田園型建筑體的恒溫性設計探討

鄭敬玉

摘 要：田園型恒溫性建筑體，一種以尊重自然、遵循生態(tài)規(guī)律、低耗環(huán)保與節(jié)能智能化相結合的設計型建筑，該建筑體從立足空間出發(fā)，多維度考量建筑體周邊生態(tài)、氣候以及光照強度環(huán)境等因素，并對此作出綜合性室內規(guī)劃布局、已達到恒溫性能。

關鍵詞：田園；建筑；恒溫

1 前言

繼2010年上海世博會德國館呈現的運用地熱對室溫進行調控之后，恒溫性設計概念就一直索繞在本人的腦海里，2013年澳洲墨爾本皇家理工學院的生態(tài)建筑設計專業(yè)學習實踐，更加增強了自己對于研究健康舒適型建筑空間的熱情；2014年11月，由黑龍江科學院科技孵化中心提起的一項實用新型專利“一種帶有供熱系統的恒溫建筑”的研究，以及國家政策對于節(jié)能、環(huán)保標準的不斷提升，甚至在十三五期間要達到65%的節(jié)能標準，對于公共建筑，更是要強制采取節(jié)能低耗型材料的推出，更是引發(fā)了本人對更深層次探討恒溫性建筑體的極大關注；田園建筑體的恒溫性設計研究旨在締造舒適的低耗節(jié)能空間。

然而，關于建筑體恒溫性問題的研究，各領域都有自己的關注點，或著眼于建筑材料、或探尋室內采暖供熱系統，或鋪設調溫水系統、或安置智能調溫構件……，而本論文對于建筑體恒溫性問題的研究則是立足于生態(tài)田園，從建筑體自身構件要素，室內外通道規(guī)劃，以及輔以智能化技術來打造的一種恒溫性建筑體。

2 自然環(huán)境與建筑關系

建筑是一門藝術，更是一件怡人的居住、活動空間；眾觀建筑史，每一件優(yōu)秀建筑作品的存在，從設計決策階段到細節(jié)深化、落地環(huán)節(jié)，無不貫穿這樣一個思路，就是建筑作品都不會脫離周邊自然環(huán)境而獨立存在；氣候、生態(tài)以及土壤地質因素都會對該作品的成型存在密不可分的關系。

一座建筑體的恒溫性能，從自然要素層面上，與其坐落區(qū)域的氣候有著密不可分的內在聯系；首先、作為建筑體主宰的人，趨光性是人的本性；光照的存在不僅提高人體免疫力，增強人體肌膚與內臟機能的血液循環(huán)，提高機體的造血功能，促使內分泌激素的分泌，促進機體新城代謝等，對人體的健康具有極大的益處；同時太陽光照也極大改善建筑空間的健康性，陽光的紫外線不僅可以殺死室內滋生的細菌、霉菌等，還可以引發(fā)室內空氣的流動，使室內氣體保持新鮮；因而，向光性規(guī)劃設計便是建筑體的首要考慮要素；而光照在不同時間段照射的角度以及在不同季節(jié)照射強度的差異性，都會對恒溫性建筑體產生至關重要的影響：其次、從建筑體的田園生態(tài)層面來說，植被具有較好的稀釋與緩解光照熱能的功能，經過地表植被投射到建筑體室內的熱能遠低于光澤面、淺色面的建筑材料；而樹木的存在，則不僅可以美化建筑體的存在空間，更可以較好的過濾與阻擋光照熱能的作用（如圖1）；再則、區(qū)域氣流方向對建筑體的恒溫性設計也是不可忽視的；氣流對于建筑體的關系，是迎面還是背對，直接關乎到如何調節(jié)室溫的問題；優(yōu)秀的老中醫(yī)，治愈病人的方法，通常都是講究氣血暢通，氣血流轉于體內而不受阻，則病痛自然消失，同理，如果氣流于建筑體內流轉順暢，則對于建筑體室溫的調控亦能收放自如，室內與室外的溫差是時常存在的，當室溫過高就需要借助氣流帶走熱能以平衡溫差，相反，當室內外溫度都超過人體舒適度24℃時，則需要借助制冷設備或利用地下室陰涼氣體等來冷卻氣體以推動室內對流以調節(jié)室溫；因此，在設計建筑體決策時，要充分考慮該區(qū)域的維度與氣壓風向狀況；還有這里有一點需要明確，就是建筑體的恒溫性設計研究，絕不是為了恒溫而人為制造一塘“死水”，健康是恒溫性設計的前提；最后、作為自然要素之一的水，不僅能讓建筑體擁有生命感，靈動感，更可說是一種優(yōu)良的的蓄熱散熱體，利用水的這項屬性，不僅可以冷卻過高的室溫，也可以于夜間釋放熱能，來平衡建筑體室溫的舒適度。

