黃河中下游地區(qū)粉土路基建造支撐技術(shù)及工程應(yīng)用簡(jiǎn)介

【學(xué)員問(wèn)題】長(zhǎng)江中下游地區(qū)住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)及應(yīng)用？

【解答】上個(gè)世紀(jì)全球的建設(shè)量等于之前人類所有建設(shè)的總和，當(dāng)然這源于社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，是人類文明程度的體現(xiàn)。然而，有限能源已逐步的枯竭，自然資源破壞性的利用，自然環(huán)境日益惡化，城市的建設(shè)和建筑的發(fā)展不斷的面臨各種各樣的問(wèn)題。必須以“可持續(xù)發(fā)展”的角度去審視我們的建筑設(shè)計(jì)，從根本上降低建筑能耗。另外，還必須適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，滿足消費(fèi)者的需求，提高室內(nèi)舒適度，減少空調(diào)設(shè)備。通過(guò)對(duì)生物氣候地方主義理論及一些國(guó)外新氣候建筑的介紹與研究，探索適合長(zhǎng)江長(zhǎng)下游地區(qū)建筑的設(shè)計(jì)原理。

1長(zhǎng)江中下游地區(qū)氣候特征

長(zhǎng)江中下游地區(qū)地理緯度大致在北緯30°～32°，屬于氣候過(guò)渡地區(qū)，這一地區(qū)的氣候特點(diǎn)夏季氣溫較高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3～4個(gè)月，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大；冬季較冷，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2～3個(gè)月，相對(duì)濕度較大，季節(jié)風(fēng)旺盛。該地區(qū)住宅建筑的保溫隔熱還沒(méi)有一個(gè)可參考的理論依據(jù)，住宅室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量普遍較差，冬季室內(nèi)陰冷潮濕，最冷月份室內(nèi)平均氣溫只有4～6℃；夏季悶熱，最熱月份室內(nèi)氣溫高達(dá)32℃左右，特別是在頂層及西曬房間顯得十分悶熱難受。這樣大量的空調(diào)設(shè)備涌入居民區(qū)，由于缺乏總體部署，沒(méi)有從改善建筑熱工入手，熱環(huán)境改善十分有限，能源使用效率低，造成大氣環(huán)境污染。因此，改善該地區(qū)的室內(nèi)環(huán)境已刻不容緩。

在正常情況下，相同體積、相同材質(zhì)、相同質(zhì)量的物體，在同一環(huán)境條件下，所吸收的太陽(yáng)輻射熱相等，其根本的區(qū)別只在于熱量在形體中分布情況。

其實(shí)建筑隔熱就是盡可能的將太陽(yáng)輻射熱阻隔在建筑之外，使室內(nèi)具有舒適的環(huán)境，這就要對(duì)建筑的外環(huán)境進(jìn)行分析研究。建筑并不同于一般的形體，它已經(jīng)有一個(gè)普通的形體轉(zhuǎn)化為了有生命力的空間形態(tài)，需要有采光與通風(fēng)，這就必然需要有門窗，而太陽(yáng)熱輻射就會(huì)通過(guò)門窗傳入室內(nèi)，怎樣既保證室內(nèi)采光通風(fēng)，又能夠盡可能的有效阻止熱輻射。這就需要在設(shè)計(jì)中就必須知道該地區(qū)一年四季太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律，分析該地區(qū)生物氣候特征，采用合適的建筑造型，以及建筑朝向，并采取有效的建筑遮陽(yáng)措施。

2生物氣候地方主義理論

氣候和地域是緊密相連的兩個(gè)概念，從上個(gè)世紀(jì)二三十年代就開始對(duì)建筑與氣候、建筑與地域關(guān)系的研究。隨著科技的進(jìn)步，研究的不斷深入，建筑節(jié)能也取得了一定的成效。

1963年，V.奧戈雅所著的《設(shè)計(jì)結(jié)合氣候：建筑地方主義的生物氣候研究》，概括了60年代以前的建筑設(shè)計(jì)與氣候、地域關(guān)系研究的各種成果，提出“生物氣候地方主義”的設(shè)計(jì)理論，將滿足人體的生物舒適感覺(jué)（冷、熱、干、濕等）作為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，注重研究氣候、地域和人體生物感覺(jué)之間的關(guān)系，認(rèn)為建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循氣候→生物→技術(shù)→建筑的過(guò)程，分別是：①調(diào)研設(shè)計(jì)地段的各種氣候條件；②評(píng)價(jià)每個(gè)氣候條件對(duì)人體生物舒適感的影響；③采取技術(shù)手段解決氣候與人體舒適之間的矛盾；④結(jié)合特定地段，區(qū)分各條件的重要程度，采取相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，尋求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

