气候适应性设计策略.ppt

气候适应性设计策略 1 气候适应性设计2 建筑气候要素 太阳辐射 风速和风向 空气的温度和湿度 降水和地表温度3 气候分类及建筑特征 柯本气候分类法 斯欧克莱气候分类法4 建筑群体的气候适应性设计策略5 建筑单体的气候适应性设计策略 北京四合院气候特征 四季分明 春季干旱 夏季炎热多雨 秋季天高气爽 冬季寒冷干燥 风向有明显的季节变化 冬季盛行西北风 夏季盛行东南风 建筑特点 入口东南 院落采光 避风保温 苏州住宅气候特征 温暖潮湿多雨 季风明显 四季分明 冬夏季长 春秋季短 建筑特点 天井窄高深 采光拔风 干阑式住宅 云贵 气候 雨量丰富 终年温暖 四季常青建筑特点 居住面用支柱架离地面的楼层 需登梯而上 四川山地住宅气候 炎热多雨 潮湿建筑特点 布局灵活 敞开外露 多外廊 深出檐 窗口开孔大 穿斗式 气候适应性设计 就是要在建筑设计中充分利用气候资源 发挥气候的有利作用 避免气候的不利影响 达到不用或少用人工机械设备创造健康舒适环境的目的 最终实现减少不可再生资源消耗和保护生态环境的目标 是实现建筑节能的根本保证和前提 2 建筑气候要素太阳辐射 直接辐射 散射辐射 决定建筑的朝向 间距 采暖 降温 日照 遮阳 城市直接辐射比郊区少 城市气温比郊区高 并易形成热岛 风速和风向 风分为全球性的大气环流和地方风 风速用风玫瑰图表示 城市风速比郊区小 风向不稳定 风速和风向 空气的温度和湿度 温度与一年四季变化温度与一天冷热变化 如地表在白天吸收太阳辐射温度升高加热空气 夜间受天空辐射冷却温度下降冷却空气 城市温度比郊区高 湿度比郊区低 降水和地表温度 降水收集 利用 排除 避免降水危害等 城市降水比郊区多 尤其是对流性降水 地表温度与太阳照射有关 3 气候分类及建筑特征 柯本气候分类法 考虑了气温和降水 还参照了生物植被的分布 斯欧克莱气候分类法 以气温和湿度来划分 常用的方法 4 建筑群体的气候适应性设计策略 13种 4 1利用通风廊道降温4 2利用建筑群相互降温4 3利用太阳罩保证邻近建筑所需日照4 4注意高层建筑形状引起的各种风效应4 5根据气候的类型权衡街道的方向4 6利用玻璃顶街道实现空间转换和采光4 7安排建筑的疏密以促进或阻滞空气流动 4 8顺着寒风渐高布置可减少建筑的热损失4 9利用采光罩保证邻近建筑的天然采光4 10建筑群沿东西延伸布置有利于冬季采暖4 11利用绿化或水体冷却空气4 12利用防风物或建筑抵御风的侵袭4 13利用顶部遮阳抵御夏季太阳暴晒 4 1利用通风廊道降温如果城市周围郊区有带状的植被或水域 将街道或室外空间安排成通风廊道 有利于建筑群降温和空气污染物排走 通风廊道的布置1 以城市的一个或几个中心向郊区辐射2 形式可以是宽阔的林荫道3 形式也可以是不小于100m宽的开敞的直线形公园说明 绿化带的面积应占被降温城市面积的40 60 4 1利用通风廊道降温 波托马河 4 2利用建筑群相互降温遮阴冷却效果与街道朝向 宽度 建筑高度和太阳高度角有关 岭南冷巷气候特征 高温多雨为主要气候特征 大部分地区夏长冬短 终年不见霜雪 太阳辐射量较多 日照时间较长 4 3利用太阳罩保证邻近建筑所需日照以太阳的直射光线为依据冬至日 12月21 早上九点和下午三点的太阳位置确定太阳罩西北和东北的限制界面 以夏至日 6月21日 