考慮氣候條件的生態節能住宅建筑設計

唐艷芝

（南通開放大學 建筑工程學院，江蘇 南通 226000）

21世紀以來，我國的房地產行業迅速發展，城市規模逐漸擴大，對資源的消耗也進一步加劇。雖然中國幅員遼闊、物產豐富，但由于人口基數龐大，建筑能源問題依然十分嚴峻[1]。近年來，減少建筑能耗成為建筑行業發展的重要課題。隨著全球變暖和極端自然災害頻發，為了最大限度地達到節能減排的目的，很多建筑設計師開始將建筑設計與氣候條件相結合，秉承“設計融入自然環境”的思想理念，最大化利用風能、太陽能等自然資源，研發能耗較低的生態節能住宅建筑，在保證建筑環境舒適的前提下，通過節能減排，實現建筑業的可持續發展。

1 生態氣候建筑設計概述

1.1 生態節能建筑的設計原理

可以利用被動式低能耗的建筑設計方法，在穩態熱平衡理論的指導下，結合建筑所在地區的氣候條件，設計氣候生態型節能住宅，使住宅建筑在建造和使用過程中更加節能環保。通過最大限度地利用氣流、光照等自然條件，在保證室內環境舒適度的前提下，研究建筑和室內外環境的相互作用，實現生態建筑的超低能耗或零能耗，以達到節能減排的目的。

1.2 生態節能建筑的設計特點

人類生活的舒適度與周圍環境的微氣候直接相關，但很多時候微氣候會依附于地區性和局部氣候，具體關系如表1所示。

表1 氣候系統分類統計表

人體居住的適宜溫度是18～26 ℃，在一定時間內，很多地區的室外環境也能維持這種溫度，而住宅建筑的室內微氣候多與室外氣候完全隔離，只靠空調、供暖等方式維持室內溫度，既不利于人類健康，又消耗了大量能源[2]。綠色節能建筑可以根據所在地區的氣候環境變化，遵循科學的建筑設計方法，利用太陽能和風能交換熱量，在減少設備能耗的前提下，使建筑內的環境呈現冬暖夏涼的效果[3]。生態氣候建筑的設計需要考慮建筑地的氣候條件、地理環境，通過科學的環境資源配置和技術手段，設計建筑的空間構造和形體。通過這種設計，可以減少建筑在使用過程中對空調等資源消耗型設備的依賴，具體的建筑設計原理如圖1所示。

圖1 主動式室內環境控制原理

1.3 設計意義

生態節能型建筑以環保節能為出發點，利用地域環境的氣候條件，提高建筑對太陽能、風能等可再生資源的利用率，減少對化石能源等不可再生資源的使用，滿足了人類對居住質量和綠色環保的雙重要求[4]。在設計和建造生態氣候住宅時，要以保護自然環境為前提，充分挖掘自然資源的潛力，達到節能減排的目的。與歐美等發達國家相比，我國研究生態節能住宅的時間較短，結合氣候條件進行建筑設計的經驗也不多[5]。如今，政府提倡各行業要走可持續發展的道路，因此，生態氣候建筑設計的理論研究和實踐探索還有很大的發展空間。

2 生態節能氣候建筑的設計方案

2.1 整體規劃布局

建筑地區的氣候條件一般與地理環境有很大關系，在設計氣候生態型建筑時，設計人員要考慮建筑周圍的山體地勢和海拔高度，還要關注各個住宅建筑的間距密度以及建筑群的整體高度，保證每個住宅都能接收到最多的太陽能，并且在規劃建筑群的過程中，要充分考慮通風對建筑的影響，提高建筑和周圍環境的協調性，使建筑與地域氣候更好地結合。

2.2 生態節能建筑的結構設計

2.2.1 控制氣流

在設計建筑時，可以充分利用風能調節建筑微環境的溫度。在炎熱的夏季，要減少建筑空間內的風阻，開放建筑對面的風向，利用風能帶走建筑群中的熱量；而在寒冷的冬季則正好相反，要阻擋寒冷的北風進入建筑內部。所以，建筑群的布局應以北高南低、北密南疏為宗旨，建筑的北面比較封閉，以抵擋冷空氣；建筑的南面則相對開放，有利于冬季采光和夏季通風。

