建筑环境分析

建筑热环境分析及优化设计

建筑热环境分析及优化设计典型案例热环境分析（大师作品）优化设计总结一、典型案例热环境分析（大师作品）托马斯·赫尔佐格作品托马斯·赫尔佐格先生(ThomasHerzog)是德国著名的建筑师和建筑学教授。他以其关注技术、注重生态的建筑设计享誉世界。托马斯·赫尔佐格很少把自己的创作愿望强加于环境之上，而是推测和听从生态环境的变化过程和循环，本着参与及合作的精神去做他的工作。他的生态建筑思想是人类和所有的人工制造物达到一个自然和人造自然的亲切和睦的境地。他始终坚持“从生态到建筑，从技术到自然”的原则，他已经把生态升华成一种思想和精神，并以此贯穿他一生的建筑设计过程。托马斯·赫尔佐格的设计不仅仅是一个鼓励的内部工作和外在形式；相反，他的设计扩大到影响建筑环境的所有方面及相互关系的塑造。另外，他十分注重和其他方面专业人士的紧密合作，通过对新材料、新构件、新系统和合适的设计工作的发展给予建筑设计活动更大的自由，并最终达到建筑与自然环境的统一协调，以及建筑自身的可持续发展。一、典型案例热环境分析（大师作品）大师作品分析内容1缓冲空间的营造2采光与遮阳的协调

3自然通风的组织

4.应变界面的构造（内外界面）托马斯·赫尔佐格的大量作品所遵循的生态建筑设计原理和策略：一、典型案例热环境分析（大师作品）

现代建筑物理学研究表明，使用者对于建筑空间的热舒适性不是一个恒定的指标而是一个区域，并且这个区域还由于季节、服饰、使用者的不同发生一定偏移。这也就是说，单纯使用机械空调措施并不能满足使用者舒适度的要求，而且大量消耗能源。营造缓冲空间就是根据建筑使用功能的区别，针对不同使用频率的建筑空间进行不同处理的设计原理。在赫尔佐格的作品中，常常把辅助空间或不能使用的消极空间作为缓冲空间来保证主要使用空间的舒适度，主要表现为几种策略：1缓冲空间的营造

一、典型案例热环境分析（大师作品）（1）鲜明的空间分区

赫尔佐格的作品总是把使用频率较少的辅助空间置于北向，利用保温良好的材料形成封闭空间。这样的缓冲空间既可以遮挡北来的寒风侵袭，也由于分时供能而最大现对的节约了能源。在青年教育中心的平面布局中，经常使用的客房空间置于在南向，而辅助的卫浴布置在北向，仅在使用时快速升温即可。一、典型案例热环境分析（大师作品）（2）中庭空间的营造

尽管中庭空间由于温室效应能在冬季发挥重要的保温作用，但是也常常因夏季过热需降温而消耗大量的能源。赫尔佐格认为：解决其过热的措施，可利用空间高度以形成足够的温差来带走热气流，同时维护结构一定要真正起到遮阳的作用。在霍次大街住宅开发项目中，在寒冷冬季，中庭收到太阳辐射而温度升高，能大幅度的减少临近住宅的取暖能耗；而夏季余量能够透过大厅屋顶上的开口排出室外，同时凉爽的空气从底层进入，以保证建筑能在夜里冷却下来。中庭空间发挥了良好的热缓冲的作用，从而使住宅空间的热环境相对稳定，从而节约能源供给。一、典型案例热环境分析（大师作品）（3）“温度洋葱”的措施

就是按照不同的使用温度要求，把不同使用空间从内向外依次布置。通过设置具有梯度的空间，达到最大限度的节能。在Pfalz的小别墅项目中，将需要保持较高温度的洗澡间置于建筑最深处，其他空间依次布置，最外层还设置太阳房作为室内外缓冲空间，以保证室内温度稳定。一、典型案例热环境分析（大师作品）2采光与遮阳的协调

最大限度地利用自然光不仅能够节约大量能源，还是使用者生理和心理舒适的基本要求。伴随着现代大体量建筑的出现，建筑空间往往忽视了对自然光的利用。但是，由于自然光的使用也容易伴随着过多的热量引入。因此，协调解决采光和遮阳是赫尔佐格作品的重要课题，其主要表现为两种策略：北向光线的利用，采光与遮阳的转换。

林茨的设计中心一、典型案例热环境分析（大师作品）（1）北向光线的利用

北向光线属于漫射光，且带有的太阳热量较少，因此在赫尔佐格的作品中被大量使用。其常用手法是通过反射作用，把北向光线均匀引入室内。在汉诺威26号展厅中，为了给高大展览空间提供质量的均匀照明，光线通过大面积北向天窗上的百叶，折射到展馆室内屋顶上巨大“反射板”而引入更远的公共区域，从而使光线均匀分布。在林茨的设计中心项目中，通过在屋顶上的一种塑料格栅，将北面光线反射、折射进入室内，而将南侧直射光线过滤，这样就使展示区获得高标准的采光，且不牺牲室内热舒适度，也不增加额外能耗。汉诺威26号展厅一、典型案例热环境分析（大师作品）（2）采光与遮阳的转换

