濟(jì)南住宅建筑氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)策略研究

200812.30引題（從系統(tǒng)論的角度來(lái)說(shuō)）系統(tǒng)定義：由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體。在這個(gè)定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個(gè)概念，表明了要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三方面的關(guān)系。

我們是處在一個(gè)連續(xù)的空間與時(shí)間的系統(tǒng)之中，一個(gè)在全球范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)著的能量與質(zhì)量系統(tǒng)，形成一種人與建筑物的特殊環(huán)境，建筑物可以消耗能量或改變能量流與質(zhì)量流已造成一種新環(huán)境，在此環(huán)境與自然氣候之間不但存在著一定的聯(lián)系而且人們進(jìn)進(jìn)出出，川流不息。我們可以把建筑物看成是一種有機(jī)系統(tǒng)或有機(jī)體；它具有一整套相互有關(guān)的部件與子系統(tǒng)、控制設(shè)備、反饋裝置、貯存能量與產(chǎn)生能量的設(shè)施以及對(duì)環(huán)境變化作出一些動(dòng)態(tài)反應(yīng)。而我們要做的是研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動(dòng)的規(guī)律性

所以，如果要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)，我們所做的每一個(gè)方面都必須遵從生態(tài)系統(tǒng)的基本原則。這個(gè)基本原則永遠(yuǎn)是一個(gè)過(guò)程的規(guī)則，正如FritjofCapra在《生命之網(wǎng)》中所做的極好的闡述：我們感知的形式實(shí)際上實(shí)模式，而模式是關(guān)系的結(jié)構(gòu)，關(guān)系又是相互的過(guò)程，這種過(guò)程包括能量和信息的交換、處理和儲(chǔ)存。氣候與建筑熱環(huán)境我們周?chē)蟛糠纸ㄖ及循h(huán)境控制系統(tǒng)隱藏起來(lái)，從而使居住著脫離了我們室外環(huán)境生活的節(jié)奏。因而研究氣候與建筑設(shè)計(jì)的關(guān)系顯得非常重要，建筑這個(gè)有機(jī)系統(tǒng)的每一項(xiàng)運(yùn)作都將能修繕人與其周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)的關(guān)系。盡管不能定量，但建筑設(shè)計(jì)對(duì)生態(tài)健康的間接影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)能源保護(hù)的直接影響，因?yàn)檫@種影響可以幫助人們發(fā)現(xiàn)或修繕這種重要的關(guān)系，而在某種程度上，關(guān)注導(dǎo)致行動(dòng)。建筑氣候設(shè)計(jì)是使建筑物適應(yīng)氣候特點(diǎn)、創(chuàng)造適宜的室內(nèi)氣候以及與氣候效應(yīng)相協(xié)調(diào)的建筑形式的學(xué)科。它涉及建筑規(guī)劃、平面布局、空間組織、結(jié)構(gòu)形式、建筑設(shè)備及施工組織等各方面。