淺議如何在建筑節(jié)能中更好的應(yīng)用氣流動能

【摘 要】將數(shù)學(xué)函數(shù)與實際問題結(jié)合起來是解決各類問題的一種重要思想，用數(shù)學(xué)函數(shù)解決問題更快、更方便、更精準。在“可持續(xù)發(fā)展”思想的領(lǐng)導(dǎo)下，“建筑節(jié)能”漸漸映入公眾的眼簾，可以應(yīng)用可再生能源的建筑物更讓大家眼前一亮。如何在運用數(shù)學(xué)函數(shù)模型與實際問題相結(jié)合的思想，得到如何在建筑規(guī)劃中更好地應(yīng)用氣流動能的方式方法，是我們要討論的問題。

【關(guān)鍵詞】建模思想 城市季風(fēng)運動 建筑節(jié)能

數(shù)學(xué)模型是近些年發(fā)展起來的新學(xué)科，隨著課改的深入開展，實際情景問題應(yīng)運而生，并迅速發(fā)展成為命題的亮點、熱點。函數(shù)是數(shù)學(xué)中最重要的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，建立函數(shù)模型的思想方法也是解決實際問題的重要手段。將建立函數(shù)模型的解決問題的思想應(yīng)用到實際生活中也能高效、準確的解決問題。本文就針對建立函數(shù)模型解決有關(guān)城市季風(fēng)運動問題的思想方法以及它的實際應(yīng)用展開討論。

季風(fēng)是由于大陸和海洋在一年之中增熱和冷卻程度不同，而在大陸和海洋之間產(chǎn)生的大范圍、風(fēng)向隨季節(jié)有規(guī)律改變的風(fēng)。形成季風(fēng)最根本的原因，是地球表面性質(zhì)不同，熱力反映有所差異。

季風(fēng)所帶來的氣流動能作為可再生能源具有很大的利用價值。但是氣流方向、大小、產(chǎn)生時間并不屬于人類能夠控制的范疇，氣流動能并不容易被利用。季風(fēng)源自于規(guī)律性較強的大氣流動，所以其產(chǎn)生時間、氣流方向已經(jīng)確定，氣流的大致流動路線也可以根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的分析得出。如果能根據(jù)氣流運動的路線近似地得到一個函數(shù)表達式，氣流動能的利用問題就會簡單許多。影響氣流運動性質(zhì)的因素很多，其他氣流的影響、溫度……我們想要把握郊外的氣流運動困難太多。那么當氣流流入城市，氣流的運動會不會好掌握一些呢？

城市內(nèi)高樓大廈林立，減少了其他氣流對季風(fēng)氣流的影響；晝夜溫差不是很大，溫度對氣流運動的影響并不是很大。通過觀察大部分城市的城區(qū)圖，我們可以發(fā)現(xiàn)城市的道路規(guī)劃都有一定的規(guī)律，大部分城市的街道距離都近似相等。這為我們以城市道路為基模建立直角坐標系提供了便利條件。

由于城市的網(wǎng)格狀規(guī)劃以及特殊地勢，氣流的運動也受到了一定影響，怎樣把無形的氣流運動描繪到可視的載體上呢？這里參考牛頓物理與數(shù)學(xué)結(jié)合的例子，將氣流的運動建立在數(shù)學(xué)模型上；我們可以在適當?shù)膮^(qū)域以比例尺標準的地圖為標準建立適當?shù)闹苯亲鴺讼担瑥亩M氣流的運動方向；尋找能充分利用氣流動能的建筑走向和建筑地點。

建筑節(jié)能，指在建筑材料生產(chǎn)、房屋建筑和構(gòu)筑物施工及使用過程中，滿足同等需要或達到相同目的的條件下，盡可能降低能耗。建筑節(jié)能，指在建筑材料生產(chǎn)、房屋建筑和構(gòu)筑物施工及使用過程中，滿足同等需要或達到相同目的的條件下，盡可能降低能耗。

當建筑材料，建筑預(yù)期相同時，在建筑施工過程中充分利用季風(fēng)所帶來的氣流動力可以節(jié)省一部分不可再生能源，如果能很好的利用氣流動能，不僅施工方會減小很大的能源浪費，后期的使用者也能減少使用空調(diào)、電暖氣之類電器的使用頻率。

