基于氣候條件的生態節能住宅建筑設計

◎朱慶徽

近幾年，我國建筑行業得到飛速發展，建筑工程規模不斷擴大，建筑工程數量不斷增多，這也導致建筑能耗量不斷增多，為了減少各種能耗，達到節能減排目的。目前，多數設計師在工作開展時，都在考慮氣候條件基礎上，進行建筑設計，確保最終設計的合理性，實現對各種自然資源的應用，在確保住宅建筑舒適基礎上，減少能源消耗，為建筑行業可持續發展保駕護航。

一、生態節能住宅建筑設計原理與特點

1.設計原理。

采取被動式低能耗建筑設計方法，在穩態熱平衡理論支持下，全面結合住宅建筑所在區域的氣候情況，設計氣候生態型節能住宅建筑，從而保證最終設計的住宅建筑建設和應用期間更加節能環保，符合可持續發展理念[1]。住宅建筑設計過程中，要合理應用光照、氣流等各項自然條件，在確保住宅建筑室內環境舒適基礎上，加強對住宅建筑室內外環境相互作用的研究，實現生態節能住宅建筑低能耗，或者零能耗，進而達到節能減排的最終目的。例如，某地區常年連晴高溫，太陽輻射強，全年日照時長超過2240h，在該地區進行建筑設計時，要注重遮陽，從而在夏熱夏季，能夠減少對空調的依賴，進而降低能耗。

2.設計特點。

人居住的適宜溫度在18-26℃，在很長時間之內，我國一些地區室外環境也能夠維持在這一溫度范圍內，但是，由于住宅建筑室內微氣候與室外氣候通常都處于完全隔離狀態，因此，需要利用供暖、空調等方式對室內住宅室內溫度進行調整，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，而且會對生態環境造成破壞。生態節能住宅建筑依據所在氣候環境改變，需要在遵循科學基礎上開展設計，通過對的風能和太陽能進行應用，完成熱量交換，減少設備能耗，從而使住宅建筑能夠呈現出冬暖夏涼效果。

生態節能住宅建筑設計需要全面考慮地理環境、氣候等各項內容，加強對非空調途徑調節溫度，例如，通過自然通風調節建筑溫度，完成設計工作。從大量實踐經驗來看，通過合理方式進行設計，可以減少住宅建筑在應用期間，對空調等各種設施的依賴。建筑熱環境調控途徑如圖1 所示。

圖1 建筑熱環境調控途徑

二、生態節能住宅建筑的必要性

1.順應社會和時代發展要求。

可持續發展是現代時代健康發展的主要方向，也是社會發展的核心戰略，而營造生態環境是建設生態節能住宅建筑的重要基礎條件。住宅是現代城市體系構成的重要基礎，其核心作用就是為人們提供一個舒適、和諧的工作、生活、居住環境，可見提高住宅建筑設計質量是社會和時代發展的必然需求。

2.節能與環保的需求。

針對住宅建筑來說，住宅建筑在應用過程中會消耗大量能源，同時，現代人們生活質量得到了顯著提高，針對項目要采取合理方式進行規劃，做好設計工作，從而使土地資源利用率能夠得到進一步提高，通過對建筑系統的合理應用，使建筑工程應用面積得到進一步提高，延長工程壽命，確保其能夠滿足應用需求，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，要節約應用，最好采用自然材料和當地材料。

3.提高人們生活水準的需求。

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

三、生態節能住宅建筑設計需要遵循的守4 則

1.全面結合當地具體情況。

開展生態節能住宅建筑設計可以確保人們身體健康，維護生態系統安全，為了確保最終設計的合理性，設計人員需要進入當地，對當地氣候、人文、經濟發展情況等各項內容進行全面探究，選擇合理地址建設住宅建筑。在不同地區，設計重點也不會有所不同，在光照充足，溫度高地區，要將重點放在遮擋陽光與墻體隔熱方面，而在溫度較低區域，要將重點放在節能采暖上。在住宅建筑設計上，具體設計要全面結合當地具體情況，只有這樣才能促進生態節能住宅建筑健康發展，為人們提供一個舒適、健康的居住環境。

2.人與自然要和諧相處。

住宅建筑是人們生活、生產的關鍵場所，其在建設和后期運行勢必會消耗一定能源，因此，具體設計一方面要滿足實際需求，另一方面也不得對自然環境與社會環境造成破壞。生態節能住宅建筑與傳統意義上的高污染、高能耗建筑相比存在一定差異，在具體設計上要將節能作為整個設計的重點內容，通過合理設計，打造出一個現代化節能建筑，由此可見，生態節能住宅建筑設計要需要兼顧自然、人、社會三項內容，從而實現協調發展。

3.達到節能減排目的。

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

4.降低住宅建筑成本，提高經濟效益。

生態節能住宅建筑指的是在施工、運行、維護多個環節中，減少能源應用量，以免耗費大量能源，產生污染物，但是不提倡在住宅建筑中采用不合理技術，不得投入大量費用。良好的生態節能住宅建筑指的是在施工、應用期間投入小、污染小的建筑。

