陳紀(jì)定(通渭正泰建筑安裝工程有限責(zé)任公司，743399)

生物氣候建筑設(shè)計(jì)方法研究

陳紀(jì)定
(通渭正泰建筑安裝工程有限責(zé)任公司，743399)

以生物氣候建筑設(shè)計(jì)的概念和過(guò)程作為基礎(chǔ)，將舒適條件的嚴(yán)謹(jǐn)性和設(shè)計(jì)建議的有效性作為參考條件，對(duì)溫濕圖、舒適三角形以及生物氣候列表等當(dāng)前三種主要的設(shè)計(jì)方法模型進(jìn)行比較，解析氣候、舒適與建筑之間的內(nèi)在聯(lián)系。本文主要討論的是關(guān)于生物氣候建筑設(shè)計(jì)方法的研究。

生物氣候設(shè)計(jì)方法；建筑理念；熱舒適

建筑是人類(lèi)活動(dòng)展開(kāi)的空間載體，為人們提供舒適、安全和健康的物理環(huán)境和適宜的審美、功能是其必須承擔(dān)的責(zé)任。在工業(yè)革命開(kāi)始之前，對(duì)于舒適環(huán)境的塑造只能依靠建筑本身的巧妙安排。二十世紀(jì)中期以后，人工調(diào)節(jié)技術(shù)開(kāi)始普及，室內(nèi)空間舒適度的調(diào)節(jié)問(wèn)題開(kāi)始托付給機(jī)械設(shè)備和暖通設(shè)計(jì)師，建筑師也不再將氣候條件作為建筑設(shè)計(jì)的制約因素，建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始逐漸成為一項(xiàng)重視視覺(jué)創(chuàng)造的單純行動(dòng)。而隨著對(duì)于氣候資源和建筑本身自我調(diào)節(jié)能力的忽視，對(duì)于機(jī)械設(shè)備的過(guò)度依賴(lài)，傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)模式開(kāi)始被打破，能源危機(jī)、環(huán)境惡化問(wèn)題開(kāi)始逐步顯現(xiàn)。[1]

從歷史發(fā)展的角度來(lái)看，我國(guó)在生物氣候建筑設(shè)計(jì)具有比較高的可行性，特別是中國(guó)處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的階段，既要金山銀山，也要綠水青山，利用生物氣候建筑設(shè)計(jì)的方法，結(jié)合我國(guó)的地域氣候條件，通過(guò)生物氣候建筑調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，減少能源消耗，降低環(huán)境負(fù)荷，為廣大居民創(chuàng)造一個(gè)健康舒適的環(huán)境。一、生物氣候建筑的概念

生物氣候?qū)W是研究地域的氣候特征與其生物活動(dòng)規(guī)律之間關(guān)系的交叉學(xué)科。生物氣候建筑主要集中于研究氣候與人的關(guān)系，探討人如何適應(yīng)氣候變化的規(guī)律，達(dá)到自身滿(mǎn)意的環(huán)境需求，建筑就如同人類(lèi)空間活動(dòng)的載體和人類(lèi)的第三層“衣服”，是幫助人類(lèi)適應(yīng)氣候最主要的支撐點(diǎn)。生物氣候設(shè)計(jì)主要以太陽(yáng)、風(fēng)等自然要素作為能量的基本來(lái)源，通過(guò)對(duì)于空間、材料、布局等建筑設(shè)計(jì)要素進(jìn)行合理安排，最大限度地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的“自然調(diào)節(jié)”，對(duì)于不足之處，再用機(jī)械手段進(jìn)行補(bǔ)充。[2]

二、熱舒適理論

熱舒適是指大多數(shù)人對(duì)客觀熱環(huán)境從生理與心理方面都達(dá)到滿(mǎn)意的狀態(tài)。分析某一熱環(huán)境是否舒適有三個(gè)方面：①物理方面：根據(jù)人體活動(dòng)所產(chǎn)生的熱量與外界環(huán)境作用下穿衣人體的失熱量之間的熱平衡關(guān)系，分析環(huán)境對(duì)人體舒適的影響及滿(mǎn)足人體舒適的條件。②生理方面：研究人體對(duì)冷熱應(yīng)力的生理反應(yīng)如皮膚溫度、皮膚濕度、排汗率、血壓、體溫等并利用生理反應(yīng)區(qū)分環(huán)境的舒適程度。③心理方面：分析人在熱環(huán)境中的主觀感覺(jué)，用心理學(xué)方法區(qū)分環(huán)境的冷熱與舒適程度。由于影響人體熱舒適的因素與條件十分復(fù)雜，從20年代起經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，綜合不同因素的相互作用，已陸續(xù)提出若干評(píng)價(jià)熱舒適的指標(biāo)與熱舒適范圍。[3]

熱舒適度是生物氣候分析的起點(diǎn)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)熱舒適度的紐帶作用，與氣候條件建筑設(shè)計(jì)三者聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建技術(shù)與設(shè)計(jì)的橋梁，而對(duì)于熱舒適度和建筑設(shè)計(jì)的研究分析，構(gòu)成了生物氣候建筑研究的歷史。

