基于生物氣候適應性的寒地建筑適寒設計研究

于思

摘 要：在環(huán)境資源矛盾日益突出的客觀背景下，對寒地建筑適寒設計問題的研究已成為業(yè)內人士共同關注的一項課題。本文從生物氣象學的角度著手，基于生物氣候適應性研究寒地建筑適寒設計的關鍵要點，望能夠引起業(yè)內人士的關注與重視，以促進寒地建筑適寒性能的進一步提升，同時兼顧節(jié)約能耗的目的。

關鍵詞：寒地建筑；生物氣候；適應性；適寒設計

寒地建筑所處區(qū)域氣候條件嚴酷且復雜，對此區(qū)域內建筑物功能的運行與維持有非常大的挑戰(zhàn)。嚴寒的氣候條件使建筑物面臨著非常大的環(huán)境壓力，為滿足建筑功能需求勢必會導致能源的巨大浪費。因此，在環(huán)境資源矛盾日益突出的客觀背景下，對寒地建筑適寒設計問題的研究已成為業(yè)內人士共同關注的一項課題。如何根據嚴寒地區(qū)生物氣候適應性特點，對寒地建筑適寒設計問題進行研究與優(yōu)化，已成為業(yè)內人士高度重視的課題之一。

1 生物氣候適應性

在生物氣象學領域中，生物氣候適應性是非常重要的研究課題之一，該課題以自然界中所存在生物在生命歷程以及自然凈化過程中對環(huán)境的適應性為研究對象。適應性是指生物在生理機能以及形態(tài)結構方面與生物所生存特定環(huán)境條件的相互適應與匹配關系。其主要包括兩個層次方面的內容：第一是生物自身結構與相關功能對其在特定環(huán)境中生存繁衍的有利之處；第二是生物層次結構（包括群落、組織、種群、器官、細胞、分子等在內）與功能的適應性。在生物氣候適應性研究領域中蘊含大量環(huán)境與生物相互依存并和諧共生的基本原理，在寒地建筑適寒設計中有非常好的借鑒價值。

2 寒地建筑適寒設計

2.1 緩沖設計

冬季持續(xù)時間長，對生存于該環(huán)境下的生物存續(xù)產生了一定影響。建筑作為人類的第三層皮膚，在寒冷地區(qū)中對低溫的抵抗性是最重要的功能需求。從寒地生物氣候適應性的角度上來說，為提高建筑對低溫的抵抗能力，可以在適寒設計中著重關注以下幾個方面的問題：第一，應構建具有適寒性的建筑穩(wěn)態(tài)防護結構。寒地建筑外圍護界面應當逐步體現(xiàn)的多層次性的特點，在混凝土及其砌塊結構基礎之上，建筑墻體需增加保溫層、空氣層等，窗體還可增加填充氣體層以及鍍膜層，以實現(xiàn)對墻體圍護結構保溫性能的疊加，抵御寒冷空氣侵襲，一方面提高建筑對低溫條件的適應性，另一方面實現(xiàn)對建筑能耗的合理控制。第二，可從生物氣候適應性的角度入手，參考寒地低溫條件下企鵝、海鷗等動物“逆流循環(huán)”的特點改進寒地建筑內部能量循環(huán)利用情況，如在商業(yè)建筑中構建基于逆流循環(huán)的能源管理系統(tǒng)，在熱壓作用下將建筑室內抽出渾濁廢氣經中央管道系統(tǒng)以及豎井裝置引入熱交換設施內，在寒地低溫條件下通過系統(tǒng)回收廢氣中85%以上熱量對室內所送入新鮮空氣進行與人，熱量經逆流循環(huán)后流回至建筑室內，達到提高建筑室內溫度，節(jié)約能耗的目的。第三，寒地建筑適寒設計可以借鑒嚴寒地區(qū)動物控制熱量散失的方式，通過轉換寒地建筑透明界面材料的方式，以增強建筑物御寒能力。如國外有關機構借鑒北極熊皮毛吸熱與保溫的原理，研制了TWD系列透明保溫材料，其U值可達到0.53W/mK?，吸光性能好，且能夠通過蓄熱的方式為建筑室內提供錯峰供熱。除此以外，此類新型材料還可作為特殊氣候防護構造，在寒地建筑非透明立面結構中合理應用，以發(fā)揮延長供熱，提高保溫蓄熱能力的效果。

2.2 趨光設計

寒地區(qū)域緯度水平高，日照時間不足，冬季持續(xù)6個月左右，氣候寒冷，且日照角度不良，導致可利用能量較少。在寒地建筑適寒設計中可以嘗試提取此區(qū)域生物對短日照的動態(tài)適應與調節(jié)機制，以引導建筑形體的優(yōu)化，并通過建筑構件應激反應的方式以更好的使寒地建筑適應短日照條件。具體而言，在趨光設計的過程中可以著重關注如下幾個方面的問題：第一，螺旋生長趨向勻質光照。寒地生物必須對抗低溫、以及短日照等特殊條件并存活，多數植物可通過趨光螺旋式形態(tài)的方式爭取更多的自然光照。在寒地建筑適寒設計中，可以借鑒這一原理，優(yōu)先選用由多重螺旋復合形成的放射性網狀結構作為建筑結構形式，同時也可嘗試通過平面螺旋分布向光的方式，為寒地建筑平面形體布局提供一種相對均質的形式，方便自然光線入攝，為寒地建筑提供更為均質的采光條件。第二，可通過建筑構件應激追蹤的方式以改善建筑物的適寒性能。寒地建筑趨光設計的一大核心要點是盡可能將自然光引入建筑室內，以彌補短日照光源缺陷，同時節(jié)約能耗。有研究中提出了借鑒向日葵采光原理，構建采光導入系統(tǒng)，根據集光器對陽光角度進行追蹤，使光線能夠得到最大化捕捉，并配合對導光管的應用，在收集光線并傳導至室內的同時采集適量陽光，以在夏季的排除過熱輻射。

3 結束語

本文以寒地建筑為研究對象，對適寒設計相關問題進行思考與探索，引入生物氣象學領域中的生物氣候適應性原理，在寒地建筑適寒設計過程中提出了包括緩沖設計以及趨光設計在內的兩廂措施，望能夠引起業(yè)內人員的共同關注與重視。

參考文獻

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