生物氣候建筑設計方法研究

陳紀定(通渭正泰建筑安裝工程有限責任公司，743399)

生物氣候建筑設計方法研究

陳紀定
(通渭正泰建筑安裝工程有限責任公司，743399)

以生物氣候建筑設計的概念和過程作為基礎，將舒適條件的嚴謹性和設計建議的有效性作為參考條件，對溫濕圖、舒適三角形以及生物氣候列表等當前三種主要的設計方法模型進行比較，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于生物氣候建筑設計方法的研究。

生物氣候設計方法；建筑理念；熱舒適

建筑是人類活動展開的空間載體，為人們提供舒適、安全和健康的物理環(huán)境和適宜的審美、功能是其必須承擔的責任。在工業(yè)革命開始之前，對于舒適環(huán)境的塑造只能依靠建筑本身的巧妙安排。二十世紀中期以后，人工調(diào)節(jié)技術開始普及，室內(nèi)空間舒適度的調(diào)節(jié)問題開始托付給機械設備和暖通設計師，建筑師也不再將氣候條件作為建筑設計的制約因素，建筑設計開始逐漸成為一項重視視覺創(chuàng)造的單純行動。而隨著對于氣候資源和建筑本身自我調(diào)節(jié)能力的忽視，對于機械設備的過度依賴，傳統(tǒng)的能源結構模式開始被打破，能源危機、環(huán)境惡化問題開始逐步顯現(xiàn)。[1]

從歷史發(fā)展的角度來看，我國在生物氣候建筑設計具有比較高的可行性，特別是中國處在一個經(jīng)濟高速發(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計的方法，結合我國的地域氣候條件，通過生物氣候建筑調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，減少能源消耗，降低環(huán)境負荷，為廣大居民創(chuàng)造一個健康舒適的環(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規(guī)律之間關系的交叉學科。生物氣候建筑主要集中于研究氣候與人的關系，探討人如何適應氣候變化的規(guī)律，達到自身滿意的環(huán)境需求，建筑就如同人類空間活動的載體和人類的第三層“衣服”，是幫助人類適應氣候最主要的支撐點。生物氣候設計主要以太陽、風等自然要素作為能量的基本來源，通過對于空間、材料、布局等建筑設計要素進行合理安排，最大限度地實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的“自然調(diào)節(jié)”，對于不足之處，再用機械手段進行補充。[2]

二、熱舒適理論

熱舒適是指大多數(shù)人對客觀熱環(huán)境從生理與心理方面都達到滿意的狀態(tài)。分析某一熱環(huán)境是否舒適有三個方面：①物理方面：根據(jù)人體活動所產(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系，分析環(huán)境對人體舒適的影響及滿足人體舒適的條件。②生理方面：研究人體對冷熱應力的生理反應如皮膚溫度、皮膚濕度、排汗率、血壓、體溫等并利用生理反應區(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，用心理學方法區(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雜，從20年代起經(jīng)過大量的實驗研究，綜合不同因素的相互作用，已陸續(xù)提出若干評價熱舒適的指標與熱舒適范圍。[3]

熱舒適度是生物氣候分析的起點和設計目標，通過熱舒適度的紐帶作用，與氣候條件建筑設計三者聯(lián)系起來，構建技術與設計的橋梁，而對于熱舒適度和建筑設計的研究分析，構成了生物氣候建筑研究的歷史。

三、生物氣候設計的過程

與常規(guī)的建筑設計，建筑師依據(jù)功能和美學原則進行設計，不納入建筑設計自身的氣候調(diào)節(jié)能力作為參考的方式不同，生物氣候設計，需要在設計開展前期階段，對場地環(huán)境、當?shù)氐臍夂驐l件進行分析，并確定室內(nèi)開展活動的舒適條件。將外界既定的氣候環(huán)境條件與滿足舒適需求的條件相結合，明確哪些氣候因素在何時會造成什么不同的影響。通過分析與比較，揭示了氣候資源與建筑設計之間“用”與“防”之間的關系，建筑師在進行建筑設計的時候，加入更多人性化的設計，依據(jù)當?shù)氐臍夂蛞蛩亍⒔?jīng)濟、文化等，把握好對于舒適條件界定的嚴謹性和設計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慕ㄖ?。[4]

四、生物氣候設計的方法模型

對于生物氣候建筑設計的研究，已經(jīng)有眾多學者從不同的角度和方向，采用不同的模型，針對氣候—熱舒適—建筑變量的相互關系，將氣象數(shù)據(jù)分析、界定舒適條件和提出設計對策聯(lián)系到一起進行研究，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，對給定地點的氣候特征進行分析，并表達在溫濕圖上，溫濕圖以空氣溫度和相對濕度為坐標軸，同時結合風速、太陽輻射等氣候變量。在生物氣候圖對于明確氣候條件與舒適范圍間差異的基礎上，利用氣候資源利用潛力確定需要采取的建筑設計策略，將氣候、舒適與建筑的關系直觀地表現(xiàn)出來。[5]

舒適三角形是在熱舒適區(qū)域的確定上考慮不同活動類型，針對室外的典型氣候變化，獲得室內(nèi)舒適所需的生物氣候設計策略。被動式建筑由于存在比較大的溫度變動，所以在進行生物氣候建筑設計時，關于溫度波動和舒適度的關系顯得尤為重要，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建筑設計的草圖、設計發(fā)展、構件設計三個普遍階段提出的一種生物氣候設計模型，同時引入馬霍尼表，用來分析氣候特征，并從中獲得設計指標，應用于對布局、形狀、朝向等建筑設計特征的初步描繪。采用干球溫度、相對濕度、降水和風力等4項參數(shù)的馬霍尼氣候模型，對不同的年平均溫度和相對濕度范圍界定出了24種舒適區(qū)，建筑師的設計提供了更有針對性的建議。

總結：

目前，關于建筑性能目標與實際的建筑之間還存在一定的差距，生物氣候設計過程的鏈條還有待于進一步完善，但是隨著科學技術的不斷發(fā)展，通過初期的方案設計提供嚴謹而簡明的舒適條件，進行具體有效的設計建議，通過計算機的性能模擬和輔助設計軟件來實現(xiàn)，逐步建立起更加科學、和諧和有效的生物氣候設計方法。

[1]楊豪中,徐婭. 建筑景觀與氣候的共生——生物氣候?qū)W建筑景觀設計[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建筑景觀設計——河西走廊古浪地區(qū)景觀規(guī)劃[J]. 西安建筑科技大學學報(自然科學版),2009,04:531-536.

[3]趙繼龍,劉甦,唐一峰. 生物氣候建筑的跨專業(yè)整合設計[J]. 山東建筑大學學報,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設計[J].四川建筑科學研究,2010,04:271-274.

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

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1007-6344（2016）04-0066-01