基于熱舒適的西北地區(qū)清真寺空間形式分析

趙西平 夏奇龍 馬媛 / ZHAO Xiping, XIA Qilong, MA Yuan

基于熱舒適的西北地區(qū)清真寺空間形式分析

趙西平 夏奇龍 馬媛 / ZHAO Xiping, XIA Qilong, MA Yuan

新建清真寺空間體量過大，室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量差。同時(shí)，禮拜活動(dòng)時(shí)人數(shù)眾多，在有限空間內(nèi)由于換氣量不足導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)下降。本文提出以下改善策略：進(jìn)行合理的整體布局創(chuàng)造適宜的微氣候環(huán)境，采用被動(dòng)式太陽能采暖的方法擴(kuò)大熱舒適區(qū)域范圍，通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能以及間歇性地板輻射采暖方式最終達(dá)到適宜的室內(nèi)熱環(huán)境，利用風(fēng)壓及熱壓通風(fēng)的方法組織自然通風(fēng)。在冬季，采用熱回收系統(tǒng)回收排入空氣中的熱量以節(jié)約能源。

西北地區(qū) 清真寺 空間形式 室內(nèi)環(huán)境 熱舒適

中國伊斯蘭教建筑中最重要的是清真寺建筑，其基本形制和布局原則是隨著伊斯蘭教的不斷傳播發(fā)展而逐步確定的。由于清真寺的社會(huì)職能具有多元化的特點(diǎn)，因而它是由許多功能不同的單體建筑組合在一起所形成的建筑組群。主要包括廣大穆斯林進(jìn)行禮拜和各種宗教活動(dòng)的禮拜殿、后窯殿（圣龕，為朝拜方向的標(biāo)志），為禮拜服務(wù)的邦克樓（宣禮塔）、水房，傳播宗教教義和學(xué)問的講堂，阿訇辦公和生活起居的住房，以及碑亭、涼亭、游廊，乃至客舍、雜物間等附屬建筑和建筑小品。

1 中國伊斯蘭教及其建筑的歷史沿革

1.1 中國伊斯蘭教發(fā)展現(xiàn)狀

伊斯蘭教自公元610年由穆罕默德在麥加創(chuàng)立后，迅速傳播至阿拉伯半島及亞洲西部地區(qū)，并建立了強(qiáng)大的伊斯蘭教哈里發(fā)國家。不久之后，伊斯蘭教傳入我國。在我國信仰伊斯蘭教的各民族中，回族人數(shù)最多，約有700多萬，經(jīng)濟(jì)文化比較發(fā)達(dá)，分布于我國各省市，其他民族多聚居在新疆、青海、甘肅等省區(qū)內(nèi)。依據(jù)伊斯蘭教教義，所有的穆斯林都要信奉真主安拉、做禮拜，隨著伊斯蘭教的傳播，必然會(huì)產(chǎn)生伊斯蘭教建筑。伊斯蘭教建筑既要適應(yīng)宗教教義所確立的功能，又要與中國傳統(tǒng)建筑技術(shù)相結(jié)合，從而形成了中國伊斯蘭教建筑獨(dú)特的風(fēng)貌和藝術(shù)特色。根據(jù)我國伊斯蘭教建筑出現(xiàn)和發(fā)展的特點(diǎn)，大致可將其分成5個(gè)歷史時(shí)期，分別是伊斯蘭建筑的移植時(shí)期、形成時(shí)期、高潮時(shí)期、停滯時(shí)期以及復(fù)興選擇時(shí)期。

1.2 我國清真寺分布狀況

從整體來看，目前我國清真寺建設(shè)量大，其中重建類型居多，且多數(shù)位于老城區(qū)。設(shè)計(jì)容量有增大趨勢，并在地域上有顯著差別。根據(jù)2010年第六次人口普查數(shù)據(jù)，對(duì)穆斯林較多的省份進(jìn)行了人數(shù)和清真寺數(shù)量的匯總，可以發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)的清真寺數(shù)量巨大（表1），因此，在中國清真寺的研究中，針對(duì)西北地區(qū)清真寺的研究更具有代表性。

