謝 浩

(西南交通大學(xué)建筑學(xué)院，四川成都610031)

我國的建筑行業(yè)正處于迅速發(fā)展的歷史時(shí)期，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)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(shì)。在全球能源危機(jī)的背景下，如何因勢(shì)利導(dǎo)，合理的改善建筑室內(nèi)的熱環(huán)境，減少能源消耗，就成了我們不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題。

1 研究背景

西藏地區(qū)位于青藏高原西南部，在我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略中占有重要的地位。西藏的經(jīng)濟(jì)和文化具有鮮明的地域特色，特別是象征著當(dāng)?shù)孛袼椎膫鹘y(tǒng)藏居，更是體現(xiàn)了西部傳統(tǒng)文化的精髓，從建筑布局到單體建設(shè)，從建筑形態(tài)到細(xì)部裝飾，從建筑結(jié)構(gòu)到用料選材，西藏建筑都很好地詮釋了建筑為適應(yīng)環(huán)境而存在的種種表現(xiàn)方式。國家大力支援西部建設(shè)，使西藏建筑業(yè)得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)代化的建設(shè)方式迅速席卷西藏整個(gè)地區(qū)。然而，隨著大量新建項(xiàng)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(xiàn)于大家面前的姿態(tài)，隨之而來的各種建筑對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛞约碍h(huán)境的不適應(yīng)性也在不斷顯現(xiàn)。不難看出，西藏地區(qū)獨(dú)特的氣候條件使得工業(yè)化發(fā)展的建筑運(yùn)營(yíng)模式顯現(xiàn)出了一系列的問題，西藏的傳統(tǒng)建筑特色和文化也在不斷流失，因此我們需要找回傳統(tǒng)藏居的韻味以及它在當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境條件下獲得的生存之道。

2 西藏高海拔地區(qū)的氣候特色以及對(duì)建筑熱環(huán)境的影響

西藏地區(qū)處于北緯26°50′至26°53′之間，平均海拔在4 000 m以上，當(dāng)?shù)馗呱綅{谷較多，地形復(fù)雜，因此，當(dāng)?shù)貧夂蛞彩菑?fù)雜多變，受地形的影響，當(dāng)?shù)氐恼w氣候呈現(xiàn)出西北嚴(yán)寒干燥、東南溫暖濕潤(rùn)的總體趨勢(shì)，在高山峽谷地區(qū)則存在著明顯的垂直氣候帶?；诟吆０蔚貐^(qū)地域環(huán)境的特殊性，本文將著重對(duì)其進(jìn)行研究。

2.1 氣壓和空氣含氧量

由于西藏地區(qū)海拔較高，空氣稀薄，當(dāng)?shù)氐臍鈮好黠@較低，氧氣較少，空氣密度較約為平原地區(qū)的63 %左右，比平原地區(qū)少1/3壓強(qiáng)?？諝庵械暮趿恐挥?50～170 g/m3尤其在藏北地區(qū)，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(huán)境中，人體在高海拔地區(qū)會(huì)消耗更多的熱量。氣壓條件在建筑熱環(huán)境當(dāng)中不容易發(fā)生改變，但是我們可以利用其它熱環(huán)境條件對(duì)其進(jìn)行彌補(bǔ)，例如設(shè)置合適的室內(nèi)溫度。

2.2 氣溫

西藏地區(qū)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(qū)相比較，西藏高海拔地區(qū)氣溫偏低，夜晚相對(duì)寒冷，但是由于當(dāng)?shù)靥栞椛鋸?qiáng)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(huì)迅速下降，因此形成了較大的日夜溫差。氣溫對(duì)人體熱舒適的影響顯而易見，由于西藏地區(qū)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(nèi)的溫度，我們需要做到兩點(diǎn)：一是白天增加建筑的太陽輻射熱量，并將一部分熱量?jī)?chǔ)存在建筑當(dāng)中；二是提高建筑的保溫能力，減少建筑與周圍環(huán)境的輻射對(duì)流換熱。

2.3 降水和空氣濕度

西藏地區(qū)年降水量較少且分布不均勻，東南溫暖地區(qū)降水較多，可達(dá)5 000 mm，西北寒冷地區(qū)降水較少，甚至可低至50 mm。因此在西北高海拔寒冷地區(qū)，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(xiàn)出干冷的氣候狀況?？諝鉂穸仁怯绊懯覂?nèi)人體熱舒適的一項(xiàng)重要參數(shù)，特別是在周圍環(huán)境溫度較低的時(shí)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(qū)太陽能資源豐富，這得益于當(dāng)?shù)馗吆０蔚牡乩項(xiàng)l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(dá)地表，減少了熱量的損失，加上少云少雨的氣候條件，使得當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源得到了加大的提高，而太陽能對(duì)于建筑得熱來講是最直接有效的得熱方式。因此，對(duì)于西藏高海拔地區(qū)建筑設(shè)計(jì)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(jié)約。

2.5 風(fēng)速

西藏高海拔地區(qū)風(fēng)力資源豐富，特別是在藏北高原地區(qū)，年均有效風(fēng)能密度可達(dá)130～200 W/m2，有效風(fēng)力時(shí)數(shù)在4 000 h以上。西藏的風(fēng)力資源具有分布廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。室外環(huán)境的多風(fēng)不可避免地會(huì)造成建筑室內(nèi)風(fēng)速的提高，因此，我們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)當(dāng)中要在保證室內(nèi)風(fēng)速和空氣換氣量的基礎(chǔ)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(nèi)熱量。