建筑師在設(shè)計(jì)過(guò)程中所選擇的優(yōu)化方案，需要認(rèn)真考慮建筑物所處地區(qū)的氣候條件，針對(duì)建筑室內(nèi)物理環(huán)境的專(zhuān)門(mén)要求，經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析計(jì)算，給出室內(nèi)外氣候的評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究建筑熱環(huán)境和氣候的關(guān)系，目的是創(chuàng)造舒適的居住空間，也是建筑師和建筑環(huán)境工程師的職責(zé)。這需要在設(shè)計(jì)階段正確分析氣候要素對(duì)建筑的影響，掌握室外氣候和人的生理活動(dòng)之間的關(guān)系。同時(shí)，在設(shè)計(jì)階段也應(yīng)該對(duì)建筑能耗問(wèn)題有充分的考慮。盡管許多建筑設(shè)計(jì)者己意識(shí)到建筑能耗所帶來(lái)的結(jié)果，卻不能應(yīng)用能量的觀點(diǎn)生成形式，而不僅僅把能耗作為一種必須滿(mǎn)足的限制條件?，F(xiàn)狀分析（主要能耗之一：采暖、空調(diào)能耗分析）目前，我國(guó)采暖、空調(diào)能耗已占全國(guó)能源消費(fèi)總量的27.6％。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，采暖、空調(diào)能耗還將繼續(xù)增加。近30年來(lái)能源界的研究和實(shí)踐證明，建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足這對(duì)矛盾的最有效措施之一。因此，正確計(jì)算采暖、空調(diào)能耗，用能量的觀點(diǎn)生成建筑形式和空間，合理節(jié)約采暖、空調(diào)能耗，有利于改善建筑熱環(huán)境，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源利用效率，從根本上扭轉(zhuǎn)建筑用能?chē)?yán)重浪費(fèi)的狀況，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的戰(zhàn)略，貫徹有關(guān)政策和法規(guī)做出貢獻(xiàn)。（解決之一）應(yīng)用近10年的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，選出了平均月。研究了山東地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)年氣象參數(shù)的構(gòu)成方法，求出了全省各地的采暖度日數(shù)和空調(diào)度日數(shù)，探討了采暖度日數(shù)和空調(diào)度日數(shù)的分布特征。發(fā)現(xiàn)濟(jì)南的空調(diào)度日數(shù)達(dá)最高，這為計(jì)算采暖能耗和空調(diào)能耗，研究建筑節(jié)能，提供前提。（解決之二）分析研究濟(jì)南生物氣候設(shè)計(jì)策略，用建筑設(shè)計(jì)手段改善建筑熱環(huán)境，節(jié)約能源。采暖空調(diào)度日數(shù)的分布特征度日的定義是每日的平均溫度與規(guī)定的基準(zhǔn)溫度每日1℃的離差。因此，某一天的度日數(shù)，就是該天的日平均溫度與基準(zhǔn)溫度的差值。采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)年的氣象數(shù)據(jù)，冬季以18℃為基準(zhǔn)的采暖度日數(shù)HDD18、夏季以26℃為基準(zhǔn)的空調(diào)度日數(shù)CDD26可分別應(yīng)用公式（6）、（7）計(jì)算。