1.3 當(dāng)前清真寺設(shè)計(jì)活動(dòng)狀態(tài)

由于歷史原因，西北地區(qū)絕大部分清真寺已被破壞，改革開放后重建的清真寺大多比較簡陋，其容量遠(yuǎn)不能滿足坊民人數(shù)激增的現(xiàn)狀，擴(kuò)大清真寺的容量已成為當(dāng)今清真寺設(shè)計(jì)建造時(shí)需要考慮的一個(gè)重要問題。隨著中國穆斯林參與的國際交流活動(dòng)逐漸增多，人們慢慢熱衷于所謂的“阿拉伯風(fēng)格”。效仿和攀比的心理導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)過分注重建筑的外形，例如作為清真寺建筑的裝飾藝術(shù)和標(biāo)志之一的宣禮塔，其建造數(shù)量和高度不斷刷新紀(jì)錄，而穆斯林禮拜的熱舒適問題往往被忽視了。

2 清真寺的使用特點(diǎn)及存在的問題

2.1 清真寺使用特點(diǎn)

清真寺最基本的功能屬性是組織穆斯林進(jìn)行禮拜活動(dòng)。我國大部分清真寺還作為穆斯林社區(qū)的中心，承擔(dān)著社會(huì)交往和社會(huì)服務(wù)功能。而西北地區(qū)清真寺還兼具培養(yǎng)宗教工作者和向穆斯林大眾普及伊斯蘭教知識(shí)的教育功能，如西寧南關(guān)清真寺實(shí)行四年制教育，培養(yǎng)了一批批優(yōu)秀的宗教接班人?？傊?，中國清真寺的社會(huì)職能是多方面的，具體可分為5個(gè)主要功能群：禮拜功能、宗教附屬及身份象征功能、導(dǎo)向集散功能、社會(huì)服務(wù)功能和教育辦公功能，各功能對(duì)應(yīng)的建筑組成如圖1所示。

在清真寺所有功能中，禮拜功能是最為核心的，其他為輔助功能并與之發(fā)生聯(lián)系，庭院與各功能塊相連，為交通中轉(zhuǎn)空間，并建立起清真寺內(nèi)外的聯(lián)系。除教育辦公功能塊外，其他功能塊公共性都較強(qiáng)，教育功能塊在特定時(shí)間會(huì)具有公共性。

2.2 清真寺整體布局中的問題

2.2.1 禮拜空間在豎向上的設(shè)置

禮拜空間屬于大型聚會(huì)空間，需要在短時(shí)間內(nèi)集散大量人流，原則上最好布置在地面層，不宜設(shè)置在二層以上的面層。但是很多案例中禮拜空間完全設(shè)置于二層以上面層，其他輔助功能的加入導(dǎo)致了禮拜空間的被迫提高。西北地區(qū)清真寺大部分使用者為老年人，無障礙設(shè)計(jì)應(yīng)被重點(diǎn)考慮，目前來看此處似乎還是一處盲區(qū)。

由于地面熱阻大于樓板熱阻，因此在采暖或制冷時(shí)通過地表散失的能量小于樓板。如果禮拜空間上移，則對(duì)禮拜空間單獨(dú)進(jìn)行采暖或制冷時(shí)，能耗也將相應(yīng)增加。

2.2.2 禮拜空間的容量不足

由于穆斯林人數(shù)的增加，清真寺越來越需要更大的禮拜空間，但由于清真寺整體選址的限制，禮拜空間只能向垂直方向發(fā)展，多層、大型禮拜空間勢必成為發(fā)展趨勢。當(dāng)禮拜空間仍不能滿足需要時(shí)，庭院和屋頂露臺(tái)也要設(shè)計(jì)成適合禮拜的彈性空間。

