基于氣候條件的生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計

◎朱慶徽

近幾年，我國建筑行業(yè)得到飛速發(fā)展，建筑工程規(guī)模不斷擴大，建筑工程數(shù)量不斷增多，這也導(dǎo)致建筑能耗量不斷增多，為了減少各種能耗，達到節(jié)能減排目的。目前，多數(shù)設(shè)計師在工作開展時，都在考慮氣候條件基礎(chǔ)上，進行建筑設(shè)計，確保最終設(shè)計的合理性，實現(xiàn)對各種自然資源的應(yīng)用，在確保住宅建筑舒適基礎(chǔ)上，減少能源消耗，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展保駕護航。

一、生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計原理與特點

1.設(shè)計原理。

采取被動式低能耗建筑設(shè)計方法，在穩(wěn)態(tài)熱平衡理論支持下，全面結(jié)合住宅建筑所在區(qū)域的氣候情況，設(shè)計氣候生態(tài)型節(jié)能住宅建筑，從而保證最終設(shè)計的住宅建筑建設(shè)和應(yīng)用期間更加節(jié)能環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展理念[1]。住宅建筑設(shè)計過程中，要合理應(yīng)用光照、氣流等各項自然條件，在確保住宅建筑室內(nèi)環(huán)境舒適基礎(chǔ)上，加強對住宅建筑室內(nèi)外環(huán)境相互作用的研究，實現(xiàn)生態(tài)節(jié)能住宅建筑低能耗，或者零能耗，進而達到節(jié)能減排的最終目的。例如，某地區(qū)常年連晴高溫，太陽輻射強，全年日照時長超過2240h，在該地區(qū)進行建筑設(shè)計時，要注重遮陽，從而在夏熱夏季，能夠減少對空調(diào)的依賴，進而降低能耗。

2.設(shè)計特點。

人居住的適宜溫度在18-26℃，在很長時間之內(nèi)，我國一些地區(qū)室外環(huán)境也能夠維持在這一溫度范圍內(nèi)，但是，由于住宅建筑室內(nèi)微氣候與室外氣候通常都處于完全隔離狀態(tài)，因此，需要利用供暖、空調(diào)等方式對室內(nèi)住宅室內(nèi)溫度進行調(diào)整，這一方面不利于居住人的身體健康，另一方面也會消耗大量能源，而且會對生態(tài)環(huán)境造成破壞。生態(tài)節(jié)能住宅建筑依據(jù)所在氣候環(huán)境改變，需要在遵循科學(xué)基礎(chǔ)上開展設(shè)計，通過對的風(fēng)能和太陽能進行應(yīng)用，完成熱量交換，減少設(shè)備能耗，從而使住宅建筑能夠呈現(xiàn)出冬暖夏涼效果。

生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計需要全面考慮地理環(huán)境、氣候等各項內(nèi)容，加強對非空調(diào)途徑調(diào)節(jié)溫度，例如，通過自然通風(fēng)調(diào)節(jié)建筑溫度，完成設(shè)計工作。從大量實踐經(jīng)驗來看，通過合理方式進行設(shè)計，可以減少住宅建筑在應(yīng)用期間，對空調(diào)等各種設(shè)施的依賴。建筑熱環(huán)境調(diào)控途徑如圖1 所示。

圖1 建筑熱環(huán)境調(diào)控途徑

二、生態(tài)節(jié)能住宅建筑的必要性

1.順應(yīng)社會和時代發(fā)展要求。

可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代時代健康發(fā)展的主要方向，也是社會發(fā)展的核心戰(zhàn)略，而營造生態(tài)環(huán)境是建設(shè)生態(tài)節(jié)能住宅建筑的重要基礎(chǔ)條件。住宅是現(xiàn)代城市體系構(gòu)成的重要基礎(chǔ)，其核心作用就是為人們提供一個舒適、和諧的工作、生活、居住環(huán)境，可見提高住宅建筑設(shè)計質(zhì)量是社會和時代發(fā)展的必然需求。

