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1、夏夏热热冬冬冷冷地地区区居居住住建建筑筑单单元元西西山山墙墙遮遮阳阳隔隔热热设设计计孙洪波 (东南大学 建筑系 南京 210096)摘摘 要要 : 针对夏热冬冷地区的气候特点 ,该地区居住建筑单元西山墙面往往存在 “西晒” 过热的现象 ,严重影响端部居住单元室内热舒适环境 。着重探讨在居住建筑设计中 ,对西山墙面进行辅助的遮阳隔热设计 ,以降低 “西晒” 的影响 。关关键词键词 : 夏热冬冷地区 西晒 辅助遮阳系统SUNS HAD ING AND HEAT2INSUL ATING D ESIGN OF WEST WALL S FO R RESID ENTIALBUILD INGS IN REG
2、IO NS OF HOT IN SUMMER AND COLD IN WINTERSun Hongbo (Architectural Department of Southeast University Nanjing 210096)Abstract : It is put forward that the design of sunshading and heat2insulating of west walls for residential buildings , to settle the problem of uncomfortable indoor environment due
3、to facing west according to the characteristics of regions of hot in summer and cold in winter.Key words : regions of hot in summer and cold in winter facing west assistant sunshading system高气温可上升到 35 左右 ,但夜间气温可降到 24 以下 ;三是持续阴雨天气 ,也是夏季一种不舒适的天 气过程 ,可持续 520d 左右 ,气温最高不超过 32 , 但昼夜温差只有 35 ,空气湿度大 。夏热冬冷地区最
4、冷月平均气温 010 ,平均相对湿度 80 %左 右 ,阴冷潮湿是冬季的基本气候特点 。冬季气温虽 然比北方高 ,但日照率远远低于北方 。整个冬季天 气阴沉 ,雨雪绵绵 ,几乎不见阳光 。表表 1 夏夏热热冬冷地区主要城市气候情况冬冷地区主要城市气候情况1 夏夏热热冬冷地区气候条件特征冬冷地区气候条件特征我国 现 行 的 民 用 建 筑 热 工 设 计 规 范 ( G B50176 - 93) 将最冷月平均温度为 010 、 最热月平 均温度为 2530 和日平均温度 5 的天数为 0 90d 、 日平均温度 25 的天数为 40 110d 的地 区划分为夏热冬冷地区 。夏热冬冷地区的范围 ,
5、大 致为陇海线以南 ,南岭以北 ,四川盆地以东 ,大体上 可以说是长江中下游地区 。该地区包括上海 、 重庆 二直辖市 ,湖北 、 湖南 、 江西 、 安徽 、 浙江五省全部 ,四 川 、 贵州二省东半部 ,江苏 、 河南二省南半部 ,福建省 北半部 ,陕西 、 甘肃二省南端 , 广东 、 广西二省区北 端 ,亦即涉及 16 个省 、 市 、 自治区 。在此地区居住的城乡人 口 约 有 515 亿 , 国 内 生 产 总 值 约 占 全 国 的48 % 。由此可见 ,这个地区是我国人口最密集 、 经济 文 化较为发达的地区 ,其政治 、 经济地位极为重要 。 夏热冬冷地区的建筑气候特征 ,表现
6、为夏季闷热 ,冬 季湿冷 ,气温的日差较小 , 年降水量大 , 日照偏少 。 其中最热月平均气温 2530 ,平均相对湿度 80 % 左右 ,热湿是夏季的基本气候特点 ( 见表 1) 。夏季 天气可分为三种类型 : 一是日最低温度超过 28 的 连晴高温天气 ,这是夏季最恶劣的天气过程 ,可持续740d 左右 ,最高气温达 40 以上 ; 二是晴雨相间参数上海南京杭州合肥南昌武汉长沙t mint maxd1d01331183917- 1163212561201733133318- 1123214481821034101910- 0193310431811634101919d2d 817 151