2.3 穆斯林禮拜熱舒適問題

西北地區(qū)大多處于寒冷或嚴(yán)寒氣候分區(qū)，冬季氣候寒冷，但是穆斯林在大殿做禮拜時(shí)需要光腳跪拜，每天5次的長時(shí)間跪拜導(dǎo)致虔誠的穆斯林落下惡疾。而在夏季，我國太陽輻射的特點(diǎn)決定了東西朝向的日曬較強(qiáng)，當(dāng)禮拜大殿同時(shí)容納大量的穆斯林做禮拜時(shí)，在有限的空間范圍內(nèi)，室內(nèi)空氣質(zhì)量因聚禮人數(shù)增多而急劇下降，此時(shí)需要良好的通風(fēng)來改善空氣質(zhì)量。因此，在當(dāng)前清真寺建筑的研究中，更應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)大殿冬季保溫與夏季通風(fēng)的研究。

清真寺的設(shè)計(jì)，尤其是禮拜大殿內(nèi)部的設(shè)計(jì)，應(yīng)講求功能性和設(shè)計(jì)的節(jié)制性，減少繁復(fù)的裝飾，因?yàn)檠b飾會(huì)轉(zhuǎn)移禮拜者的注意力。隨著社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，清真寺建筑在滿足基本禮拜功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)該更加注重人性化的設(shè)計(jì)，使穆斯林的禮拜環(huán)境能夠得到更好的改善。

3 清真寺大殿熱舒適與空間形式分析

本文主要研究阿拉伯風(fēng)格清真寺大殿室內(nèi)的熱舒適問題。近二十年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，穆斯林的生活品質(zhì)逐漸提高，建設(shè)新的清真寺并對(duì)一些老舊的清真寺進(jìn)行擴(kuò)建成為普遍現(xiàn)象。清真寺禮拜空間的擴(kuò)大往往會(huì)導(dǎo)致大殿熱環(huán)境質(zhì)量越來越差，營造一個(gè)良好的室內(nèi)熱環(huán)境不僅有利于禮拜人員的健康，還能降低清真寺的采暖能耗。

本節(jié)以青海省西寧市南關(guān)清真寺為例，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)、有組織換氣方式等角度，結(jié)合清真寺大殿的空間形式與布局，分析影響大殿室內(nèi)熱環(huán)境的因素，為建造可持續(xù)型、舒適型的清真寺建筑提供設(shè)計(jì)參考。

圖1 清真寺功能群組與建筑組成對(duì)應(yīng)關(guān)系

表1 穆斯林及清真寺數(shù)量統(tǒng)計(jì)

3.1 合理的整體布局創(chuàng)造適宜微氣候環(huán)境

整體布局主要說明清真寺各功能空間之間的組織關(guān)系。首先要明確建筑選址、功能組成及各功能之間的關(guān)系；其次，合理的整體布局可以為清真寺創(chuàng)造一個(gè)適宜的微氣候環(huán)境，提高禮拜大殿的熱舒適度。

南關(guān)清真寺位于青海省西寧市，全省東西長1 200多km，南北寬800多km，總面積69.67萬km2，平均海拔高度3 500m。青海省地處青藏高原東北部，地形大勢是盆地、高山和河谷相間分布的高原，是“世界屋脊”青藏高原的一部分。

通過查閱資料可知，西寧市冬季最冷月平均相對(duì)濕度為48%，夏季最熱月平均相對(duì)濕度為65%，年平均氣溫6.5℃，年平均最高氣溫13℃，年平均最低氣溫0℃。歷史最高氣溫出現(xiàn)在2000年，為37℃；歷史最低氣溫出現(xiàn)在1954年，為-27℃。年平均降雨量為382mm。結(jié)合圖2所示的逐月平均溫度，可以總結(jié)出青海地區(qū)的主要?dú)夂蛱卣鳎簹鉁氐?、積溫少、日照多、輻射強(qiáng)烈。冬季干冷漫長，夏季降雨少而集中。年輻射絕對(duì)值超過418.68kJ，屬于太陽能采暖節(jié)能氣候區(qū)劃所劃定的氣候最佳區(qū)域。