基于以上這些設計要素的思考，某大學鞋靴設計研發(fā)室項目在規(guī)劃階段，我們就對項目現場，周邊環(huán)境以及區(qū)位要素進行了綜合性實地勘測分析；以明確建筑體坐北朝南與受光面的朝向，確定周邊樹木的種植密度、高度以及南北氣流通暢走向的區(qū)位特征而規(guī)劃了該建筑體的平面布局（如圖2）。

3 建筑形式與恒溫性設計的關系

田園型建筑體研究的建筑包含室內與室外兩部分，室外部分重在講究建筑體的外觀式樣，而內部空間，重在強調其布局；然而不管是建筑體的外觀形式或者室內規(guī)劃，對于建筑體的恒溫性設計都具有相當重要的作用。

（1）從建筑體外觀形式來說，建筑體的層高，屋頂的挑高、夾層、朝向，飛檐的跨度；門窗的大小、高低、進退以及門檐、窗檐的進深與跨度等都會對室溫起到直接的調節(jié)作用；首先、建筑體的層高對于恒溫性的調控，關系至為重要，田園型建筑體依照建設部要求，最大限高控制于12米以內，樓層層數控制在兩層半高度；依照這樣的規(guī)劃要求可以將一層控制在3.5米層高以內，也可以追加設計一層鏤空夾層，讓一層與夾層連通，形成自然通風帶；二層控制在3.2m以內，平衡建筑體的力學關系；余下的可以留給閣樓以便于調控室溫；其次、通過對中國古建筑的研究，我們不難發(fā)現，傳統的古建筑基本上都是以坡頂為主，分直形與弧形兩種坡頂，這種坡頂其中一個重要的作用便是適量吸收早晨與傍晚的光照熱能，而規(guī)避正午烈日下的過渡熱能；坡頂貯存的熱能在室溫較低時，能起到增溫作用，但是如果處理不當，與室內集聚的熱能形成疊加，就會明顯造成室內上層空間悶熱、氣流不暢現象，夾層以及通風氣門的設計則可以逼出過熱氣體以緩和室內溫度；再次、門窗的設計對建筑體的恒溫性調控也是不可忽視；就人們對于新風尚審美的需求而言，通體的玻璃幕墻與高挑的大門固然更讓人心情愉悅、視野開闊，而且也能攝入更多的室內光照，而光照的強弱與時間、方位以及維度是有密切關聯的，一般10點之前光照是相對舒適的，依照太陽東升西落的自然規(guī)律，建筑體東面可以設置較大門窗，以更好的吸納陽光；而建筑體南向，普遍而言正處在10～14點之間，也是太陽光照較為強烈的時間區(qū)位，對于此朝向的設計，則要非常講究室內與光照的接觸面，設置門檐、窗檐便是一個很好的設計手法，如果再配合門、窗的進深以及高低大小設計，則會取得更好的室溫控制效果。

（2）從建筑體的內部規(guī)劃來講：內部空間規(guī)劃的科學性，對建筑體的恒溫性設計也是相當重要的；合理而又順暢的空間通道布局，可以將室外氣流引入室內，以形成橫向上的氣體流通，借助氣流帶走室內滯留的熱量；而垂直型與橫向型相交叉的連貫空間則更能調動室內氣流的垂直化對流，將熱氣逼出建筑體預設的氣窗，以保持室內溫度的舒適感；或者可以在建筑體的內部空間尋找一個或若干個破點，以促成室內外氣體的交互等，讓氣體產生節(jié)段性交互，這樣也可以快速的平衡室溫，如某高校鞋靴設計研發(fā)室的設計部區(qū)塊設計（如圖3）。

