西藏高海拔地區傳統建筑的氣候適應性及其發展策略研究

謝 浩

(西南交通大學建筑學院，四川成都610031)

我國的建筑行業正處于迅速發展的歷史時期，隨著經濟的不斷發展和人們生活水平的不斷提高，人們對建筑室內熱環境的要求也在不斷攀升，每年被建筑消耗掉的能源約占我國能源消耗總量的三分之一，而且仍然有不斷上升的趨勢。在全球能源危機的背景下，如何因勢利導，合理的改善建筑室內的熱環境，減少能源消耗，就成了我們不得不面對的現實問題。

1 研究背景

西藏地區位于青藏高原西南部，在我國西部大開發戰略中占有重要的地位。西藏的經濟和文化具有鮮明的地域特色，特別是象征著當地民俗的傳統藏居，更是體現了西部傳統文化的精髓，從建筑布局到單體建設，從建筑形態到細部裝飾，從建筑結構到用料選材，西藏建筑都很好地詮釋了建筑為適應環境而存在的種種表現方式。國家大力支援西部建設，使西藏建筑業得到了迅速發展，現代化的建設方式迅速席卷西藏整個地區。然而，隨著大量新建項目的建成，我們熟悉的藏居卻在悄然之間改變了它以往呈現于大家面前的姿態，隨之而來的各種建筑對當地氣候以及環境的不適應性也在不斷顯現。不難看出，西藏地區獨特的氣候條件使得工業化發展的建筑運營模式顯現出了一系列的問題，西藏的傳統建筑特色和文化也在不斷流失，因此我們需要找回傳統藏居的韻味以及它在當地的氣候環境條件下獲得的生存之道。

2 西藏高海拔地區的氣候特色以及對建筑熱環境的影響

西藏地區處于北緯26°50′至26°53′之間，平均海拔在4 000 m以上，當地高山峽谷較多，地形復雜，因此，當地氣候也是復雜多變，受地形的影響，當地的整體氣候呈現出西北嚴寒干燥、東南溫暖濕潤的總體趨勢，在高山峽谷地區則存在著明顯的垂直氣候帶。基于高海拔地區地域環境的特殊性，本文將著重對其進行研究。

2.1 氣壓和空氣含氧量

由于西藏地區海拔較高，空氣稀薄，當地的氣壓明顯較低，氧氣較少，空氣密度較約為平原地區的63 %左右，比平原地區少1/3壓強。空氣中的含氧量只有150～170 g/m3尤其在藏北地區，空氣的含氧量更低。與常壓相比，低壓下的人體失熱量明顯增大，且壓力越低，人體散失熱量越大。[1]因此，在相同的建筑環境中，人體在高海拔地區會消耗更多的熱量。氣壓條件在建筑熱環境當中不容易發生改變，但是我們可以利用其它熱環境條件對其進行彌補，例如設置合適的室內溫度。

2.2 氣溫

西藏地區年平均氣溫較低，在零下2.8℃以下，且氣溫年相差較小，日相差較大。與同緯度的平原地區相比較，西藏高海拔地區氣溫偏低，夜晚相對寒冷，但是由于當地太陽輻射強烈，清晨日出后空氣溫度可以迅速提升。由于空氣稀薄，空氣中的水蒸氣等較少，空氣熱惰性較差，一旦太陽落山，空氣溫度又會迅速下降，因此形成了較大的日夜溫差。氣溫對人體熱舒適的影響顯而易見，由于西藏地區常年氣溫較低，建筑的保溫效果就顯得尤為重要。要想保持建筑室內的溫度，我們需要做到兩點：一是白天增加建筑的太陽輻射熱量，并將一部分熱量儲存在建筑當中；二是提高建筑的保溫能力，減少建筑與周圍環境的輻射對流換熱。

2.3 降水和空氣濕度

西藏地區年降水量較少且分布不均勻，東南溫暖地區降水較多，可達5 000 mm，西北寒冷地區降水較少，甚至可低至50 mm。因此在西北高海拔寒冷地區，受到氣候和地形條件的影響，其降水量明顯減少，年平均不足300 mm。加上氣壓較低、空氣稀薄的氣候條件，空氣中的水蒸氣含量明顯偏低，呈現出干冷的氣候狀況。空氣濕度是影響室內人體熱舒適的一項重要參數，特別是在周圍環境溫度較低的時候，合適的空氣濕度能使人感覺到干爽舒適。

2.4 太陽輻射

西藏高海拔地區太陽能資源豐富，這得益于當地高海拔的地理條件和稀薄的空氣，太陽能在傳播途中可以穿越稀薄的云層而到達地表，減少了熱量的損失，加上少云少雨的氣候條件，使得當地的太陽能資源得到了加大的提高，而太陽能對于建筑得熱來講是最直接有效的得熱方式。因此，對于西藏高海拔地區建筑設計來講，選擇良好的朝向和最大化地利用太陽能資源就意味著資源和能源的最大節約。

2.5 風速

西藏高海拔地區風力資源豐富，特別是在藏北高原地區，年均有效風能密度可達130～200 W/m2，有效風力時數在4 000 h以上。西藏的風力資源具有分布廣、持續時間長的優點。室外環境的多風不可避免地會造成建筑室內風速的提高，因此，我們在建筑設計當中要在保證室內風速和空氣換氣量的基礎上，盡可能地提高建筑物的密封性能，減少由冷空氣滲透而消耗的室內熱量。

3 西藏高海拔地區傳統建筑的特征及其環境適應性

西藏傳統民居作為西藏地區典型的建筑形式，代表了本地區的傳統建筑的發展歷程和歷史結晶，因此，本文將以一般傳統民居為例來闡述西藏高海拔地區傳統建筑的特征，以及它展現出的對當地環境的適應性。