從青海省西寧市南關(guān)清真寺整體布局可以看出（圖3），清真寺院落主要由禮拜大殿單體建筑與輔助用房組成。禮拜大殿為3層建筑，主要承擔(dān)禮拜功能。輔助用房包括水房、學(xué)房等。根據(jù)伊斯蘭教教義的要求，全世界穆斯林禮拜時(shí)均應(yīng)面向麥加的克爾白天房，而麥加位于我國西方，所以清真寺禮拜殿的朝向大致朝西。南關(guān)清真寺位于馬路東側(cè)，故設(shè)計(jì)時(shí)需要首先考慮穆斯林進(jìn)行禮拜時(shí)的行走路線問題。從西寧市風(fēng)向玫瑰圖可以看出，當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)和西北風(fēng)，南關(guān)清真寺周圍的建筑也基本沿東南－西北的方向布置，該布局方式可以使清真寺處于最佳的通風(fēng)朝向，有利于組織自然風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)換熱。禮拜大殿是最重要的單體建筑，整個(gè)基地范圍內(nèi)沒有高大建筑的遮擋，這給禮拜大殿冬季太陽能的利用帶來更多的可能性。與此同時(shí)，應(yīng)該重視通過建筑物周圍的綠化來緩解夏季西曬帶來的過熱問題。合理安排建筑物周圍的綠化，不僅對(duì)降低周圍空氣溫度和日照輻射的影響有顯著作用，還能改善房屋的通風(fēng)狀況，成片綠化起阻擋或?qū)Я髯饔?，可改變房屋周圍和?nèi)部的氣流流場。水池、噴泉等既是景觀小品，也能對(duì)場地的微氣候環(huán)境起重要調(diào)節(jié)作用，由于水的比熱容大，因此可以通過蒸發(fā)吸收大量的太陽輻射熱量，且能調(diào)節(jié)空氣的濕度。

一般而言，可以根據(jù)氣候常識(shí)和對(duì)當(dāng)?shù)匚夂虻牧私猓茢喑鑫夂驅(qū)υ摰啬骋惶囟ńㄖ锏挠绊?，從而通過改變建筑的空間形態(tài)，利用微氣候創(chuàng)造有利的室內(nèi)熱環(huán)境。微氣候通過建筑物的開口與室內(nèi)相通，或者通過建筑外殼進(jìn)行熱量傳遞，從而對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生影響，室內(nèi)熱環(huán)境可視為室外環(huán)境的延續(xù)。因此，微氣候?qū)κ覂?nèi)熱環(huán)境的影響具有直接的作用。

3.2 禮拜殿空間形式分析

禮拜殿是清真寺最重要的建筑空間，整座寺院圍繞其進(jìn)行規(guī)劃布局。清真寺作為禮拜活動(dòng)的物質(zhì)載體，主要在禮拜殿開展禮拜活動(dòng)。構(gòu)成清真寺大殿的內(nèi)在要素如結(jié)構(gòu)、組織和存在方式，外在表象如體形、輪廓、色彩等，以及穆斯林對(duì)這些外部表象的感知都會(huì)對(duì)清真寺禮拜殿的空間形式產(chǎn)生影響。

圖2 青海省西寧市逐月平均溫度

圖3 青海西寧市南關(guān)清真寺整體布局

3.2.1 平面形式

根據(jù)南關(guān)清真寺的一層平面（圖4），可以看出禮拜大殿屬于大開間，室內(nèi)寬敞高大，一層大殿與穹頂相通。禮拜殿最主要的功能是為穆斯林提供禮拜空間，伊斯蘭教的禮拜儀式很簡單，站立、鞠躬、叩首，地面只需要鋪設(shè)地毯或地席即可。禮拜時(shí)眾多穆斯林站成一排排的班次，為了方便班次站齊，地毯通常做成長條狀。一排排橫線條的地毯使禮拜空間更具有縱深感，增強(qiáng)了大殿的線性空間效果。地毯的使用還大大降低了人體與地面之間的換熱速度，提升穆斯林在禮拜時(shí)的舒適度。一些其他組成部分也會(huì)對(duì)禮拜殿的空間形式產(chǎn)生影響。燈具的使用產(chǎn)生的光線效果，可以對(duì)大殿空間形式起畫龍點(diǎn)睛的作用，通過改善燈具布置方式，可以增強(qiáng)空間的線性或集中式效果。靜房的布置位置，以及書架、座鐘等都會(huì)對(duì)空間形式產(chǎn)生一定的影響，這些都是在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。