南向日照是建筑主要的采光、得热来源，但是过多的日照也会影响室内舒适度。在赫尔佐格的作品中，常常将南向采光与遮阳相结合，根据实际情况进行采光与遮阳的调节转换。在建筑工业养老金基金会扩建项目中，一种特殊的片状金属板（光偏转构件）被用在建筑立面上。在北立面，金属板可将自然光反射到房间内部的顶棚上；而在南立面，在天空阴暗时将顶光反射到楼地板底面上，当阳光照射强烈时，构件则转到垂直方向发挥遮阳板的作用。另外，汉堡亚特兰办公楼外立面的可滑动的遮阳板及奥斯那布吕克的环境信息中心的屋顶天窗遮阳百叶也表现了采光与遮阳的协调转换。建筑工业养老金基金会扩建一、典型案例热环境分析（大师作品）

自然通风是在满足建筑换气量的同时并不增减额外能耗而是建筑降温，从而提高室内舒适度。相对于现今大量使用的机械通风和制冷来说，自然通风具有方便、清洁的优点，但是也具有低效的缺陷。在赫尔佐格的作品中，一方面最大限度地利用和组织自然通风，另一方面也把机械通风作为必要的补充，进而满足室内舒适度的要求。这里重点分析其组织自然通风的方法。大致可分为：一般建筑的通风，大厅型空间的通风，高层建筑的通风。3自然通风的组织

奥斯那布吕克的环境艺术中心一、典型案例热环境分析（大师作品）4.应变界面的构造

有学者评价赫尔佐格的建筑作品“发挥主要作用的不是结构，而是动态而变化的表皮，它与特定场所发生联系，对变换的环境做出回应。”我们认为，在赫尔佐格的作品中，不仅仅是表皮发挥了构造良好的室内舒适环境，而是由内向外的各个界面共同构建了一个与自然相协调的生态环境。建筑界面存在的目的是分隔不同的空间质地，阻断光线和热量的交流、隔绝声音、遮蔽雨水等，同时，界面还作为不同空间质地的中介物，有将若干空间质地在不同空间之间转移传递的作用，如采光、通风、采声等。二、优化设计

一、通过围护结构的显热得热通过围护结构的显热得热通过非透明围护结构的热传导通过玻璃窗的得热外表面对流换热外表面日射通过墙体导热两种方式机理不同二、优化设计(一)非透明围护结构的热平衡由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。二、优化设计通过非透明围护结构的热传导

非均质板壁的一维不稳定导热过程：

边界条件：

初始条件:t(x,0)=f(x)

其中内表面长波辐射：

x=0x=Qenv二、优化设计通过非透光围护结构的热传导

板壁各层温度随室外温度的变化二、优化设计建筑的供暖/冷方式——对流换热

通过向建筑内送入经过冷热处理的空气实现

——辐射换热

通过在建筑内设置冷热固体辐射板实现二、优化设计玻璃窗的种类与热工性能

窗框型材有木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等；玻璃层间可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层；玻璃层数有单玻、双玻、三玻等，玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各种辐射阻隔性能的镀膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。二、优化设计通过玻璃窗的长波辐射夜间除了通过玻璃窗的温差传热外，还有由于天空夜间辐射导致的散热量采用low-e玻璃可减少夜间辐射散热

通过玻璃窗的温差传热量和天空长波辐射的传热量可通过各层玻璃的热平衡求得长波辐射导热和自然对流换热长波辐射室内表面对玻璃的长波辐射对流换热二、优化设计遮阳方式

现有遮阳方式内遮阳：普通窗帘、百页窗帘外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控我国目前常见遮阳方式内遮阳：窗帘外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬二、优化设计外遮阳和内遮阳有何区别?外遮阳：只有透过和吸收中的一部分成为得热内遮阳：遮阳设施吸收和透过部分全部为得热对流透过反射反射对流透过二、优化设计通风双层玻璃窗，内置百页二、优化设计双向通风窗室外新鲜空气室内空气送风排风外层玻璃内层玻璃室内送风口室内排风口中间层玻璃室内室外二、优化设计门窗节能优化设计

住宅设计优化门窗所选用材料1、控制窗墙比。2、推开窗，缝隙处设橡皮、毡片等密封条，提高气密。3、用塑钢窗提高窗框保温性能。4、利用低辐射（Low-E）中空玻璃增加玻璃部分的保温能力。门窗缝隙三、建筑热环境分析及优化设计总结节约能量、降低总能耗设计。

应该尽可能再利用和循环利用废弃物，避免轻易抛弃废弃物。严格遵守相应的健康和安全法规，以免对使用者造成不