生物氣候地方主義理論較大地影響了以后的建筑設(shè)計(jì)，例如70年代德國(guó)適應(yīng)氣候節(jié)能建筑研究。印度的柯里亞提出了“形式追隨氣候的設(shè)計(jì)方法論。從生物氣候?qū)W角度出發(fā)，結(jié)合地域氣候條件進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者用來(lái)表達(dá)地方主義文化特征的重要手段，也是為了滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求。

長(zhǎng)江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)中的地域技術(shù)

為適應(yīng)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候特征，必然要產(chǎn)生一系列適應(yīng)性的空間形態(tài)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能

在自然通風(fēng)的情況下，要使室內(nèi)氣溫低于室外氣溫的有效方法是加強(qiáng)外墻及窗戶的隔熱性能。根據(jù)建筑的隔熱機(jī)理，太陽(yáng)輻射投射到建筑外表面時(shí)一部分立刻被反射出去，另一部分被吸收。被建筑外表面吸收的熱量一部分向室內(nèi)傳遞，另一部分以長(zhǎng)波輻射和空氣對(duì)流的形式向室外散發(fā)。

投射到建筑外表的太陽(yáng)輻射最終散發(fā)到室內(nèi)和室外。顯然，散發(fā)到室外的熱量越多，傳遞到的熱量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于減少傳向室內(nèi)的熱量。因此對(duì)于夏季高溫時(shí)間長(zhǎng)的長(zhǎng)江中下游地區(qū)建筑外墻體通常采用白色粉刷或淺色飾面來(lái)達(dá)到外墻反射隔熱的效果。從圖上還可以看到，最終要使得傳向室內(nèi)的熱量少還應(yīng)該減少建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，即在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔熱層，隔離室外熱量向室內(nèi)傳遞，這樣一來(lái)建筑外表吸收的熱量將大量聚集在外表面，促使建筑外表面溫度升高，進(jìn)一步提高了建筑外表面與環(huán)境之間的溫差，有利于向室外散熱。這種隔熱方式也稱為升溫隔熱。反射隔熱和升溫隔熱的結(jié)果都是把投射到建筑外表的太陽(yáng)輻射熱轉(zhuǎn)移到建筑的外部環(huán)境中去。

窗戶的隔熱性能問(wèn)題一直是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要的一個(gè)因素主要是怎樣改善及防止空氣滲透。對(duì)于長(zhǎng)江中下游地區(qū)而言，要解決的是窗戶隔熱的問(wèn)題。在夏季滿足自然采光的同時(shí)，能夠盡可能的使陽(yáng)光滯留在戶外，目前最常用的方法是采用雙層玻璃窗，使用中空、隔熱和反射玻璃等，但空氣間層一般只在20mm左右，并不能有效的達(dá)到隔熱的目的，要達(dá)到40mm才有一定的效果，這就使得空氣間層的壓力變得更小，采用的玻璃就必須有更大的強(qiáng)度，這就勢(shì)必提高造價(jià)。如果在空氣間層填充反光材料，會(huì)達(dá)到更好的效果。

3.2建筑布局

在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，為舒緩夏季酷熱的氣溫。建筑的總體布局上就應(yīng)該緊密的圍繞這一問(wèn)題展開。在建筑的布局上應(yīng)舒展開敞，有較大的窗洞開口，有利于自然通風(fēng)。采用較深的門廊和遮陽(yáng)板有助于導(dǎo)風(fēng)與降溫。一種有效的方式就是在室內(nèi)設(shè)置“風(fēng)道”以組織穿堂風(fēng)，“風(fēng)道”應(yīng)有足夠的寬度以保證空氣流通，“風(fēng)道”兩端還可以設(shè)置篷或門廊以起到導(dǎo)風(fēng)、遮雨、遮陽(yáng)作用。