甘肅省地形狹長，南有祁連山脈阻擋，北有內(nèi)蒙古高原。甘肅省整體走向為西北—東南，甘肅省西北邊境是廣袤的荒漠，寒流經(jīng)過并沒有太多的阻擋；當寒流繼續(xù)南下到祁連山脈時，一部分氣流爬坡形成強降水天氣；剩余氣流被山體阻擋后沿東南方向移動，在氣流前行的路上地形漸漸變化，一個喇叭狀的山口出現(xiàn)在省會蘭州附近。氣流突然不受地形的限制從而瞬間變化速度且方向變得不穩(wěn)定，蘭州“兩山夾一溝”的特殊地形使得蘭州在每年季風(fēng)到來的時候成為“風(fēng)一樣的城市”。

蘭州市地處內(nèi)陸，大陸性季風(fēng)氣候明顯，氣流經(jīng)行市區(qū)時自西北方向依次經(jīng)過西固區(qū)、七里河區(qū)、城關(guān)區(qū)。西固區(qū)、七里河區(qū)沒有能對季風(fēng)造成太大影響的高樓，氣流飛行高度較高覆蓋面積較廣。氣流進入城關(guān)區(qū)后高層建筑變多，氣流的運動也受到了一定的限制。

由于“兩山”——白塔山、皋蘭山的限制，城關(guān)區(qū)的邊緣趨于橢圓，氣流會被山體阻礙，并延著這山體的走勢運動。皋蘭山與白塔山可以近似地看成兩個凹口相對的“Ω”形，那么我們就可以延長它們的凸出部分，而構(gòu)成一個類似橢圓的圖形。粗略地看，兩座山鏈接的直線長度就是是虛軸長度，虛擬連接點的東西直線長度為實軸長度。

如果要在城關(guān)區(qū)的中心范圍內(nèi)建立直角坐標系，運用數(shù)學(xué)函數(shù)與實際問題相結(jié)合的思想解決問題，我們可以以城區(qū)地圖為標準，規(guī)定慶陽路所在的直線為X軸，酒泉路所在直線為Y軸，慶陽路與酒泉路的交點南關(guān)十字為原點，街道街道之間的距離為各自的取值。則武都路所在的直線為直線Y=-1，張掖路所在直線為Y=-2，靜寧路所在直線就為直線X=-1。這樣一來每條街所在直線都有一個對應(yīng)的直線方程。接著我們根據(jù)之前得到的虛擬橢圓在直角坐標系內(nèi)模擬氣流運動的方向；如，皋蘭山附近的南氣流運動軌跡可以近似地模擬成一個二次項系數(shù)大于0，開口向下的二次函數(shù)，此函數(shù)的圖像與X軸（慶陽路）有兩個交點。將這兩個點按地圖的比例尺放大到具體位置，我們就可以在這兩個位置建造合理利用風(fēng)能的建筑；或以風(fēng)與街道的交點為基礎(chǔ)建設(shè)風(fēng)可以通透的房子；還可以根據(jù)沿途風(fēng)向改變建筑物方向，減少損耗。

按照這種方式，不規(guī)則的氣流運動可以表示為分段函數(shù)、周期性氣流運動可以表示為正弦函數(shù)……結(jié)合有關(guān)部門的測量數(shù)據(jù)，可以得到氣流運動速度、氣流運動強度等值，繪制出函數(shù)圖像后將所需各點以比例尺放大到具體位置，我們便可以充分利用氣流動力；結(jié)合合理的建筑規(guī)劃，達到建筑節(jié)能的目的。

在不同的地方結(jié)合其城市的不同情況得到不同的坐標系、道路函數(shù)表達式。將河流、氣流近似地寫成函數(shù)表達式并在坐標系中畫出其圖像；更好地應(yīng)用可再生能源，方便做出規(guī)劃，達到建筑節(jié)能的目的。

數(shù)學(xué)函數(shù)模型的建立與應(yīng)用是解決此類問題的重要方法；也是解決類似問題的重要思想，將這種思想合理地應(yīng)用到其他方面也會有意想不到的收獲。在教學(xué)中，老師們著重培養(yǎng)學(xué)生運用將課本知識應(yīng)用到實際生活中、將解題思想對應(yīng)到實際問題上的能力對學(xué)生們以后的發(fā)展有很大作用。在倡導(dǎo)“低碳環(huán)?！钡慕裉欤ㄖ愒盒５睦蠋焸兎e極引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注思考建筑節(jié)能方面的問題也是很有必要的。

以建立數(shù)學(xué)函數(shù)模型的思想在建筑節(jié)能中更好的應(yīng)用氣流動能只是一個引子，希望本文能拋磚引玉，各路精英們能以此為基本思想展開更多方面的研究。