4 建筑材料與恒溫性設計的關系

保溫隔熱建筑材料是成就一座恒溫性建筑體的必備要素；而對保溫隔熱材料的選用以及結構設計則是田園型建筑體的設計核心。

田園型建筑體對于材料的選用必須符合以下幾個原則：第一、要吻合該區(qū)域的建筑風格；第二、要符合節(jié)能低耗環(huán)保要求；第三、要符合經濟性原則；在建筑取材方面主要分為兩種，一種為就地取材，一種為新型建筑材料；就地取材比較容易體現出建筑體的地域風格，在建筑體的建造成本控制方面也是比較理想的，比如南方的土石木結構建筑體，天然的石材自身就是一種良好的隔熱蓄熱體（導熱系數為3.49左右），它可以阻擋過熱的光照，同時也能儲蓄白天近8小時的熱能以平衡夜間室內的溫度；還有粘土結構墻體（導熱系數為1.16）等都具備較好的地域建筑格調，同時也對建筑體的恒溫性設計具有較好的作用；新型的建筑材料作為建筑業(yè)的新寵，其導熱系數是常規(guī)建筑材料的0.014%左右，如巖棉礦棉玻璃面板，其導熱系數則在0.05左右，這樣的新型材料對建筑體的恒溫性設計具有重大的作用；這里我們看一下常規(guī)型與新型隔熱性能建筑材料的對比圖，如圖4；然而，目前市面上新型節(jié)能保溫型的建筑材料品種紛繁復雜，大類主要有泡沫混泥土隔墻砌塊材料、網織增強巖棉板薄抹灰外墻材料、無機改性聚苯顆粒保溫板、無機改性石墨聚苯乙烯不燃保溫板、玻璃絲綿隔音隔熱材料以及砂漿混泥土纖維材料等；這些新型材料的運用從經濟成本核算，經過對于市場的調研總結為950m2～1500/m2左右，與常規(guī)型建筑材料900/m2左右造價相比，存在一定的差距；但是從能耗的性能比，常規(guī)型與新型的性能卻是大相徑庭，況且新型材料還具有相當好的隔音效能，這是常規(guī)性材料所無法比擬的，故而，對于新型建筑材料的使用則更需要進行合理性搭配設計；以達到既能滿足風格、經濟效益，同時又更能滿足建筑體的恒溫性設計需求。

門窗作為建筑體外圍的重要部分，其材料的性能對于建筑體的恒溫性調控設計也至關重要；門窗的隔熱性能可以從門窗的玻璃材質規(guī)格、型材斷面以及窗框比來進行考量；從現在的建筑體形式來說，門窗的比重占建筑面積相當大，對于門窗的朝向、大小門框比設計也顯得至為重要，需要進行綜合性設計考慮。首先、型材屬性和斷面形成是影響門窗保溫性能的重要因素之一，金屬材料的導熱系數、傳熱能力遠大于非金屬材料。故而，在制作門窗框架時應盡可能采用非金屬材料；其次、控制好合理的窗框比，窗框比會影響窗框的感熱面和放熱面，感熱面和放熱面的增加會大大降低金屬型材窗戶的保溫性能，因此，在使用功能相對滿足的前提下，窗立面的設計不宜分割的太細、太碎，且應避免小面積的窗戶使用大斷面金屬型材來制作；再次、提高玻璃的保溫性能；可采用雙層或三層中空玻璃，或者采用防紫外線鍍膜玻璃等；最后，在門窗的設計方面，應結合建筑風格與外在氣候，將門窗進行前移或后退處理，某高校鞋靴設計研發(fā)室項目正是結合了以上這些原理展開設計。

5 智能化與建筑體恒溫性設計的關系

智能化時代已經引領建筑體朝向更為舒適性、恒溫性方向發(fā)展；智能化中央云處理器不僅可以操控室內幾乎所有帶電設備，同時也可以智能感知室溫的變化，適時啟動空氣調節(jié)設備（空調、新風系統等）、啟動自動離合天窗、遮陽窗簾、智能地暖、空氣能采暖壁爐系統、智能玻璃反射面等；智能化已經在民用建筑中表現著相當成熟，如聰普智能家居、榮事達智能家居和海康威視監(jiān)控設備等，已經有原來的面板觸控、手機點控發(fā)展到現今的語義聲控，即智能化系統已經發(fā)展到根據捕捉的語義來啟動整棟建筑體的所有智能化設備；作為田園型恒溫性建筑體范例的鞋靴設計研發(fā)室，在智能化使用方面也不落下，如在辦公區(qū)域中，運用智能化對玻璃幕墻的熱能強弱感應，控制進入室內的光照熱度，同時借助智能感應攝像頭感知室外的光照亮度，自動調節(jié)室內的光照設備，這在一定程度上控制室內光照設備的發(fā)熱量，對平衡室溫具有重要作用。

田園型建筑體的恒溫式設計模式，從設計基點上來講就是依照田園生態(tài)系統自我調適原理，給予建筑體一個健康的軀干，一個可自我感知的智能化頭腦，讓整座建筑體賦予生命力。根據既定的設計需要，將室溫掌控在建筑體的生態(tài)系統內。

參考文獻：

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