3.3內(nèi)部空間的組織與劃分

在該地區(qū)的建筑有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，開敞的平面形式，類似于現(xiàn)代建筑中的“流動(dòng)空間”，但功能更加綜合。因而，在該地區(qū)內(nèi)較為理想的建筑布局形式：有一個(gè)長(zhǎng)行的平面和帶坡頂?shù)钠拭?，所有房間都有直接的通風(fēng)采光；建筑四周都有陽(yáng)臺(tái)、百葉遮陽(yáng)板或外廊。傳統(tǒng)建筑中有許多這種布局形式，但在大量多層及高層單元住宅中，由于密度及容積率的要求，現(xiàn)代住宅往往有較大的進(jìn)深，因此就必須保證使一套住房?jī)?nèi)不同方位的房屋之間有流暢的氣流，形成穿堂風(fēng)。

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人民群眾對(duì)住宅建筑的各個(gè)方面的要求越來(lái)越高，對(duì)生活的空間環(huán)境更加的重視，住宅設(shè)計(jì)中的“大廳小臥”的概念為適應(yīng)現(xiàn)代住宅觀的變化應(yīng)運(yùn)而生，它反映了住宅建筑的發(fā)展趨勢(shì)，是住宅設(shè)計(jì)進(jìn)步的一個(gè)象征。

“大廳小臥”屬建筑設(shè)計(jì)中空間組合、功能分區(qū)和面積分配的問(wèn)題。應(yīng)注重廳臥之間面積分配的辯證關(guān)系，強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)手段在“大廳小臥”設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題，以便保證“大廳小臥”住宅有良好的空間環(huán)境和使用效果，并使其有一定的超強(qiáng)意識(shí)。

以上建筑中面對(duì)地域自然和氣候條件的營(yíng)造，歷經(jīng)歲月的錘煉而形成的地域技術(shù)，是一種質(zhì)樸、廣義的生態(tài)設(shè)計(jì)。其中所體現(xiàn)的“因地制宜”的原則及采用生態(tài)設(shè)計(jì)手段創(chuàng)造環(huán)境微氣候的思想，是設(shè)計(jì)中的重要手段。

構(gòu)造設(shè)計(jì)學(xué)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

根據(jù)不同的地域氣候特征，構(gòu)建一套相應(yīng)的建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)，是建筑領(lǐng)域在不斷追求的目標(biāo)。其基本的思想是：不依賴耗能設(shè)備，而在建筑形式、空間布局和構(gòu)造上采取措施，以改善建筑環(huán)境，實(shí)現(xiàn)微氣候建構(gòu)。

印度建筑師柯里亞的作品對(duì)該設(shè)計(jì)思想作了有利的注釋。為解決干熱氣候的建筑和通風(fēng)，柯里亞提出了“開敞空間”和“管式住宅”

前者體現(xiàn)了有影陰的戶外或半戶外空間更適合于干熱地區(qū)公共活動(dòng)的信念；后者把煙囪抽風(fēng)原理應(yīng)用于剖面設(shè)計(jì)中，在底層高密度的住宅群體中，既可創(chuàng)造小型化的陰影戶外空間，又有效的解決了室內(nèi)空氣流通問(wèn)題，并直接產(chǎn)生了直接反映氣候特征的建筑形象。

根據(jù)冬季與夏季太陽(yáng)的不同高度角來(lái)制定有效的利用陽(yáng)光和遮陽(yáng)措施。在住宅建筑中設(shè)置陽(yáng)光間和中心溫室，冬季陽(yáng)光間和中心溫室可以充分吸收太陽(yáng)輻射熱量，為住宅提供一定的熱量，此時(shí)將遮陽(yáng)百葉拉起，通風(fēng)屋頂進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口封閉。

夏季陽(yáng)光間和中心溫室的百葉都是開放的可以遮擋陽(yáng)光，雙層屋頂?shù)倪M(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的百葉在夜間和白天某些時(shí)刻是開啟的，以帶走空氣間層中受熱的空氣避免室內(nèi)溫度過(guò)高。

夏季白天陽(yáng)光底部和頂端的窗戶，以及中心溫室的頂端窗戶是開啟的，利用通風(fēng)帶走其中的熱量，夜間，開啟通風(fēng)塔頂端的百葉，利用熱壓效應(yīng)促進(jìn)住宅通風(fēng)，以冷卻建筑構(gòu)件，改善室內(nèi)白天的熱工環(huán)境，此外，利用地下風(fēng)管系統(tǒng)，冷卻室外空氣，并將其導(dǎo)入中心庭院。