從上述研究結(jié)果可以看出，山東采暖空調(diào)度日數(shù)有下列分布特征。濟(jì)南北靠黃河，南依泰山，處于凹處，城市熱島效應(yīng)顯著，因此其空調(diào)度日數(shù)高達(dá)170℃·d，為全省之最，濟(jì)南歷來(lái)就有“四大火爐”之稱(chēng)。冬季采暖期為101天，采暖度日數(shù)為1757℃·d。所以，如果能利用氣候條件做個(gè)系統(tǒng)分析，夏季通風(fēng)解決的話(huà)，可以節(jié)省非常多的機(jī)械降溫所消耗的能源。氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)就在明確設(shè)計(jì)策略和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了氣候原理，這種設(shè)計(jì)的基本概念是：針對(duì)當(dāng)前的氣候條件，對(duì)環(huán)境作出響應(yīng)，降低建筑物對(duì)環(huán)境的影響。多數(shù)情況下，氣候分類(lèi)是非常廣泛的。例如，世界不同的氣候分區(qū)是根據(jù)它們的熱和季節(jié)特性來(lái)分類(lèi)，即干熱，溫暖濕潤(rùn)，復(fù)合氣候，溫暖和寒冷。為了確定當(dāng)?shù)貧夂蚋_切地說(shuō)不是簡(jiǎn)單地按照一般類(lèi)型分析，而是需要掌握當(dāng)?shù)氐目諝鉁囟?，濕度和風(fēng)力模式等詳細(xì)資料。這可以從地方氣象站獲得。細(xì)節(jié)取決于設(shè)計(jì)的潛在影響和環(huán)境分析的完成。例如，在炎熱干燥氣候中大白天溫度變化和每日平均溫度是一樣重要，因?yàn)樗鼈儗⒂绊懙嚼脽豳|(zhì)量時(shí)間差特點(diǎn)保持舒適的設(shè)計(jì)戰(zhàn)略。相反，在溫暖潮濕的氣候，晝夜波動(dòng)要小得多，必須確定空中運(yùn)動(dòng)的舒適度。研究濟(jì)南的氣候數(shù)據(jù)分析，并作出建筑設(shè)計(jì)策略研究。意義三方面一、作出濟(jì)南生物氣候圖，明確舒適區(qū)、一般舒適區(qū)、非舒適區(qū)的區(qū)間，這樣針對(duì)舒適區(qū)以外的區(qū)間作出響應(yīng)氣候的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略。（指導(dǎo)合理被動(dòng)式設(shè)計(jì)）二、為建筑師作建筑氣候設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的依據(jù)。（指導(dǎo)建筑初步設(shè)計(jì)）三、宏觀上，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的影響，或者說(shuō)從能源消耗層次上來(lái)講，合理節(jié)約采暖、空調(diào)能耗等社會(huì)資源；微觀上，有利于改善建筑熱環(huán)境，改善建筑小氣候，提高人的居住質(zhì)量，改善城市熱島效應(yīng)。（建筑、人與氣候的辯證方面）收集濟(jì)南氣象數(shù)據(jù)收集氣象數(shù)據(jù)1、城市名稱(chēng)...............濟(jì)南2、國(guó)家名稱(chēng)...............中國(guó)3、緯度[度]..............36.64、半球....................中東部5、經(jīng)度[度].............117.056、高程[米]..............170.37、每月平均氣壓、月平均氣溫、月極端最高氣溫、月極端最低氣溫、月平均相對(duì)濕度、月平均總云量、月平均風(fēng)速、月降水量等收集濟(jì)南氣象數(shù)據(jù)年平均氣溫收集濟(jì)南氣象數(shù)據(jù)降水量變化收集濟(jì)南氣象數(shù)據(jù)總云量收集濟(jì)南氣象數(shù)據(jù)低云量從圖表中可以看出：①由于夜間氣溫比白天溫度較低，我們可以得出這樣的結(jié)論，任何一個(gè)月最左邊的點(diǎn)代表夜里最冷的點(diǎn)，夜最右邊的代表最溫暖的。②左邊舒適區(qū)間月測(cè)繪圖表明降溫。這意味著，這幾個(gè)月需要采取取暖措施。右邊的舒適區(qū)月份側(cè)繪圖需要采取降溫措施。③相對(duì)濕度越高，接近一個(gè)月繪制成飽和線(xiàn)。這樣做比較要小心，因?yàn)?更接近'是指相對(duì)于介于飽和線(xiàn)和基準(zhǔn)之間的所有垂直距離。④從以上，我們可以看出幾個(gè)月繪圖中左邊舒適區(qū)并接近飽和線(xiàn)意味著氣溫越低相對(duì)濕度越高。與此相反的如此幾個(gè)月繪制的右邊舒適區(qū)并接近基準(zhǔn)，意味著氣溫越高相對(duì)濕度越低。⑤對(duì)于你正試圖作的氣候分析，上述會(huì)給你一個(gè)直觀的感受。在接下來(lái)的模數(shù)，，我們將評(píng)估的“溫濕分析”生物客觀需要，將我們的觀測(cè)資料制成表格，看如何解釋這個(gè)繪圖----它們跟舒適區(qū)有什么關(guān)系？