2.節(jié)能與環(huán)保的需求。

針對住宅建筑來說，住宅建筑在應(yīng)用過程中會消耗大量能源，同時，現(xiàn)代人們生活質(zhì)量得到了顯著提高，針對項目要采取合理方式進行規(guī)劃，做好設(shè)計工作，從而使土地資源利用率能夠得到進一步提高，通過對建筑系統(tǒng)的合理應(yīng)用，使建筑工程應(yīng)用面積得到進一步提高，延長工程壽命，確保其能夠滿足應(yīng)用需求，淘汰掉能耗相對較大的建筑材料，針對不可再生能源和短期資源，要節(jié)約應(yīng)用，最好采用自然材料和當(dāng)?shù)夭牧稀?/p>

3.提高人們生活水準的需求。

近幾年，我國文化、經(jīng)濟、科技、信息等多個方面都得到了快速發(fā)展，人們物質(zhì)和精神水平都得到了提高，人們對居住環(huán)境的安全、舒適、美觀等方面都提出了更高要求[4]。除此之外，生態(tài)節(jié)能住宅建筑能夠大幅度降低對生態(tài)環(huán)境的污染，從而實現(xiàn)廢棄物零排放和零污染，循環(huán)、充分利用各項資源。生態(tài)節(jié)能住宅建筑能夠為人們提供足夠自然度和自由度，科學(xué)利用自然資源，為人們提供一個舒適居住環(huán)境。

三、生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計需要遵循的守4 則

1.全面結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況。

開展生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計可以確保人們身體健康，維護生態(tài)系統(tǒng)安全，為了確保最終設(shè)計的合理性，設(shè)計人員需要進入當(dāng)?shù)兀瑢Ξ?dāng)?shù)貧夂?、人文、?jīng)濟發(fā)展情況等各項內(nèi)容進行全面探究，選擇合理地址建設(shè)住宅建筑。在不同地區(qū)，設(shè)計重點也不會有所不同，在光照充足，溫度高地區(qū)，要將重點放在遮擋陽光與墻體隔熱方面，而在溫度較低區(qū)域，要將重點放在節(jié)能采暖上。在住宅建筑設(shè)計上，具體設(shè)計要全面結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，只有這樣才能促進生態(tài)節(jié)能住宅建筑健康發(fā)展，為人們提供一個舒適、健康的居住環(huán)境。

2.人與自然要和諧相處。

住宅建筑是人們生活、生產(chǎn)的關(guān)鍵場所，其在建設(shè)和后期運行勢必會消耗一定能源，因此，具體設(shè)計一方面要滿足實際需求，另一方面也不得對自然環(huán)境與社會環(huán)境造成破壞。生態(tài)節(jié)能住宅建筑與傳統(tǒng)意義上的高污染、高能耗建筑相比存在一定差異，在具體設(shè)計上要將節(jié)能作為整個設(shè)計的重點內(nèi)容，通過合理設(shè)計，打造出一個現(xiàn)代化節(jié)能建筑，由此可見，生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計要需要兼顧自然、人、社會三項內(nèi)容，從而實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.達到節(jié)能減排目的。

每一所住宅建筑在運行過程中都會消耗大量能源，而進行生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計核心目的是最大程度減少能源消耗量，進而達到節(jié)能減排目的。在設(shè)計住宅建筑時，要從施工、應(yīng)用、拆除多個方面入手進行分析，確保不會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響，并且要將人類身體健康放在首要位置。住宅建筑設(shè)計中要采用節(jié)能集成技術(shù)，提高整體管理水平，保證住宅建筑能夠?qū)崿F(xiàn)綠色高效運行。

4.降低住宅建筑成本，提高經(jīng)濟效益。

生態(tài)節(jié)能住宅建筑指的是在施工、運行、維護多個環(huán)節(jié)中，減少能源應(yīng)用量，以免耗費大量能源，產(chǎn)生污染物，但是不提倡在住宅建筑中采用不合理技術(shù)，不得投入大量費用。良好的生態(tài)節(jié)能住宅建筑指的是在施工、應(yīng)用期間投入小、污染小的建筑。

四、生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計探討

1.整體布局。

住宅建筑所在區(qū)域氣候條件與地理環(huán)境之間的聯(lián)系十分緊密，因此，在進行生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計時，作為設(shè)計人員必要充分考慮住宅建筑所在區(qū)域內(nèi)的周圍山體地質(zhì)和海拔高度，而且還要注重不同住宅建筑間距密度，以及住宅建筑群整體高度，從而確保不同住宅建筑能夠接收到充足太陽能。同時，在住宅建筑規(guī)劃期間，還要考慮通風(fēng)帶來不良影響下，進而使住宅建筑與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)性能夠得到進一步提高，讓住宅建筑與當(dāng)?shù)貧夂蚰軌蚝侠斫Y(jié)合。