3.2.2 禮拜殿三要件

禮拜殿三要件是指“基布拉墻”、“米哈拉布”、“敏拜爾”?！盎祭瓑Α笔嵌Y拜時(shí)叩拜的方向，“伊瑪目”率眾禮拜時(shí)面向“基布拉墻”；“米哈拉布”意為凹壁，也稱為圣龕，設(shè)在禮拜大殿后墻正中處，是大殿里最為圣潔的地方，也是清真寺內(nèi)最精致華美、富麗堂皇的地方，是整個(gè)禮拜空間的視覺中心；“敏拜爾”為阿拉伯語音譯，意為講臺(tái)、講壇，指設(shè)在清真寺禮拜大殿內(nèi)的宣講臺(tái)。

“基布拉墻”、“米哈拉布”、“敏拜爾”作為禮拜大殿最重要的三要素，其位置關(guān)系對(duì)禮拜活動(dòng)的進(jìn)行具有重要的影響（圖5），同時(shí)也對(duì)空間形式產(chǎn)生著影響。

圖4 青海省西寧市南關(guān)清真寺一層平面

圖5 青海西寧市禮拜殿三要件布置方式

通常情況下，分離型空間關(guān)系的宣講臺(tái)有兩種布置方式，一種布置在窯殿內(nèi)；一種布置在窯殿外。共融型空間關(guān)系的宣講臺(tái)有3種布置方式，一種是緊貼基布拉墻，靠近米哈拉布；一種是與米哈拉布結(jié)合設(shè)置；另一種是設(shè)在大殿靠中央的位置，以便伊瑪目宣講時(shí)位于大殿后部的人也能聽到，還可以增加禮拜空間的集中性趨勢。

3.2.3 穹頂

穹頂因其大體量產(chǎn)生有力的視覺效果，成為清真寺重要的造型要件和表達(dá)伊斯蘭身份特征的重要外部要件。穹頂常作為空間構(gòu)圖的視覺中心，并且用以營造集中式的空間形態(tài)。通常穹頂位于禮拜大殿頂部，參與空間塑形，也有不少穹頂，雖置于禮拜殿頂部，但是并不反映內(nèi)部空間形態(tài)（圖6）。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因，建筑無法修建大跨度的穹頂，加上對(duì)大容量禮拜殿的追求，致使穹頂直徑過小，無法將內(nèi)部空間有效地集中起來，只能形成線性的空間形態(tài)。另一方面，穹頂?shù)拇嬖趯?dǎo)致禮拜大殿的內(nèi)部空間更加高大，使得原本寒冷的冬季室內(nèi)熱環(huán)境變得更加嚴(yán)峻。因此，對(duì)利用穹頂?shù)母叽蠼Y(jié)構(gòu)引入冬季日照以及組織夏季自然通風(fēng)做進(jìn)一步的深化研究十分有必要。

3.3 禮拜殿使用的特殊性

人們在清真寺大殿內(nèi)的禮拜時(shí)間以及當(dāng)?shù)氐纳钐攸c(diǎn)，使得他們的熱舒適狀態(tài)具有獨(dú)特性。首先，清真寺使用時(shí)間比較特殊，雖然全天開放，但集中使用時(shí)段為每天5次禮拜的時(shí)間，早晨、中午禮拜時(shí)間短，下午、晚上禮拜時(shí)間長。其次，從清真寺使用人群的年齡來看，青少年和老年人比例較大。青少年是在清真寺學(xué)習(xí)、生活的學(xué)生，衣食住行都在清真寺，清真寺相當(dāng)于一座學(xué)校，培養(yǎng)著一代又一代優(yōu)秀的穆斯林青年。老年人由于沒有工作時(shí)間限制，經(jīng)常全天在清真寺內(nèi)誦讀古蘭經(jīng)。另外，不同時(shí)間不同年齡段的人對(duì)室內(nèi)熱感覺的差異較大，尤其是在冬季，年輕人覺得室內(nèi)溫度稍微有點(diǎn)涼，老人就會(huì)覺得冷。禮拜期間所有人員的活動(dòng)范圍在大殿內(nèi)，其中一部分老人在禮拜結(jié)束后依舊盤腿坐在大殿內(nèi)誦讀古蘭經(jīng)，在寒冷的冬季，人們在大殿內(nèi)的逗留時(shí)間會(huì)相對(duì)縮短。