2.2.2 建設通風豎井

在氣候生態建筑中，利用熱壓原理向外拔風，可以達到通風節能的目的。因此，在對建筑進行設計時，除了要利用過堂風，還可以在建筑內部設立通風豎井。在豎井的上部設立排風口，幫助排除室內污濁的熱空氣，再從底部引進新鮮的外部冷空氣，可以達到降溫的目的。豎井的調溫效果與進出風口的高度差和室內外的溫度差呈正相關，為了使熱壓通風效能更明顯，可以利用高層建筑的樓梯間、拔風井等結構，增加進風口和排風口之間的高度差，并在開口處設置開關。當夏季氣溫較高時，將建筑內的熱空氣向外排出，冬季到來以后，就將出風口關閉，通過熱空氣層和外界隔絕，以達到保溫的效果。

2.2.3 設置熱緩沖空間

在生態節能建筑中，熱緩沖空間是一種十分重要的節能設計，在設計之初，對建筑空間的熱環境進行構造劃分，將對溫度要求較低的走廊、門廳等區域作為室內和室外環境的緩沖區域，以降低室外氣候對室內環境的不利影響。例如，對于大多數建筑來說，大廳是室內和外部環境的過渡空間，在大廳中設置可以開閉的門廊，并在門廊的外墻上多設置一些玻璃門窗，就形成了熱緩沖區域。當夏季溫度升高時，門廊又可以對室內外的通風起到緩沖作用，防止熱空氣直接進入室內。

2.3 生態氣候建筑的節能措施

2.3.1 減少散熱面積

生態氣候建筑的體型系數是影響熱循環的重要因素，當建筑體積不變時，體型系數越大，說明建筑的表面積越大，散熱面積也會隨之增大[6]。因此，在設計建筑的造型和空間布局時，要靈活運用建筑材料，使建筑結構緊湊簡潔，盡量將建筑外形設計成圓柱形或方形，以減少建筑的表面積，降低建筑的體型系數。

2.3.2 增加立體綠化

住宅區的水體和綠植不僅能凈化居住環境的空氣，還能在蒸發吸熱的過程中加速空氣對流，在一定程度上起到調節溫度的作用。因此，在建筑的地面、屋頂、陽臺和垂直墻面上都可以種植綠植。對于綠植種類，應選擇樹干高大的落葉型喬木，這種植物在夏季可以遮擋陽光，打造陰涼通風的環境；在冬季能抵擋狂風對建筑的侵蝕，營造綠色節能的居住環境。同時，在建筑的樓頂，也可以通過覆土或蓄水灌溉的方式種植綠植，能達到保溫隔熱、減少城市熱島效應的效果。在建筑的垂直墻面上，無需像以往那樣在墻上種植爬山虎等攀援植物，而是設置雙層通風的綠化結構，增強墻體的自身散熱功能。同時，從生態學的角度來看，墻體植物夏季繁盛、秋冬落葉的自然規律，也會使建筑和自然氣候融于一體。

2.3.3 使用環保材料和可再生能源

在生態氣候建筑中，可以在建筑布局和空間形式的構造上加入節能設計。利用可再生資源，減少建筑的能耗，構建建筑體內的微氣候環境。主要方法：（1）以現代技術理念為設計核心，采用節能環保的綠色材料，增強建筑墻體的保溫隔熱功能，維護住宅建筑的微環境。（2）利用建筑區域的地下水和地表淺層土壤進行熱量置換，使建筑的夏季通風和冬季采暖過程更加綠色低碳。（3）充分利用太陽能為建筑提供能源，如光伏發電、太陽能取暖以及太陽能熱水器等，增加可再生資源的使用效能。（4）在建筑的中央或表面設置綠化敞開空間，減少建筑產生的熱島效應，優化建筑內部的氣候環境。

3 結語

如今，建筑行業也在提倡可持續發展，氣候條件也成為節能建筑設計的重要因素之一。綠色節能建筑應結合地域環境的氣候特點，以傳統建筑的設計原理為發展基礎，以低碳環保為發展要求，利用自然資源，減少建筑能耗，在保證室內舒適度的前提下，達到節能減排、低碳環保的效果。在建筑形態的設計上，要充分考慮當地的氣候條件，規劃北高南低、北密南疏的建筑空間布局，盡量做到夏季通風、冬季保溫，并設計能應對氣候變化的建筑結構，降低建筑的體型系數，調節建筑室內的微氣候，設計低碳環保、宜居舒適的綠色節能建筑。