3 西藏高海拔地區(qū)傳統(tǒng)建筑的特征及其環(huán)境適應(yīng)性

西藏傳統(tǒng)民居作為西藏地區(qū)典型的建筑形式，代表了本地區(qū)的傳統(tǒng)建筑的發(fā)展歷程和歷史結(jié)晶，因此，本文將以一般傳統(tǒng)民居為例來闡述西藏高海拔地區(qū)傳統(tǒng)建筑的特征，以及它展現(xiàn)出的對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)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(tǒng)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(guī)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(fēng)對(duì)建筑室內(nèi)產(chǎn)生的對(duì)流換熱，緊湊的布局方式可以使建筑物彼此之間的熱環(huán)境相互作用，對(duì)建筑保溫有著較為明顯地提升。

3.2 建筑形態(tài)

西藏傳統(tǒng)民居的建筑形態(tài)一般選擇方形或者類似的形體，這樣的建筑形態(tài)有效地縮小了建筑物的體形系數(shù)，減少了建筑物與周圍環(huán)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(huán)境產(chǎn)生的熱交換。如今許多地區(qū)的居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范都對(duì)建筑的體形系數(shù)有著嚴(yán)格的要求，可以看出體形系數(shù)的控制對(duì)建筑物的節(jié)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(fēng)沙較大的地區(qū)也有坐西朝東或坐東朝西的。民居多采用東西向長(zhǎng)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(jìn)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?？蛷d進(jìn)深較小，一般為4～5 m，爭(zhēng)取陽光進(jìn)入到北向次要房間。[2]

3.4 建筑結(jié)構(gòu)

西藏傳統(tǒng)建筑大多采用磚石或者木結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式是其最大的特色，結(jié)構(gòu)體系大多采用夯土墻或者磚石墻體，內(nèi)部采用木梁柱構(gòu)架的混合結(jié)構(gòu)，這也可看作是對(duì)惡劣極端氣候適應(yīng)的一種表現(xiàn)形式。外部的墻體一般會(huì)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(qū)的屋面形式一般選擇阿噶土屋面，其承重結(jié)構(gòu)為木材，上面覆蓋密實(shí)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(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)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(zhì)材料，白馬草具有與現(xiàn)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(qū)建筑發(fā)展策略

通過對(duì)上述研究現(xiàn)狀的思考，我們可以從傳統(tǒng)藏居中總結(jié)出一些有實(shí)際意義的建筑運(yùn)行模式來指導(dǎo)西藏高海拔地區(qū)的城市建設(shè)。

(1)在建筑規(guī)劃選址中，盡量在原有建筑群落的基礎(chǔ)上，通過合理的路網(wǎng)規(guī)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(fēng)的垂直吹射，從而減少對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。

(2)在建筑單體的設(shè)計(jì)上，結(jié)合建筑功能，盡量減小建筑物的體形系數(shù)，縮小建筑物的體積，調(diào)整主要功能房間的朝向，優(yōu)化房間布局，降低建筑物的采暖熱負(fù)荷。

(3)考慮到藏區(qū)的經(jīng)濟(jì)情況，建筑材料的選擇可以因地制宜，在新建建筑中適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用傳統(tǒng)工藝和建造技術(shù)，例如夯土墻或者石砌墻體等，運(yùn)用新技術(shù)予以加固和強(qiáng)化，在保障室內(nèi)熱環(huán)境的同時(shí)減少經(jīng)濟(jì)壓力。

(4)運(yùn)用新型的節(jié)能手段，在建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中可以設(shè)計(jì)添加一些新型的節(jié)能手段，如被動(dòng)式太陽房采暖技術(shù)等，這些節(jié)能手段已被證明可以切實(shí)有效地改善高原地區(qū)室內(nèi)的熱環(huán)境。除此之外，太陽能和風(fēng)能的利用也是值得大力推廣的技術(shù)手段之一，清潔高效的能源不僅可以減少當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可以減少對(duì)環(huán)境的污染。 易形成冷橋，降低外墻保溫能力。

(2)空調(diào)板。在沒有集中采暖的地區(qū)，空調(diào)板常見于建筑立面上，它成為了建筑立面設(shè)計(jì)不得不考慮的元素。和建筑遮陽板一樣，空調(diào)板通常是從建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中挑板，形成可以承載空調(diào)外機(jī)的空間。同樣它也會(huì)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(gòu)件，來承載空調(diào)外機(jī)。

(3)太陽能構(gòu)件。現(xiàn)代建筑對(duì)能源的消耗越來越大，通過在建筑中設(shè)置太陽能收集利用設(shè)施，來改減輕建筑對(duì)不可再生能源的依賴，已經(jīng)為人們所接受，如在建筑立面和屋頂設(shè)置太陽能光電板用于發(fā)電，設(shè)置太陽能熱水器用以滿足建筑對(duì)熱水的需求等都是在建筑設(shè)計(jì)中易于推廣的太陽能利用技術(shù)。而太陽能構(gòu)件在立面中同樣可以體現(xiàn)出獨(dú)有的特性，同時(shí)，將太陽能構(gòu)件合理的組織排布，可以起到對(duì)建筑墻體或建筑屋頂?shù)挠行д陉栃Ч?，既?shí)現(xiàn)了能源的“開源”，也有利于建筑能源的“節(jié)流”。

5 結(jié)束語

在可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代背景下，當(dāng)代建筑的發(fā)展越來越注重建筑節(jié)能以及人性化設(shè)計(jì)。我們應(yīng)該尋求一種將建筑節(jié)能與建筑立面有機(jī)結(jié)合，在降低建筑能耗、改善建筑室內(nèi)環(huán)境的前提下，又能保證建筑立面的外觀效果的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)建筑功能、技術(shù)和美學(xué)的統(tǒng)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(gòu)件與建筑立面一體化設(shè)計(jì)[J].中國房地信息,2010，(12)