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适应夏热冬冷地区气候的建筑表皮之可变化设计策略研究

李保峰  
【摘要】:中国夏热冬冷地区气候变化极端,若简单使用寒冷地区或炎热地区的建筑 设计策略将陷入“顾此失彼、难以两全”的境地。作者认为,建筑表皮的“可 变化”部分具有满足冬、夏季节全然不同之要求的潜力。因此,本论文选择“可 变化的建筑表皮”为研究对象。 本论文从 3 个方面展开研究: 首先,作者总结了中国夏热冬冷地区的气候特点并调查了该地区的建筑现 状及能耗状况。结合与中国北方地区、欧洲及北美地区太阳能资源的对比,探 讨在中国夏热冬冷地区应用被动式太阳能的可能性,通过对住户、建筑师及建 筑物的调查及经济分析,深入了解被动式太阳能在该地区发展缓慢的原因。 其次,作者沿着历史的脉络对建筑表皮的发展过程进行了回顾,并对建筑 表皮的基本问题进行了梳理,发现仿生学及传统建筑对当代建筑师的启示,作 者还对玻璃的特性展开了深入的分析,发现在夏热冬冷地区建筑设计中玻璃运 用的悖论,并由此得出一个基本结论:在夏热冬冷地区不能指望用某种材料来 解决不同季节之全然不同的要求,使该地区建筑适应气候的唯一办法是采用“可 变化的策略”。 本文的核心部分是从可操作角度对“可变化之设计策略”的深入研究,内 容包括“住宅窗户、玻璃幕墙以及玻璃采光顶”3 部分,结合中国国情,本研究 重点探索普通材料及适宜技术的应用。 在“住宅窗户”一章中,作者做了大量调查统计,揭示了夏热冬冷地区住 宅窗户设计普遍存在的问题,利用标准实验房对比实验的方法发现了传统遮阳 板存在的问题,并在冬、夏两个季节对多种窗户系统进行了对比测试和经济分 析,其内容包括不同材料、不同色彩、不同构造方式、不同空间位置等,找出 了价格适中、构造简单、耐候性好、并有利于夏季防热和冬季保温的窗户附加 构件。 在“玻璃幕墙”一章中,作者先将普通玻璃幕墙与双层玻璃幕墙进行了对 比测试,发现了在遵循正确使用方式的前提下双层玻璃幕墙在气候适应性方面 I WP=5 摘 要 的优势,继而又进行了大量双层玻璃幕墙之不同构造关系的对比实验,对不同 空腔间距、不同遮阳模式、不同通风模式、不同风口状况、遮阳帘的不同材料、 遮阳帘的不同空间位置等一系列构造做法进行了夏季及冬季实验,结合对空腔 温度、空腔风速、室内温度、玻璃各表面温度以及主动制冷时设备耗电情况的 分析,发现了若干对于双层玻璃幕墙理解上的误区,得出了若干独创性的结论。 作者还将实测结果与用相对成熟的能量模拟软件所做的模拟进行了对比研究, 发现了能量模拟软件之于新构造系统的局限性。 在“水平采光顶”一章中,作者首先调查了夏热冬冷地区采用水平采光顶 的若干已建成建筑。测试数据显示,在这类建筑中存在着严重的夏季过热问题。 作者分别用软件模拟及标准实验房对比测试的方法深入研究了与建筑水平采光 顶之气候适应性有关的一系列问题,这些问题包括:玻璃采光顶的倾角、水平 方位角、遮阳的材料、遮阳的位置、遮阳板的角度、遮阳与通风的关系、淋水 的作用等。通过量化研究,作者得出一系列对于夏热冬冷地区水平采光顶设计 具有指导意义、并具有经济可行性及可操作性的结论。 在本项研究中作者在夏热冬冷地区多个城市及乡村进行了大量的调查、实 测和访谈,并坚持 2 年在武汉最热的夏天及寒冷的冬天进行了大量实验室对比 测试,在上述研究的基础上,作者提出了夏热冬冷地区“可变化表皮”设计的 理念、原则及设计策略。本研究的出发点系源于对生态的关注,研究采用的是 实验技术手段和定量与定性相结合的方法,对部分内容又进行了软件模拟,研 究结论不仅具有生态上的意义,同时也为建筑师的创作提供了新的源泉。


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