3.4 禮拜殿熱環(huán)境被動(dòng)式改善策略

3.4.1 被動(dòng)式太陽能采暖

由于清真寺的用途、外觀、朝向都有特殊規(guī)定，被動(dòng)式太陽能設(shè)計(jì)不僅應(yīng)符合其外觀形式，還要能達(dá)到節(jié)能且改善大殿室內(nèi)熱環(huán)境的目的。被動(dòng)式太陽能采暖分為直接受益式、特朗勃墻式和附加陽光間式，它們的共同點(diǎn)是最大限度地將太陽輻射引入并儲(chǔ)存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。影響太陽能建筑效率的關(guān)鍵氣候因素是室外的溫度和太陽輻射量，另外還有建筑自身的設(shè)計(jì)因素，包括窗墻比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能和太陽能采暖率。該策略在一定程度上擴(kuò)大了室內(nèi)熱舒適區(qū)范圍，降低了過渡季節(jié)采暖設(shè)備的能耗，減少了建筑運(yùn)行的能源消耗，起到節(jié)約能源的作用。

3.4.2 自然通風(fēng)

利用室內(nèi)外氣流的交換，可以降低室溫并排除濕氣，保證房間擁有正常氣候條件與新鮮潔凈的空氣。同時(shí)房間有一定的空氣流動(dòng)，可以加強(qiáng)人體的對(duì)流和蒸發(fā)散熱，提高人體熱舒適感，改善人們的工作和生活條件。進(jìn)入建筑物的空氣由兩部分組成：一是通過門、窗等構(gòu)件周圍縫隙滲透的氣流；二是來自通風(fēng)孔口的氣流，這些氣流是由于風(fēng)壓作用或室內(nèi)外氣溫差產(chǎn)生的熱力作用（煙囪效應(yīng)）造成的。

在寒冷的冬季，為保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)，不能僅靠從門窗縫隙滲透進(jìn)入的冷風(fēng)來增加新風(fēng)量，這種隨機(jī)的冷風(fēng)滲透不但達(dá)不到改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的，還會(huì)由于加熱冷風(fēng)和熱空氣從門窗縫隙排出而浪費(fèi)大量的能量，冷風(fēng)滲透還會(huì)帶給人們不舒適感。清真寺大殿南北兩側(cè)應(yīng)設(shè)多個(gè)通風(fēng)口，建筑中有新風(fēng)進(jìn)入必有等量的室內(nèi)空氣排出，相對(duì)于新風(fēng)來說，這些排出的空氣中含有熱量，為了節(jié)省能源，有必要對(duì)這部分熱量進(jìn)行回收。為此，采用轉(zhuǎn)輪式全熱交換器或熱管式熱交換器這兩種熱回收系統(tǒng)，在改善大殿室內(nèi)空氣品質(zhì)的同時(shí)回收排出空氣中的熱量，達(dá)到節(jié)約能源的目的；或者在通風(fēng)口加設(shè)散熱式供暖裝置，對(duì)通風(fēng)口的空氣進(jìn)行加熱。

