建筑环境热湿过程论文

从气候及建筑特点看湖南大学的建筑节能摘要：本文以建筑的被动式节能技术为基础，并结合长沙当地的气候特点，对湖南大学建筑的遮阳、自然采光以及自然通风做了一定分析。关键词：遮阳自然采光自然通风被动式技术Abstract:Basedonthepassiveenergy-savingtechnologyoftheconstructionandincorporatingthefeaturesoflocalclimateinChangsha,thispaperanalyzestheshading,naturallightingandnaturalventilationoftheconstructionsinHunanUniversity.0.引言在全球日益增长的能源消耗中，约有一半用于建筑的建造、使用及维护。一方面，人们对建筑室内环境提出越来越高的要求；另一方面，又必须尽可能地降低建筑能耗。被动式节能是指建筑物本身通过各种自然的方式来收集和储存能量，建筑物与其周围的环境之间形成自循环的系统，不需要耗能的机械设备来提供支持也能充分利用自然资源，达到节约传统能源的效果。本文主要通过对湖南大学校园建筑的实地考察和了解，较为详细地介绍湖南大学建筑的被动式节能技术的应用，让自己以及更多的人了解被动式技术在建筑中应用而带来的优势，并提出自己对建筑节能的想法。1.长沙的气候特点长沙属亚热带季风湿润气候区，温和湿润，季节变化明显。冬寒夏热，四季分明；春秋短促，冬夏绵长，充分体现了亚热带大陆性季风气候的典型特点。长沙距海较远，又位于冲积盆地，边缘地势高峻，向北倾斜，北方冷空气可深入聚集，冬季比同纬度地区稍冷，而夏季比同纬度地区更热，是江南“四大火炉”之一。这种气候对建筑热环境带来了非常不利的影响，不能满足现代人对居住环境的要求，当前主要是借助空调进行建筑物室内温度的调节。鉴于现在能源危机的趋势，建筑的节能突显重要，如只采用主动式进行室内环境调节必将造成能源的大量消耗。因此被动式技术的运用势在必行。2.遮阳遮阳是通过建筑手段，运用相应的材料和构造，与日照光线成某一有利的角度，遮挡通过玻璃影响室内过热的热辐射，而不减弱采光条件的手段和措施。建筑遮阳的目的是阻隔阳光直射，这样做的好处有三个：可以防止透过玻璃直射阳光使室内过热；可以防止建筑围护结构过热并造成对室内环境的热辐射；可以防止直射阳光造成的强烈眩光。这三点对于处于低纬度地区的建筑尤为重要。遮阳按遮阳帘的位置分建筑内遮阳和建筑外遮阳，另外还有绿化遮阳。2.1内遮阳建筑内遮阳就是把遮阳布帘（纤维质、席帘、布帘）放在窗户的里面，这种遮阳措施随处可见，也就是我们所熟悉的窗帘等。湖南大学建筑的内遮阳方式普遍有织物窗帘和卷帘两种。图书馆、复临舍等地是采取的是织物窗帘，而综合楼采取的是卷帘方式。图2-1内遮阳内遮阳能遮挡一部分太阳辐射，然而内遮阳都是阳光进入室内之后再进行的处理，当阳光照射到窗户上红外线把玻璃加热，可见光和紫外线使遮阳材料温度升高，在窗帘和玻璃之间形成了热岛效应，窗帘在室内并没有密封的效果，热量很容易在室内扩散，内遮阳与窗户之间的空气温度也随着不断上升，促使整个室内温度都随之升高。所以，内遮阳存在很大的局限性。2.2外遮阳外遮阳就是安装在建筑透明围护外的遮挡阳光的装置。外遮阳的目的是在于减少夏季进入到室内的太阳辐射热，从而改善室内热环境，降低空调制冷负荷。外遮阳是我国夏热冬冷地区，比如长沙，尤其是在夏季，阻挡太阳辐射热进入室内和冬季避免室内热量损失的建筑节能设计有效方法之一，外遮阳装置同时能提高室内的热舒适性和光舒适性。相比内遮阳，外遮阳系统在太阳辐射达到窗户前就被遮挡在外，并且由于在外遮阳设施与窗户之间有流动的空气把热量带走，热量不会有机会进入室内，更没机会形成热岛效应。而且内遮阳材料对室内环境有一定污染还会占用室内空间。所以，外遮阳在许多方面都是内遮阳无法比拟的。2.2.1水平遮阳水平遮阳是为最常见的一种外遮阳方式，主要用于遮挡正午是太阳高度角较大的阳光。对于水平遮阳，南窗在合适的构造尺寸下基本能满足夏季遮阳和冬季得热的综合要求。所以水平遮阳一般安装在南侧。