西藏民居典型建筑平面布局如圖1所示。

(a)一層平面 (b)二層平面圖1 西藏民居典型建筑平面布局

3.1 整體布局

西藏傳統民居的選址往往位于南坡的地形上，其體量一般較為矮小，普遍采用南高北低的規劃布局，且采用緊湊型的布局方式。這樣做的目的在于有效減少了北向冷風對建筑室內產生的對流換熱，緊湊的布局方式可以使建筑物彼此之間的熱環境相互作用，對建筑保溫有著較為明顯地提升。

3.2 建筑形態

西藏傳統民居的建筑形態一般選擇方形或者類似的形體，這樣的建筑形態有效地縮小了建筑物的體形系數，減少了建筑物與周圍環境接觸的外表面積，從而減少了建筑物通過輻射換熱與周圍環境產生的熱交換。如今許多地區的居住建筑節能設計規范都對建筑的體形系數有著嚴格的要求，可以看出體形系數的控制對建筑物的節能保溫來講是何等的重要。

3.3建筑平面

建筑平面多以矩形為主，也有回形、L 形、U 形、圓形等。居室朝向以坐北朝南為主，風沙較大的地區也有坐西朝東或坐東朝西的。民居多采用東西向長軸的矩形平面，增大南墻輻射面積，并且合理配置房間朝向。通常采用兩進深布局方式，即客廳(主臥室)一次臥室(貯藏間等)，主要房間客廳和臥室布置在南向，次要房間位于北向。客廳進深較小，一般為4～5 m，爭取陽光進入到北向次要房間。[2]

3.4 建筑結構

西藏傳統建筑大多采用磚石或者木結構，柱網結構形式是其最大的特色，結構體系大多采用夯土墻或者磚石墻體，內部采用木梁柱構架的混合結構，這也可看作是對惡劣極端氣候適應的一種表現形式。外部的墻體一般會有一定的收分，使得建筑的外墻較為厚重，這也在一定程度上保證了建筑的保溫效果。西藏高海拔地區的屋面形式一般選擇阿噶土屋面，其承重結構為木材，上面覆蓋密實的阿噶土層，厚重的屋面材料為屋面保溫提供了保障。

3.5 建筑材料

傳統的建筑結構材料為磚石、黏土和木材，磚石材料密度較大，具有良好的蓄熱性能和熱惰性；保溫材料一般選白馬草等輕質材料，白馬草具有與現代保溫材料類似的保溫隔熱效果，而且是就地取材，有效地降低了建筑成本。

4 西藏高海拔地區建筑發展策略

通過對上述研究現狀的思考，我們可以從傳統藏居中總結出一些有實際意義的建筑運行模式來指導西藏高海拔地區的城市建設。

(1)在建筑規劃選址中，盡量在原有建筑群落的基礎上，通過合理的路網規劃和建筑朝向，使建筑物落成后能最大化的利用太陽能資源，避免冬季冷風的垂直吹射，從而減少對室內熱環境產生的不利影響。

(2)在建筑單體的設計上，結合建筑功能，盡量減小建筑物的體形系數，縮小建筑物的體積，調整主要功能房間的朝向，優化房間布局，降低建筑物的采暖熱負荷。

(3)考慮到藏區的經濟情況，建筑材料的選擇可以因地制宜，在新建建筑中適當的運用傳統工藝和建造技術，例如夯土墻或者石砌墻體等，運用新技術予以加固和強化，在保障室內熱環境的同時減少經濟壓力。

(4)運用新型的節能手段，在建筑設計當中可以設計添加一些新型的節能手段，如被動式太陽房采暖技術等，這些節能手段已被證明可以切實有效地改善高原地區室內的熱環境。除此之外，太陽能和風能的利用也是值得大力推廣的技術手段之一，清潔高效的能源不僅可以減少當地居民的經濟負擔，同時也可以減少對環境的污染。 易形成冷橋，降低外墻保溫能力。

(2)空調板。在沒有集中采暖的地區，空調板常見于建筑立面上，它成為了建筑立面設計不得不考慮的元素。和建筑遮陽板一樣，空調板通常是從建筑結構構件中挑板，形成可以承載空調外機的空間。同樣它也會破壞外墻保溫層的整體性，容易形成冷橋。在低層建筑中，同樣建議使用懸臂類的外置構件，來承載空調外機。

(3)太陽能構件。現代建筑對能源的消耗越來越大，通過在建筑中設置太陽能收集利用設施，來改減輕建筑對不可再生能源的依賴，已經為人們所接受，如在建筑立面和屋頂設置太陽能光電板用于發電，設置太陽能熱水器用以滿足建筑對熱水的需求等都是在建筑設計中易于推廣的太陽能利用技術。而太陽能構件在立面中同樣可以體現出獨有的特性，同時，將太陽能構件合理的組織排布，可以起到對建筑墻體或建筑屋頂的有效遮陽效果，既實現了能源的“開源”，也有利于建筑能源的“節流”。

5 結束語

在可持續發展的時代背景下，當代建筑的發展越來越注重建筑節能以及人性化設計。我們應該尋求一種將建筑節能與建筑立面有機結合，在降低建筑能耗、改善建筑室內環境的前提下，又能保證建筑立面的外觀效果的設計方法，實現建筑功能、技術和美學的統一。

[1] N. Soares，J.J. Costa，A.R. Gaspar，P. Santos .Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings’energy efficiency.Energy and buildings[J].2013,59:82

[2] 馮凌英.遮陽構件與建筑立面一體化設計[J].中國房地信息,2010，(12)