早上九点和下午三点的太阳位置确定太阳罩西南和东南的限制界面 4 4注意高层建筑形状引起的各种风效应下漩涡效应 注意气候特征 高层建筑设置裙房减缓下漩涡效应 转角效应与建筑的高度 宽度有关尾流效应高层建筑与周边建筑的高差有关峡口效应与迎风建筑的高度有关 设计高层建筑时应注意 1 高层建筑应有较圆形的适于空气流动的平面外形 并使其窄面朝向主导风向或与风向成斜角 2 建筑高度最好小于上风向建筑平均高度的二倍 3 如果建筑比其上风向的相邻建筑高很多 其迎风面就应设水平突出物并呈阶梯退台状 以减弱下冲涡效应 阶梯或退台在垂直方向应从高于街道6 10米的地方开始 在水平方向从裙房街墙到塔楼外墙至少应为6米 4 5根据气候的类型权衡街道的方向 4 6利用玻璃顶街道实现内外空间转换和采光相关因素 街道宽高比 建筑外墙反光系数 屋顶结构 玻璃的类型 4 7安排建筑的疏密以促进或阻滞空气流动影响街道风速的主要因素是街道的宽度和建筑迎风面的面积 4 8顺着寒风渐高布置可减少建筑的热损失 渐变布置建筑群时 前后建筑之间的高度渐变或两个区域之间的高度渐变不应超过100 因此 在建设高度不同的街区时 各街区之间的边界应选在其中心处 如果建筑高度转变发生在街道 街道上的风会更大 更强烈 4 9利用采光罩保证邻近建筑的天然采光以空间视角为依据 4 10建筑群沿东西延伸布置有利于冬季采暖 东西向建筑群间的间距 4 11利用绿化或水体冷却空气 利用绿化或水体来冷却空气 有两种布置方式 一是将建筑区与周边绿带或水体区以通风廊道连接 二是将建筑区与绿化区或水体区交织布置 气候类型 干热 湿热 安徽宏村 4 12利用防风物或建筑抵御风的侵袭在寒冷地区 创造良好的室外环境 需防风和争取充足日照 防风设计有两种方式 一是利用高的建筑物或受风影响关系不大的建筑挡风 二是布置专门的防风物 如树木 围墙 篱笆等 注意 要考虑风向 方式一 篱笆作为防风物时 树木作为防风物时 布置建筑防风经验 建筑群下风侧的风速减少区域在建筑高度的3 4倍范围内 而在其后达到最小 减少了75 80 并沿着下风向逐渐增加 4 13利用顶部遮阳抵御夏季太阳暴晒方式有二 一是遮阳廊道 可以是百叶遮阳 植物遮阳等 二是在室外或建筑之间形成专门的顶部遮阳空间 泉州市中山路骑楼街道 第 建筑气候区该区建筑基本要求应符合下列规定 一 建筑物必须满足夏季防热 通风降温要求 冬季应适当兼顾防寒 二 总体规划 单体设计和构造处理应有利于良好的自然通风 建筑物应避西晒 并满足防雨 防潮 防洪 防雷击要求 夏季施工应有防高温和防雨的措施 5 建筑单体的气候适应性设计策略 17种 5 1利用 移动 适应不同时节的气候5 2利用阳光和风向安排户外空间的位置5 3利用水平或垂直遮阳层为建筑提供遮阴5 4利用集合式布置减少建筑能耗5 5利用风压和热压通风冷却建筑物5 6利用短进深房间保证侧面采光5 7延伸东西向平面或利用错层争取日照5 8利用中庭 天井或反光檐为大进深房间提供采光5 9利用热分层或分区布置房间5 10利用气候缓冲区布置房间5 11利用光分层或光分区布置房间5 12利用直接受益或附加日光间采暖 5 13利用对流环路和蓄热墙采暖5 14利用屋顶水池采暖或降温5 15利用捕风器或夜间通风蓄冷降温5 16利用蒸发冷却塔或周边水域对空气降温5 17利用覆土实现建筑内冬暖夏凉环保的空中楼阁 伦敦通天塔世界上最环保的建筑 