图2-2为湖南大学土木院一栋建筑的水平遮阳系统。由一连串水平实心钢筋混凝土板组成。这样做不仅能很好的起到遮阳效果，还能增加建筑的美观性。图2-2水平遮阳2.2.2垂直遮阳垂直遮阳是在窗的两侧设置一定宽度的垂直方向的遮阳板，能够遮挡高度角较小的从窗户两侧斜射进来的阳光。垂直遮阳方式在湖南大学运用得最为普遍，几乎湖南大学的每一栋建筑你都能见到垂直遮阳的影子。其中由工程管理学院和综合楼最为突出。工程管理学院的建筑是采用在窗外建一面遮光墙体来实现垂直遮阳的；而综合楼则是将窗户安装在内测，再加上本身墙体很厚，墙体就自然成了垂直遮阳板。对于垂直遮阳,南窗夏季最理想的平均遮阳系数仅为水平遮阳的一半.而对于西窗,垂直遮阳几乎没有产生遮阳效果,相反却在较大程度上降低了冬季的太阳辐射得热。因此，对于南窗可以考虑水平和垂直两种遮阳方式结合使用，而西窗则不应采用垂直遮阳。图2-3垂直遮阳2.2.3自遮阳自遮阳一般指的是透光材料自身遮阳。目前，玻璃幕墙在我国得到了迅速发。然而玻璃幕墙是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是传统墙体失热损失的5～6倍，其能耗约占整个建筑能耗的40%左右，故玻璃幕墙的节能有极其重要的地位。人们对于玻璃幕墙遮阳也变得越来越重视。湖南大学复临舍的玻璃幕墙采用的是反光绝缘玻璃，有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜，从外观上看整片外墙犹如一面镜子。由于光线的反射，室内不受强光照射，图2-4玻璃幕墙视觉柔和。而且最大效果减少了阳光的直接照射，避免了室内过热，这也是能有效的缓解长沙夏季的烈日与高温的有效措施。然而，随着玻璃幕墙的发展，产生了许许多多的问题，其中最大的就是光污染和能耗问题。但这些也是可以得到有效解决的。比如选材选用毛玻璃等材质粗糙的，就能有效的缓解光污染问题；再者，使用双层或三层中空玻璃，这对于建筑的节能有着显著效果。2.3绿化遮阳绿化遮阳就是运用植物作为遮阳的“构件”，在建筑的外围形成一道活动的、生机勃勃的遮阳形式，它可以在不破坏建筑外立面的整体形式的基础上，既有遮挡辐射、美化环境等功能，而且还具备改善局部气候、调节空气湿度、降低噪声污染、防止灰尘侵袭的功能。湖南大学位于岳麓山山脚，并且湖南大学本身绿化就做的非常好，所以绿化遮阴在湖南大学是随处可见。下图为湖南大学前进楼的绿化遮阳。图2-5绿化遮阴3.自然采光自然光是取之不尽，用之不竭的清洁能源，它在很多方面都是人工光源无法替代的。像现在许多的节能灯或LED灯，发出来的基本都是单色或双色光，人们接触的时间长了会感觉到不舒服。而太阳光各个光谱都有涉及，所以自然光是最令人舒服的，也是我们接触最多、最熟悉最习惯的。并且利用自然采光又能很好的起到节能效果。自然采光是建筑设计中必不可少的一项。但自然光是难以控制和利用的，如果使用不当，可能会导致过度的热，而令人不适的眩光，同时也会损坏建筑材料。要想成功的利用自然光，就应该将光线用在需要的地方。同时也要避免过度的对比度、眩光、不必要的热和过高的照明。一般来说，采光口的设置根据建筑空间造型的不同要求而定。按其位置可以分为屋顶采光和侧墙采光两大类。3.1屋顶采光屋顶采光其优势在于可以最大限度地利用不同高度、不同方位的太阳光，不仅光线柔和、均匀，能保证充分的室内采光，而且其效果强烈，艺术表现力强。屋顶采光按采光口的位置分，主要有集中式和分散式两种。3.1.1集中式屋顶采光集中式屋顶采光是指在屋顶位置处只设置一个采光口，太阳光通过这个采光口进入室内空间，达到采光要求及艺术体验。太阳的直射光通过穹顶进入室内，形成柔和的漫射光，使室内空间产生了宁静肃穆的气氛。现如今已有丰富多样的集中式屋顶采光形式，如半球型、拱型、锥型、单坡面、双坡面、圆形孔洞、方形孔洞等各种形式；透光材料主要有透光玻璃、半透光玻璃、彩色玻璃、蚀刻玻璃、加铅玻璃、阳光板以及各种膜结构材料等。湖南大学也有多处建筑采用了这种集中式屋顶采光方式，比如说复临舍、法学院以及湖大图书馆等。图3-1集中式屋顶采光图3-2分散式屋顶采光3.1.2分散式屋顶采光相对于集中式的单个洞口，分散式的多个洞口在设计上更加自由。