三、生物氣候設(shè)計(jì)的過(guò)程

與常規(guī)的建筑設(shè)計(jì)，建筑師依據(jù)功能和美學(xué)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，不納入建筑設(shè)計(jì)自身的氣候調(diào)節(jié)能力作為參考的方式不同，生物氣候設(shè)計(jì)，需要在設(shè)計(jì)開(kāi)展前期階段，對(duì)場(chǎng)地環(huán)境、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行分析，并確定室內(nèi)開(kāi)展活動(dòng)的舒適條件。將外界既定的氣候環(huán)境條件與滿(mǎn)足舒適需求的條件相結(jié)合，明確哪些氣候因素在何時(shí)會(huì)造成什么不同的影響。通過(guò)分析與比較，揭示了氣候資源與建筑設(shè)計(jì)之間“用”與“防”之間的關(guān)系，建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，加入更多人性化的設(shè)計(jì)，依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蛩?、?jīng)濟(jì)、文化等，把握好對(duì)于舒適條件界定的嚴(yán)謹(jǐn)性和設(shè)計(jì)建議的有效性的利用，為建筑師提供良好的幫助，創(chuàng)造出能夠?qū)Φ赜驓夂蜃龀鲰憫?yīng)的建筑。[4]

四、生物氣候設(shè)計(jì)的方法模型

對(duì)于生物氣候建筑設(shè)計(jì)的研究，已經(jīng)有眾多學(xué)者從不同的角度和方向，采用不同的模型，針對(duì)氣候—熱舒適—建筑變量的相互關(guān)系，將氣象數(shù)據(jù)分析、界定舒適條件和提出設(shè)計(jì)對(duì)策聯(lián)系到一起進(jìn)行研究，形成了豐富的理論研究成果。

建筑生物氣候圖以人體熱舒適的溫濕度范圍為核心，對(duì)給定地點(diǎn)的氣候特征進(jìn)行分析，并表達(dá)在溫濕圖上，溫濕圖以空氣溫度和相對(duì)濕度為坐標(biāo)軸，同時(shí)結(jié)合風(fēng)速、太陽(yáng)輻射等氣候變量。在生物氣候圖對(duì)于明確氣候條件與舒適范圍間差異的基礎(chǔ)上，利用氣候資源利用潛力確定需要采取的建筑設(shè)計(jì)策略，將氣候、舒適與建筑的關(guān)系直觀地表現(xiàn)出來(lái)。[5]

舒適三角形是在熱舒適區(qū)域的確定上考慮不同活動(dòng)類(lèi)型，針對(duì)室外的典型氣候變化，獲得室內(nèi)舒適所需的生物氣候設(shè)計(jì)策略。被動(dòng)式建筑由于存在比較大的溫度變動(dòng)，所以在進(jìn)行生物氣候建筑設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)于溫度波動(dòng)和舒適度的關(guān)系顯得尤為重要，因此要將平均溫度代替濕度納入氣候分析中去，用于界定一天的溫度變化。

生物氣候列表是針對(duì)建筑設(shè)計(jì)的草圖、設(shè)計(jì)發(fā)展、構(gòu)件設(shè)計(jì)三個(gè)普遍階段提出的一種生物氣候設(shè)計(jì)模型，同時(shí)引入馬霍尼表，用來(lái)分析氣候特征，并從中獲得設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)用于對(duì)布局、形狀、朝向等建筑設(shè)計(jì)特征的初步描繪。采用干球溫度、相對(duì)濕度、降水和風(fēng)力等4項(xiàng)參數(shù)的馬霍尼氣候模型，對(duì)不同的年平均溫度和相對(duì)濕度范圍界定出了24種舒適區(qū)，建筑師的設(shè)計(jì)提供了更有針對(duì)性的建議。

總結(jié)：

目前，關(guān)于建筑性能目標(biāo)與實(shí)際的建筑之間還存在一定的差距，生物氣候設(shè)計(jì)過(guò)程的鏈條還有待于進(jìn)一步完善，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)初期的方案設(shè)計(jì)提供嚴(yán)謹(jǐn)而簡(jiǎn)明的舒適條件，進(jìn)行具體有效的設(shè)計(jì)建議，通過(guò)計(jì)算機(jī)的性能模擬和輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，逐步建立起更加科學(xué)、和諧和有效的生物氣候設(shè)計(jì)方法。

[1]楊豪中,徐婭. 建筑景觀與氣候的共生——生物氣候?qū)W建筑景觀設(shè)計(jì)[J]. 工業(yè)建筑,2009,08:34-37.

[2]藺寶鋼,徐婭,胡仁鋒. 生態(tài)脆弱區(qū)的生物氣候?qū)W建筑景觀設(shè)計(jì)——河西走廊古浪地區(qū)景觀規(guī)劃[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,04:531-536.

[3]趙繼龍,劉甦,唐一峰. 生物氣候建筑的跨專(zhuān)業(yè)整合設(shè)計(jì)[J]. 山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2011,01:71-75.

[4]徐婭,藺寶鋼. 建筑與氣候的共生——城市的可持續(xù)性和生物氣候?qū)W設(shè)計(jì)[J].四川建筑科學(xué)研究,2010,04:271-274.

[5]白魯建,黃睿潔,宋冰,楊柳. 淺談當(dāng)前建筑氣候分析中存在的問(wèn)題及應(yīng)用前景[J]. 建筑節(jié)能,2015,03:73-75.

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