新建清真寺大都具有高聳的穹頂，因此，可通過穹頂開窗的方式組織夏季風(fēng)壓通風(fēng)，緩解人體不舒適感（圖7）。自然通風(fēng)作為被動(dòng)式降溫方法，優(yōu)越性十分顯著。普遍認(rèn)為自然通風(fēng)可以有效改善夏季室內(nèi)熱舒適性，保證充足的新鮮空氣和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，有效地減少建筑綜合癥的發(fā)生，滿足人們親近自然的心理要求。另一方面，自然通風(fēng)能夠降低人們對(duì)空調(diào)的依賴，從而節(jié)約能源。

要做到完全的自然通風(fēng)幾乎是不可能的，因此在清真寺建筑設(shè)計(jì)中要綜合使用各種手段，充分利用自然風(fēng)的同時(shí)，還需配置機(jī)械通風(fēng)作為輔助手段。

圖6 青海西寧市南關(guān)南關(guān)清真寺穹頂

3.5 禮拜殿熱環(huán)境主動(dòng)式改善策略

3.5.1 外墻保溫改造

圖7 青海省西寧市南關(guān)清真寺氣候適應(yīng)性分析

圖8 外墻保溫構(gòu)造

對(duì)于地處嚴(yán)寒地區(qū)的青海而言，根據(jù)我國《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-93）的規(guī)定，其建筑熱工設(shè)計(jì)要求必須充分滿足冬季保溫的需求，一般可不考慮夏季防熱。對(duì)于青海省西寧市南關(guān)清真寺外墻的改造，在外墻各層材料的熱工參數(shù)基礎(chǔ)上（表2），計(jì)算其改造前后外墻熱工性能的變化（圖8）。

由表2可知，原外墻傳熱系數(shù)為0.302W/（m2·K），滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)青海省實(shí)施細(xì)則》（DB63/617-2007）中的規(guī)定。但現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)，冬季最冷月禮拜殿溫度常在16℃以下，且室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，因此，建議新建清真寺外墻在采取外保溫的同時(shí)，在夾心層設(shè)置相變材料。改造后的外墻傳熱系數(shù)依然滿足標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，且大大提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)，有利于將室內(nèi)溫度保持在舒適范圍之內(nèi)。

3.5.2 外窗節(jié)能改造

在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱損失的熱量中，外窗流失的熱量占25%左右，通過對(duì)南關(guān)清真寺的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其外窗形式為鋁合金中空玻璃窗，經(jīng)過計(jì)算得出其窗墻比接近0.4，因此提出對(duì)外窗的保溫性能進(jìn)行改造的策略。對(duì)于外窗來說，其熱工性能主要由窗框型材、玻璃類型和氣密性決定，外窗整體傳熱系數(shù)可按式1進(jìn)行計(jì)算。

式中：KF為窗框部分的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；KG為玻璃部分的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；η為窗框面積占整窗面積百分比。

窗框與玻璃的材質(zhì)不同對(duì)窗戶整體的傳熱系數(shù)影響較大，為減少熱量從窗口散失，可用斷熱鋁合金Low-E玻璃窗代替原來的鋁合金中空玻璃窗（圖9）。

根據(jù)改造前后外窗傳熱系數(shù)（表3），可發(fā)現(xiàn)改造前的外窗構(gòu)造為鋁合金窗框、普通中空玻璃；改造后的外窗構(gòu)造為斷熱鋁合金窗框、Low-E （9CEB23-30F+9A+6C）玻璃。傳熱系數(shù)由原來的3.43W/（m2·K）降低為1.96 W/（m2·K），保溫性能大大提高，有效地提高了室內(nèi)溫度，改善了室內(nèi)熱環(huán)境。

3.5.3 地板輻射采暖改造策略

在改善清真寺禮拜殿熱環(huán)境的主動(dòng)式方法中，供暖系統(tǒng)的使用是一個(gè)重要的策略。由于改造前采用的是單一的地板輻射方式，青海省西寧市南關(guān)清真寺在供暖時(shí)間段內(nèi)室溫上升緩慢，且常低于16℃，不能滿足大多數(shù)人的熱舒適要求。通過地板輻射采暖系統(tǒng)自身的改善可以提高室內(nèi)熱舒適度。