分散式屋顶采光可以不拘泥与形式，能充分发挥设计者的想象力，创造出更加丰富优美的屋顶形态、优雅多变的建筑体形。湖南大学虽然用的不多，但在一些建筑中也有少量运用。3.2侧墙采光侧墙采光相对于屋顶采光方法简单，灵活多样，也运用的更为广泛。当然，侧墙采光也有一些要注意的问题，除洞口尺寸、位置、透光材料、构造做法影响侧墙采光效果外，朝向也是一个重要的影响因素。3.2.1集中式玻璃幕墙采光前面已经提到，玻璃幕墙遮阳已越来越受重视。遮阳虽说是一方面，但玻璃幕墙最主要的目的还是采光。采光玻璃幕墙手段能使建筑室内空间获得足够的光线，产生通透、亮丽的视觉感受。如湖南大学复临舍前后都采用玻璃幕墙，作为一栋教学楼，白天自然光能充分照射进来，给学生提供一个良好的光环境。3.2.2落地窗采光落地窗在湖南大学也很常见。采用这种方法也是为了让阳光更大限度的透射进建筑物内，以至于达到更好的室内光环境。图3-3为湖南大学法学院，这栋建筑采用了落地门窗的形式。侧墙采光还包括了分散式侧墙采图3-3落地窗采光光，其中还有我们最熟悉的立窗采光，这里就不一一介绍了。4.自然通风自然通风是指利用空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使空气流动而进行的通风换气。这是一项传统的建筑防热技术，在世界各地的传统民居中，得到了广泛的应用。自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。空调的产生，使人们可以主动的控制居住环境，而不是象以往一样被动的适应自然；空调的大量的使用，使人们渐渐淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天，迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下，全球的科学家不得不重新审视自然通风这一传统技术。在这样的背景下，把自然通风这一传统建筑生态技术重新引回现代建筑中，有着比以往更为重要的意义：自然通风不仅能够有效的实现室内环境的降温，还能够节约常规能源、减少环境污染，同时还能够极大的改善室内环境品质。4.1太阳能强化自然通风太阳能强化自然通风，充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。其利用太阳的热量，加热采热构件，并使建筑内部的空气上升，形成热压，引起空气流动。这也就是所谓的烟囱效应。如图4-1为湖南大学复临舍，玻璃幕墙与各楼层之间有一定空间间隙，这样做不仅能达到更好的采光效果，还使得各楼层之间的空气可以相互流通，犹如一个通风井。夏天的时候，玻璃幕墙受太阳辐射温度升高，加热通风井空气温度，使内部空气上升并从上部开口排出，在井内形成负压，迫使各层走道的空气流向通图4-1太阳能强化自然通风风井，形成自然通风，同时带走过道内的热量。4.2屋顶的自然通风在炎热地区，就像长沙，屋顶的得热量是不容忽视的，尤其对顶层产生极大的影响。对屋顶适当的采取自然通风的措施，能有效的利用风的流动，带走蓄积于屋顶的热量。对于湖南大学的一些老建筑，一般是在在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上，利用中间的空气间层带走热量，达到屋面降温的目的，另外架空板还保护了屋面防水层；再者就是利用坡屋顶自身结构，在结构层中间设置通风隔热层，也可得到较好的隔热效果。对于新的建筑，由于一般采用的都是平顶屋顶，所以一般是采用在屋顶种植植被来进行隔热降温。这样做不仅可以有效地阻挡阳光的直接照射，避免对屋顶的直接加热，起到了很好的隔热效果。而且水分的蒸发能带走很大部分的热量。图4-2屋顶的自然通风隔热5.结论由于当今能源危机的逐渐加剧，再加上建筑能耗所占比列之大，建筑节能已经成为当今世界的一个热点话题，也是评价一栋建筑可持续的一个最重要的指标。所以必须要从可持续发展的战略出发，使建筑尽可能少地消耗不可再生资源，降低对外界环境的污染，并为使用者提供健康、