美国加州科学院大楼 5 1利用 移动 适应不同时节的气候这里的 移动 隐含两层意义 一是指人本身从一个地方移动到另一个地方以适应气候变化 二是指利用可移动的构件调节气候 5 1利用 移动 适应不同时节的气候 5 2利用阳光和风向安排户外空间的位置根据气候类型 户外空间的安排主要考虑日照 遮阳 避风 通风 地形条件 山丘上矛盾焦点 自然景观方向是东南向 冬季主导风向西南目的 保护主立面大面积玻璃窗 同时无扰动气流的室外空间 5 3利用水平或垂直遮阳层为建筑提供遮阴 在温带地区夏季和热带地区全年 一天中大部分时间里太阳高度角较高 顶部水平遮阳比垂直遮阳以及建筑间的相互遮阴更为重要 然而 对于上午和下午低角度阳光而言 垂直遮阳较水平遮阳更有效 形式 不透明的或百叶型的活动的或固定的落叶性藤蔓植物 5 4利用集合式布置减少建筑能耗 建筑的体型系数被定义为建筑外露面积与其围合体积之比 建筑外表面积相同的情况下 高层建筑较底层建筑有小的体型系数 大型建筑较小型建筑有小的体型系数 条式建筑物的体形系数不应超过0 35 点式建筑物的体形系数不应超过0 40 夏热冬冷地区居住建筑的节能设计标准 5 5利用风压和热压通风冷却建筑物设计风压通风时 首先注意室外风向 其次要注意建筑平面布置要通透 再次要注意通风口位置和大小 热压通风则是一种重要的降温方式 它是一种依靠重力作用的通风系统 与建筑朝向的关系不大 热压通风冷却效果与进出口的面积 高差 空气温度差有关 高大的房间和烟囱可以强化热压通风 5 5利用风压和热压通风冷却建筑物 5 5利用风压和热压通风冷却建筑物 英国Garston的建筑研究机构办公楼 奔驰公司办公楼地点 德国柏林 5 6利用短进深房间保证侧面采光侧窗采光与窗的高度和大小 房间内表面反光系数 玻璃透光率 室外遮挡状况有关 其效果随进深增加而降低 例如 图书馆设计采用自然采光单面采光的书库进深一般不超过8 9m 双面采光一般不大于16 18m 5 7延伸东西向平面或利用错层争取日照 5 8利用中庭 天井或反光檐为大进深房间提供采光影响中庭或天井采光因素最重要的是比例尺寸 矮而宽的天井比高而窄的天井有更大的天空视角 高纬度地区的天井通常相对宽大 而低纬度地区相对狭小 5 9利用热分层或分区布置房间 5 10利用气候缓冲区布置房间在建筑设计中 如果将那些使用频率不高或对温度稳定性要求不高的房间 如储藏室 停车库 交通空间等布置在建筑的外层或与室外气候相邻 就可以对内层房间起到保温隔热和气候缓冲 5 11利用光分层或光分区布置房间房间的自然采光随着层高的增加而增加 形成垂直方向上采光的差别 二是在同一楼层中离外窗近处比离外窗远处采光要好 5 12利用直接受益或附加日光间采暖设计直接受益式采暖时 要求外围结构有较高的保温能力 室内有足够的蓄热体 窗扇的密封性能要好 最好配有活动可控的夜间保温装置 设计日光间采暖时 要注意以下几个方面 一是蓄热体的材料与面积 蓄热体的面积与窗玻璃的面积比至少应是3 1 二是注意蓄热体的颜色 在日光间中 蓄热体通常为深色较好 三是要注意共用墙上通风口的大小 若是门 为玻璃面积的10 若窗 为15 若成对的通风孔 为6 5 13利用对流环路和蓄热墙采暖对流环路可以在墙体 楼板 屋面 地面上应用 例如双层玻璃蓄热墙是直接受益和对流环路两种采暖方式在墙体中的综合应用 