空間。
2.2.2建筑圍護結(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，但應注意保溫材料的防潮問題。
屋面節(jié)能，平屋頂直接受陽光照射，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，保溫層大量吸水，降低了保溫效果。
2.2.3遮陽設(shè)計：
從建筑各個表面，從全年的太陽輻射總量來看，對遮陽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。可采用固定遮陽也可采用可控遮陽。
3、新能源和新技術(shù)的應用
今年來新能源的利用成為綠色建筑重要的技術(shù)支持部分，包括太陽能，風能，生物能，地熱能，水能等。對于夏熱冬冷地區(qū)，主要以太陽能，地熱能的利用為主。
3.1太陽能的利用
建筑中太陽能的利用方式，可以分為直接利用(被動式太陽能利用)和間接利用(主動式太陽能利用)兩種。被動式太陽能包括建筑對陽光的直接采集利用，如南向(向陽面)應有足夠的開敞程度，使盡量多的室內(nèi)空間有好的朝向;集熱墻的利用，附加陽光間的利用等。主動式太陽能的利用包括，太陽能熱水應用系統(tǒng);太陽能熱空氣采集系統(tǒng);太陽能光伏發(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。由于地源熱泵系統(tǒng)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(jié)省大筆維護費用。
結(jié)語
新技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新推動綠色建筑技術(shù)不斷進步。對于夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點而言，主要解決的就是冬季保溫和夏季致涼的問題。維護結(jié)構(gòu)選擇，自然通風，遮陽等是比較經(jīng)濟和適用的節(jié)能技術(shù)策略，同時充分設(shè)計和利用周邊場地環(huán)境，合理進行綠化組織和引導外界通風，使得建筑與環(huán)境之間進行互動，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，通過合理的綠色建筑設(shè)計方法。力求用最經(jīng)濟合理的節(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)盡到一份責任。
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