2.生態(tài)節(jié)能住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（1）科學(xué)控制氣流。

設(shè)計住宅建筑時，要合理利用風(fēng)能，從而實現(xiàn)對住宅建筑內(nèi)微環(huán)境溫度的有效調(diào)節(jié)，在不同季節(jié)，對于氣流的應(yīng)用也會有所不同，具體內(nèi)容如表1 所示。

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總而言之，住宅建筑群在整體布局應(yīng)當(dāng)采取南低北高、南疏北密宗旨，住宅建筑北面要應(yīng)當(dāng)較為封閉，這種設(shè)計方式能夠?qū)崿F(xiàn)對冷空氣的阻擋，而住宅建筑南面在設(shè)計上應(yīng)當(dāng)相對開放，這種設(shè)計方案有利于夏季通風(fēng)，冬季采光，能夠為人們營造一個舒適的居住空間。

（2）設(shè)計通風(fēng)豎井。

生態(tài)節(jié)能住宅建中，要合理應(yīng)用熱壓原理，從而能夠向外拔風(fēng)，最終達到通風(fēng)節(jié)能的目的。由此可見，在設(shè)計住宅建筑時，不僅要合理利用過堂風(fēng)，而且還要在住宅建筑內(nèi)設(shè)立通風(fēng)豎井。將排風(fēng)口設(shè)立在豎井上部，通過排風(fēng)口將住宅家住室內(nèi)污濁熱空氣排出到建筑之外，從底部將外部新鮮空氣引入到室內(nèi)，進而達到節(jié)能減排目的。住宅建筑豎井起到的調(diào)溫效果與進出風(fēng)口高度差室內(nèi)外溫差呈正相關(guān)，因此，為了進一步改善熱壓通風(fēng)效果，可以對高層住宅建筑內(nèi)的拔風(fēng)井、樓梯間等各項結(jié)構(gòu)進行應(yīng)用，加大住宅建筑中進風(fēng)口與排風(fēng)口兩者的高度差，而且要將開關(guān)設(shè)置在開口處[7]。在夏季溫度較高時，能夠?qū)⒆≌ㄖ?nèi)熱空氣排出到室外，而當(dāng)溫度較低的冬季來臨時，可以關(guān)閉風(fēng)口，利用熱空氣層實現(xiàn)與外界的隔絕，進而達到保護住宅建筑內(nèi)溫度的目的。

（3）設(shè)置熱緩沖空間。

熱緩沖空間是生態(tài)節(jié)能住宅建筑中一項重要結(jié)構(gòu)，其是一種關(guān)鍵節(jié)能設(shè)計方式，在設(shè)計初期，設(shè)計人員要在對住宅建筑情況進行全面分析基礎(chǔ)上，科學(xué)劃分住宅建筑空間熱環(huán)境，將對于溫度要求相對較低的門廳、走廊等區(qū)域作為住宅建筑室內(nèi)和室外的緩沖區(qū)域，通過這一設(shè)計方式，能夠減少室外環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境的影響。例如，多數(shù)住宅建筑內(nèi)的大廳是住宅建筑室內(nèi)空間和外部環(huán)境的過渡空間，因此，在設(shè)計時，可以在大廳中設(shè)置能夠開閉的門廊，同時，可以在門廊外墻上設(shè)置一些玻璃門窗，在住宅建筑內(nèi)形成一個熱緩沖區(qū)域，在溫度較高夏季，門廊對于室外通風(fēng)能夠起到緩沖作用，避免熱空氣直接進入到住宅建筑室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高。

3.生態(tài)氣候住宅建筑節(jié)能措施。

（1）適當(dāng)縮減散熱面積。

生態(tài)節(jié)能住宅建筑體型系數(shù)是影響熱循環(huán)的一項重要影響因素，在住宅建筑整體體積不變的情況下，體型系數(shù)越大則表面住宅建筑表面積越大，這也就會使住宅建筑散熱面積會進一步擴大。由此可見，在進行住宅建筑造型和空間整體布局時，要通過靈活方式對采用各種不同類型的建筑材料，從而使住宅建筑結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔，在條件允許的情況下，盡量將住宅建筑外形設(shè)計為方形或圓柱形，通過這種方式，能夠減少住宅建筑表面積。