圖9 斷熱橋鋁合金窗截面構(gòu)造

表2 外墻各層材料熱工參數(shù)

表3 不同類型窗戶的K值

對(duì)于地板輻射供暖而言，當(dāng)盤管內(nèi)水流量和供水溫差一定時(shí)，可通過減小盤管直徑、增大盤管排布密度的方法提高室內(nèi)的熱均勻性。當(dāng)盤管直徑與密度一定時(shí)，可提高盤管內(nèi)水流速度、增加盤管內(nèi)熱源與室內(nèi)的熱輻射交換，提高室內(nèi)熱舒適度。

3.5.4 屋面節(jié)能策略

屋面是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的重要部分，是建筑節(jié)能需要處理的重要對(duì)象。目前常用的屋面保溫材料有水泥蛙石、礦棉巖棉等非憎水性材料。這類保溫材料吸濕后導(dǎo)熱系數(shù)增大，通常通過在保溫層上面做防水層的方法來解決這個(gè)問題。但此做法容易產(chǎn)生施工中一些不可抗因素導(dǎo)致的保溫層含濕量過大問題，致使水分無法排出，可采用倒置屋面的做法解決（圖10）。

與普通保溫屋面相比，倒置式屋面主要有如下優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡化，避免熱應(yīng)力、紫外線以及其他因素對(duì)防水層的破壞；憎水性保溫材料能使其具有長期穩(wěn)定的保溫隔熱性能與抗壓強(qiáng)度，持久性與建筑物的壽命等同；施工快捷簡便，維護(hù)方便簡單；采用高效保溫材料，符合建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向。

圖10 倒置屋面構(gòu)造方法示例

4 結(jié)語

建筑空間的首要功能是滿足人的生產(chǎn)和生活需要，其活力體現(xiàn)在人的活動(dòng)上，所以應(yīng)分析人的心理特征，關(guān)懷人的心理感受，使之適應(yīng)人的需求。建筑空間形式需要具有清晰的空間層次結(jié)構(gòu)，為人們提供清晰的可解讀性，發(fā)揮有序組織活動(dòng)的能力，并使人們得到感官愉悅。另一方面，改善室內(nèi)熱環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的過程，存在諸多影響室內(nèi)熱環(huán)境的因素。在改善室內(nèi)熱環(huán)境時(shí)，還應(yīng)該研究不同的空間組合設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境造成的影響，為今后的新建清真寺提供設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是今后研究的方向之一。

[1] 馬媛. 青海地區(qū)清真寺大殿熱環(huán)境改善研究[D]. 西安: 西安建筑科技大學(xué), 2016.

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[3] 孫慧穎. 當(dāng)代甘寧青地區(qū)清真寺設(shè)計(jì)研究[D]. 南京: 東南大學(xué), 2010.

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[6] 張順堯. 甘肅伊斯蘭教建筑的演變——尊重多元文化 傳承建筑傳統(tǒng)[D]. 上海: 同濟(jì)大學(xué), 2007.

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[8] 中國建筑工業(yè)出版社. 伊斯蘭教建筑——穆斯林禮拜清真寺[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2010.

2016-08-08

ANALYSIS ON THERMAL COMFORTBASED SPATIAL FORMS OF MOSQUE BUILDINGS IN NORTHWEST CHINA

The newly-built mosque has a large space with a poor indoor thermal environment. At the same time there are a lot of people in the main hall while prayer services thus indoor air quality deteriorates with limited air exchange. This paper put forward the following improvement strategy: Create a suitable micro-climate environment with a reasonable overall layout, expand the scope of thermal comfort zone by using passive solar heating methods, achieve comfortable indoor thermal environment through improved building envelope thermal insulation properties and the method of intermittent radiant floor heating, realize natural ventilation by wind pressure and thermal pressure. In the winter, the heat recovery system is used to recycle the heat from the discharged air to save energy.

Northwest China, Mosque, Space Form, Indoor Environment, Thermal Comfort

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2014BAL06B04）。

趙西平，西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院教授夏奇龍，西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院

馬媛，西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院