在長(zhǎng)江中下游地區(qū)我們可以找到許多類似的建筑形式：干欄式建筑、平臺(tái)、通風(fēng)屋面等。這都是勞動(dòng)人民根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，所?chuàng)造出的建筑形態(tài)，是一種建筑文化的體現(xiàn)。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該在氣候環(huán)境設(shè)計(jì)上尋找到一種繼承文脈的理念思路，因?yàn)闅夂虿恢皇怯绊懡ㄖ囊粋€(gè)自然環(huán)境，還與文化息息相關(guān)，應(yīng)該貫徹“形式追隨氣候的”思想。盡可能的對(duì)該地區(qū)的建筑文化進(jìn)行深層次的追求與思考。

具體的方案實(shí)例分析

這是蘇南地區(qū)一住宅小區(qū)設(shè)計(jì)方案，較好的利用地域技術(shù)以及建筑構(gòu)造學(xué)，適應(yīng)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的氣候特征，滿足建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)思想。

特點(diǎn)

造型簡(jiǎn)約，經(jīng)濟(jì)適用，節(jié)能節(jié)水。

斜坡造型減小了建筑體量，尺度親切宜人，以天井庭院為中心，取得與傳統(tǒng)民居的認(rèn)同感。

大進(jìn)深，小開間，合理分戶，節(jié)約用地。

日照充足，自然通風(fēng)，冬暖夏涼，明櫥明衛(wèi)。

主客分區(qū)，食寢分離，動(dòng)靜分區(qū)，居寢分離。

磚混結(jié)構(gòu)，粉煤灰小型砌塊，輕質(zhì)復(fù)合建材，造型簡(jiǎn)約，施工簡(jiǎn)易。

生態(tài)型住宅，節(jié)約能源，冬暖夏涼。

太陽(yáng)能的利用

設(shè)置太陽(yáng)能屋面，將太陽(yáng)能熱水器與屋面結(jié)合。

可翻轉(zhuǎn)雙層（低輻射膜）透射玻璃頂?shù)膬?nèi)院天井，（冬季）陽(yáng)光照射墻體儲(chǔ)熱升溫，形成對(duì)流，傳導(dǎo)室內(nèi)空氣升溫改善室內(nèi)氣候。

通風(fēng)遮陽(yáng)

屋頂植物構(gòu)架有效遮擋陽(yáng)光，降低外墻內(nèi)表面的溫度。

百葉式遮陽(yáng)構(gòu)架起降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。

（夏季）開啟天井玻璃頂，組織自然通風(fēng)達(dá)到降溫和導(dǎo)風(fēng)作用。

廚房、廁所中設(shè)置通風(fēng)管道，加強(qiáng)室內(nèi)氣流流動(dòng)，使廚房、廁所保持負(fù)壓狀態(tài)。

5.4隔熱保溫

因地制宜，使用輕質(zhì)保溫小型砌塊砌筑外墻，外加保溫粉刷層。

屋面南坡斜置花草加強(qiáng)隔熱效果，同時(shí)可有效降低環(huán)境輻射熱。

結(jié)合太陽(yáng)能熱水器設(shè)置雙面屋面，閣樓儲(chǔ)水箱起保溫隔熱作用。

5.5節(jié)約用水

使用節(jié)水龍頭和坐便器。

節(jié)約并合理利用水源，處理洗浴用水，收集雨水用于灌溉。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)人居環(huán)境的探討，一直以來(lái)都是建筑界所關(guān)注的問(wèn)題。無(wú)論在建筑節(jié)能，降低建筑能耗，還是在提高人居舒適度，創(chuàng)造新型的住宅建筑，都取得了很大的成效。但是面對(duì)這個(gè)龐大的建筑領(lǐng)域，建筑能耗是顯而易見的，微小的能耗變化，都將決定對(duì)能源的如何分配。

在不同區(qū)位下，采取的節(jié)能措施也不盡相同，對(duì)地域技術(shù)的研究同樣是首要面臨的關(guān)健性問(wèn)題。本文所提到的幾點(diǎn)建議，是微不足道的一小部分，要想實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域真正節(jié)能，還需要建筑界同仁們不懈的努力。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。