（2）加大立體綠化

住宅建筑區(qū)域內(nèi)綠植和水體一方面能夠凈化居住區(qū)域內(nèi)空氣，另一方面在蒸發(fā)吸熱期間可以加快空氣對流，這在一定程度上，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)，使溫度長期處于人們感受舒適的溫度范圍內(nèi)。由此可見，在住宅建筑屋頂、地面、陽臺、垂直墻面上都可以種植一些不同類型的綠植，通過種植綠植，能過改善當(dāng)?shù)貧夂?。在進行綠植種植時，應(yīng)當(dāng)選擇樹干高大落葉型喬木，這植物在夏季能夠?qū)崿F(xiàn)對陽光的適當(dāng)遮擋，從而營造出一個陰涼通風(fēng)環(huán)境，而在冬季則能夠抵擋狂風(fēng)對建筑物的侵蝕，營造綠色節(jié)能居住環(huán)境。與此同時，在住宅建筑樓頂，可以利用蓄水灌溉或覆土方式種植綠植，通過種植能夠達到保溫隔熱作用，從而有效減少城市中熱島效應(yīng)的發(fā)生。而針對住宅建筑的垂直墻面，不需向過去住宅建筑一樣種植爬山虎等攀援類型的植物，而設(shè)置雙層通風(fēng)綠化結(jié)構(gòu)，通過這一設(shè)計方式，能夠增加住宅建筑墻體散熱功能。而從生態(tài)學(xué)角度進行分析，夏季種植在墻體上植物生長繁茂，而在冬季則自然掉落，使住宅建筑與自然環(huán)境能夠合理融為一體。

（3）加強對環(huán)保材料與可再生能源的應(yīng)用。

在生態(tài)節(jié)能住宅建筑中，在住宅建筑布局與空間形式構(gòu)造需要加入節(jié)能設(shè)計，加強對可再生能源的利用，大幅度減少住宅建筑能耗，從而在住宅建筑內(nèi)營造良好微氣候環(huán)境，具體采用的方法如下：

①將現(xiàn)代技術(shù)理念作為生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計的核心，加強對各種節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用，提高住宅建筑墻體保溫隔熱功能，實現(xiàn)對住宅建筑內(nèi)微環(huán)境的合理保護，提高居住環(huán)境舒適度。

②合理應(yīng)用住宅建筑區(qū)域內(nèi)的地表層土壤和地下水進行熱量置換，從而使住宅建筑夏季通風(fēng)，冬季取暖都能夠?qū)崿F(xiàn)綠色低碳，從而減少能耗。

③太陽能應(yīng)用在生態(tài)節(jié)能住宅中，從太陽能技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用情況來看，太陽能技術(shù)應(yīng)用最為成熟的就是太陽能熱水器（如圖2 所示）。在此基礎(chǔ)上，被動式太陽能房、太陽能空調(diào)示范工程初步完成建設(shè)，而隨著太陽能技術(shù)的不斷成熟，太陽能熱水器被廣泛應(yīng)用在普通住宅建筑中。在進行生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計時，設(shè)計師要全面考慮太陽能熱水系統(tǒng)，以免發(fā)生二次投入，以及二次安裝問題，從而提高住宅建筑經(jīng)濟效益。

圖2 太陽能熱水器

④在住宅建筑中央或表面要設(shè)置綠化敞開空間，通過這一設(shè)置方式，能夠有效減少住宅建筑熱島效應(yīng)的發(fā)生，實現(xiàn)對住宅建筑內(nèi)部氣候環(huán)境的合理優(yōu)化。

五、結(jié)語

現(xiàn)代建筑行業(yè)倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，氣候條件是影響生態(tài)節(jié)能住宅建筑的一項關(guān)鍵因素。生態(tài)節(jié)能住宅建筑設(shè)計要全面結(jié)合地域環(huán)境氣候特點，將傳統(tǒng)住宅建筑設(shè)計和低碳環(huán)保作為基礎(chǔ)，合理應(yīng)用自然資源，減少能耗，在確保住宅建筑室內(nèi)舒適基礎(chǔ)上，達到節(jié)能環(huán)保目的。