根據(jù)圖表顯示和生物氣候需求表推論：

一）一月，二月，三月，四月，11月和12月是個(gè)有大幅度或更少顯著熱量不足。雖然有些熱，白天可以要求照顧的太陽(yáng)，熱輻射，無(wú)論從系統(tǒng)的升溫在白天或獨(dú)立要取代的舒適性。

二）1月，2月，11月和12月時(shí)的相對(duì)濕度低在白天，并增加在夜間，但整體來(lái)說(shuō)，氣候?qū)⒑浼案稍?。為了?duì)付干燥，加濕可能需要。

三）3個(gè)月，4月和5月的過(guò)渡期從冬到夏。3月和4月將有涼夜。5月將有溫暖到炎熱天氣溫和舒適的夜晚和低相對(duì)濕度。

四）6月份是最熱的月份在那里的溫度將達(dá)到了37.78℃（100°F）的。相對(duì)濕度仍將是低15％，因此，這是一個(gè)月，甚至夜晚的大部分將較舒適的溫暖。10月是類(lèi)似的，但不太極端的。

五）8月，7月和9月是具有高相對(duì)濕度和溫度，因此，是熱的最舒服。

結(jié)論（翻譯的）生物氣候圖的使用（以北京為例）以北京地區(qū)為例，生物氣候圖的使用分為以下幾個(gè)步驟：1)收集北京地區(qū)的典型氣象年參數(shù)，包括每月的平均最高、最低溫度（見(jiàn)圖3），平均最高、最低相對(duì)濕度（見(jiàn)圖4），太陽(yáng)輻射、風(fēng)速和風(fēng)向等。圖3北京地區(qū)典型氣象年月平均最高、最低溫度圖4北京地區(qū)典型氣象年月平均最高、最低相對(duì)濕度2)找出一月份的平均最低溫度及其對(duì)應(yīng)的平均最高相對(duì)濕度，在北京地區(qū)生物氣候圖（見(jiàn)圖5）上繪制第一個(gè)點(diǎn)，再找出一月份平均最高溫度及其對(duì)應(yīng)的平均最低濕度，在圖上繪制第二個(gè)點(diǎn)，連接這兩點(diǎn)所得到的線(xiàn)段（圖中的Jan）就代表了一月份溫度和相對(duì)濕度的近似變化范圍；圖5北京地區(qū)生物氣候圖3)用相同的方法在1年中12個(gè)月中重復(fù)這個(gè)過(guò)程，得到的12條線(xiàn)段（圖中的Jan、Feb、Mar、Apr、May、Jun、Jul、Aug、Sep、Oct、Nov、Dec）代表了這12個(gè)月份里溫度和相對(duì)濕度的近似變化，也就反映出了全年內(nèi)溫度和相對(duì)濕度的變化。4)每條線(xiàn)段所在的區(qū)域?qū)?yīng)著相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，線(xiàn)段的長(zhǎng)度比例反映這種策略在此月中所占的比例。例如三月（Mar）線(xiàn)段所在橙色區(qū)域?qū)?yīng)著在靜風(fēng)的情況下，使用完全被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖可以使人達(dá)到熱舒適；二月（Feb）線(xiàn)段大約四分之一長(zhǎng)度所在的紅色區(qū)域?qū)?yīng)著在靜風(fēng)的情況下，使用部分被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖和部分主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖可以使人達(dá)到熱舒適，表示二月中大約四分之一的時(shí)間可以采用此策略，其他四分之三的時(shí)間則必須使以目前典型的設(shè)計(jì)案例作為理論與實(shí)踐的結(jié)合，探討設(shè)計(jì)策略的可實(shí)施性。

生物氣候設(shè)計(jì)分析（翻譯）1.1熱舒適性1.1.1氣候設(shè)計(jì)生物氣候分析可用生物氣候圖表或溫濕圖表進(jìn)行分析。本文將用溫濕圖表進(jìn)行生物氣候分析。溫濕表為設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)建立了工程計(jì)算。該溫濕圖表有助于確定舒適區(qū)，并指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)。濕度測(cè)定法是研究潮濕的空氣（其中主要是氧氣，氮?dú)夂退羝┖推錉顩r的改變。我們將使用溫濕圖表，以確定舒適的條件。1.1.2人類(lèi)的熱反應(yīng)1.1.3熱舒適1.2影響熱舒適性的主要因素六個(gè)因素1.2.1空氣溫度（DBT的）1.2.2濕度（RH％）1.2.3空氣流動(dòng)（v）1.2.4熱輻射（MRT）1.2.5活動(dòng)（MET）1.2.6服裝（CLO）1.3影響熱舒適性的其他因素1.3.1環(huán)境適應(yīng)性1.3.2年齡和性別1.3.3身體構(gòu)造1.3.4食品和飲料1.3.5其他因素2.1概念定義