四、生態節能住宅建筑設計探討

1.整體布局。

住宅建筑所在區域氣候條件與地理環境之間的聯系十分緊密，因此，在進行生態節能住宅建筑設計時，作為設計人員必要充分考慮住宅建筑所在區域內的周圍山體地質和海拔高度，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，在住宅建筑規劃期間，還要考慮通風帶來不良影響下，進而使住宅建筑與周圍環境協調性能夠得到進一步提高，讓住宅建筑與當地氣候能夠合理結合。

2.生態節能住宅建筑結構設計。

（1）科學控制氣流。

設計住宅建筑時，要合理利用風能，從而實現對住宅建筑內微環境溫度的有效調節，在不同季節，對于氣流的應用也會有所不同，具體內容如表1 所示。

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

（2）設計通風豎井。

生態節能住宅建中，要合理應用熱壓原理，從而能夠向外拔風，最終達到通風節能的目的。由此可見，在設計住宅建筑時，不僅要合理利用過堂風，而且還要在住宅建筑內設立通風豎井。將排風口設立在豎井上部，通過排風口將住宅家住室內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，進而達到節能減排目的。住宅建筑豎井起到的調溫效果與進出風口高度差室內外溫差呈正相關，因此，為了進一步改善熱壓通風效果，可以對高層住宅建筑內的拔風井、樓梯間等各項結構進行應用，加大住宅建筑中進風口與排風口兩者的高度差，而且要將開關設置在開口處[7]。在夏季溫度較高時，能夠將住宅建筑內熱空氣排出到室外，而當溫度較低的冬季來臨時，可以關閉風口，利用熱空氣層實現與外界的隔絕，進而達到保護住宅建筑內溫度的目的。

（3）設置熱緩沖空間。

熱緩沖空間是生態節能住宅建筑中一項重要結構，其是一種關鍵節能設計方式，在設計初期，設計人員要在對住宅建筑情況進行全面分析基礎上，科學劃分住宅建筑空間熱環境，將對于溫度要求相對較低的門廳、走廊等區域作為住宅建筑室內和室外的緩沖區域，通過這一設計方式，能夠減少室外環境對室內環境的影響。例如，多數住宅建筑內的大廳是住宅建筑室內空間和外部環境的過渡空間，因此，在設計時，可以在大廳中設置能夠開閉的門廊，同時，可以在門廊外墻上設置一些玻璃門窗，在住宅建筑內形成一個熱緩沖區域，在溫度較高夏季，門廊對于室外通風能夠起到緩沖作用，避免熱空氣直接進入到住宅建筑室內，導致室內溫度升高。

3.生態氣候住宅建筑節能措施。

（1）適當縮減散熱面積。

生態節能住宅建筑體型系數是影響熱循環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，從而使住宅建筑結構緊湊、簡潔，在條件允許的情況下，盡量將住宅建筑外形設計為方形或圓柱形，通過這種方式，能夠減少住宅建筑表面積。

（2）加大立體綠化

住宅建筑區域內綠植和水體一方面能夠凈化居住區域內空氣，另一方面在蒸發吸熱期間可以加快空氣對流，這在一定程度上，能夠實現對溫度的調節，使溫度長期處于人們感受舒適的溫度范圍內。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，能過改善當地氣候。在進行綠植種植時，應當選擇樹干高大落葉型喬木，這植物在夏季能夠實現對陽光的適當遮擋，從而營造出一個陰涼通風環境，而在冬季則能夠抵擋狂風對建筑物的侵蝕，營造綠色節能居住環境。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的發生。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，而設置雙層通風綠化結構，通過這一設計方式，能夠增加住宅建筑墻體散熱功能。而從生態學角度進行分析，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境能夠合理融為一體。

（3）加強對環保材料與可再生能源的應用。

在生態節能住宅建筑中，在住宅建筑布局與空間形式構造需要加入節能設計，加強對可再生能源的利用，大幅度減少住宅建筑能耗，從而在住宅建筑內營造良好微氣候環境，具體采用的方法如下：

①將現代技術理念作為生態節能住宅建筑設計的核心，加強對各種節能環保材料的應用，提高住宅建筑墻體保溫隔熱功能，實現對住宅建筑內微環境的合理保護，提高居住環境舒適度。

②合理應用住宅建筑區域內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，冬季取暖都能夠實現綠色低碳，從而減少能耗。

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

圖2 太陽能熱水器

④在住宅建筑中央或表面要設置綠化敞開空間，通過這一設置方式，能夠有效減少住宅建筑熱島效應的發生，實現對住宅建筑內部氣候環境的合理優化。

五、結語

現代建筑行業倡導可持續發展，氣候條件是影響生態節能住宅建筑的一項關鍵因素。生態節能住宅建筑設計要全面結合地域環境氣候特點，將傳統住宅建筑設計和低碳環保作為基礎，合理應用自然資源，減少能耗，在確保住宅建筑室內舒適基礎上，達到節能環保目的。