双层皮幕墙种类 按通风形式划分 外循环 内循环 自然通风 机械通风 外循环双层皮 内循环双层皮 宽通道双层皮幕墙 宽通道双层皮幕墙 通风墙体 夏季 冬季 通风墙体 干挂瓷板面砖 干挂彩釉玻璃幕墙 干挂式背通风外墙保温隔热体系外墙面设龙骨 以多种增强板作面层装饰龙骨间填保温材料在龙骨上安装复合好的保温装饰板 MoMa 万国城 所有外窗统一规格尺度 而且窗间距也相同 建筑外墙以特殊工艺处理的无光黑 白两色玻璃和纯铜板做幕墙装饰 保温形式 100mm复合聚苯板 表面有铝箔反射层 干挂彩釉玻璃幕墙 中间10cm空气层 通风墙体 德国Erlangen市市政厅大楼 加拿大Bombardier飞机公司组装厂 瑞士Wasag大楼 通风墙体 北京奥运村实验房 山东建筑工程学院梅园公寓 5 14利用屋顶水池采暖或降温屋顶水池兼具采暖和制冷的能力 对于多晴天的低纬度地区特别有用 屋顶水池通常由10 25 深的水袋放在平坦的金属板上形成 其下侧形成天花表面 而顶部覆盖可移动的保温隔热层 5 15利用捕风器或夜间通风蓄冷降温捕风器有两个优点 因其位置高 面对的风速较大 获得相同通风量时 捕风口面积可比通风窗面积略小 可捕捉任何方向的风 对建筑朝向没有严格要求 5 15利用捕风器或夜间通风蓄冷降温 5 16利用蒸发冷却塔或周边水域对空气降温 5 17利用覆土实现建筑内冬暖夏凉 西方公共建筑中的掩土建筑 荷兰Delft技术大学图书馆 作业 运用所讲到的策略分析生态建筑实例 可以在几个实例中就一种或几种策略横向比较 也可在一实例详细解读多种策略 字数2500 3000 例子 招商3 厂房绿色建筑设计竞赛 1 设计重点 对外部通风条件的最佳呼应 垂直分区式通风策略 有功能 的遮阳 灰空间的遮阳 休闲 景观一体化 3 其他 1 2 2 设计方法 设计理念 模拟 设计 建筑师的主观控制 技术工程师的客观模拟 结果 反复深入过程 充分完善设计 3 设计步骤 对改造方案的室外风场模拟 得出室外风场特点基于第一次模拟的初步构思设计对于初步构思方案的室外风场模拟 得出室外风场数据基于第二次模拟的室内风场模拟 得出室内风场环境基于第三次模拟的设计调整与深入基于设计调整与深入的热压拔风模拟基于第四次模拟的风压 热压结合计算基于计算的设计再调整与再深入 第一次模拟 初步设计 第二次模拟 第三次模拟 设计调整 第四次模拟 通风结合计算 设计再调整 通风策略 遮阳策略 评价分析 对改造方案遮阳的评价思考以及设计构思对设计构思的遮阳模拟设计调整采光系数模拟及计算 初步构思 遮阳模拟 反复进行 得出最优状态 设计调整 验证模拟 风压通风 热压通风 风压热压结合 4 通风策略 第一次模拟 对原有改造方案的外部风场模拟 7 5M高度风压分布 项目评价 7 5M高度风速分布 4 通风策略 旧厂房规划中建筑间距离过于小 厂区通风不良 模拟中看出建筑之间几乎成为准静风区 改造后建筑进深过大 在建筑内部组织气流困难建筑进深 建筑高度比值远大于5 风压通风不利 2 准静风区 4 通风策略 通风构思 垂直风速分布图 4 通风策略 南北压差随着建筑高度的增高而增大 顶部压差最大 底层压差最小 垂直风压分布图 通风策略 垂直分区通风策略 下面几层热压通风 上面层风压通风 1 2 4 通风策略 对室外风场的优化与压通风效果的加强 开设通风廊道改善室外风场环境加强风压通风的效