7、8 2119 1613 2717 2110 2919 注 : d1 为平均气温低于 0 的年日数 ; d2 为最高气温大于 35 的年日数 。长期以来 ,夏热冬冷地区建筑的隔热保温状况基本上没有改善 ,多层建筑的外墙主要沿用 24cm 实 心粘土砖墙 ,即使采用其他墙体材料也以 24cm 的砖墙作为参照对象 ,不少地方改用 19cm 厚混凝土空心 砌块 ,但砌块的保温隔热性能更差 ;普遍采用单层玻作者 :孙洪波 男 1975 年 6 月出生 博士研究生璃窗 ,窗墙面积比有增大趋势 。建筑外遮阳较少 ,门窗气密性差 ,空气渗透严重 。在气候十分严酷 、 建筑 保温隔热又很差的条件下 ,室内热环境
8、条件极差 ,严 重影响该区域居民的生活和工作 ,造成普遍使用空 调 ,能源消耗惊人 。差的主要因素之一 。据对夏热冬冷地区典型城市南京 、 武汉 、 成都三城市夏季各向日照辐射照度测量可 知 (见表 2) ,西向墙面太阳总辐射照度具有最大值 。 在 2001 年和 2002 年 , 我们通过对南京聚福园住宅 小 区居住建筑热舒适环境的测试 ,得出西山墙单元测试房间在夏季自然通风条件下 ,外围护结构内表 面温度的最高值分别为 : 南墙 3312 ,西墙 3315 , 平顶 3313 。其中测试房间西墙内表面温度一直 最高 (见表 3) ; 其室内气温受西向太阳辐射照度变 化最明显 。2西山西山墙
9、对热墙对热舒适舒适环环境的影响境的影响基于夏热冬冷地区气候特征 ,在严重影响居住 建筑室内热舒适环境的因素中 ,夏季 “西晒” 和冬季 “冷山” 是该地区居住建筑西山墙单元热舒适环境较Wm2表表 2夏季各朝向夏季各朝向墙墙面与水平面上的太阳面与水平面上的太阳总辐总辐射照度射照度地 方 太 阳 时 地区 6789101112131415161718南京N W(E) SW(SE)S H NW( E)SW(SB) S H NW( E)SW(SE) S H31 27 37 131 75 4919 2511 2511 25 95 28 14 14 13 7277 68 75 196 190 10614
10、7317 7317 74 292 87 42 42 42 240108 98 103 157 512 13416 11717 11717 122 512 113 70 70 75 433131 120 124 168 711 15214 15119 15119 174 598 139 93 93 113 610146 137 139 261 855 17611 17611 17611 233 838 157 109 109 204 750158 147 159 323 969 19015 19015 19215 272 927 172 119 124 251 640163 162 309 34
11、7 1008 19513 22215 25912 286 95618 176 123 145 259 676160 363 405 331 982 19015 29816 32415 272 927 172 303 310 251 840151 562 545 276 892 17611 37216 35419 233 838 157 454 326 204 750135 710 579 189 745 15214 39818 342 174 698 139 551 317 113 609113 778 613 145 554 13416 36116 281 122 512 113 572 2
12、94 75 43364 721 579 192 335 10614 25413 176 74 292 87 496 159 42 24042 441 320 160 115 4919 10214 62 25 95 28 308 44 13 72武汉成都注 :以上数据为 19891998 年累计 10 年统计值 。表表 3 自然通自然通风风条件下室内条件下室内 、 、 外气温及内表面温度外气温及内表面温度物可以遮挡阳光直射墙面 ,并且通过叶面蒸发带走一部分热量 ,通过光和作用转化一部分能量 ,但它减 弱了墙体自身的散热性能 。在 “天奇花园” 住宅设计中 ,在建筑西山墙上设计了由柱子和圈梁组成的
13、构 架 ,并设置种植槽和集中喷灌系统 ,在绿化和墙面之 间形成约 300mm 宽的间层 。在夏天 ,当植物垂吊在 构架上时 ,构架与墙面之间的间层就形成了良好的 通风井 ,从而加强西山墙的散热性能 ,避免了直接种植的弊端 ,效果较好 。南墙 内表面西墙 内表面屋顶 内表面东墙 内表面北墙 内表面项目 室外 室内平均 3215 最高 3711 最低 28143214 3416 29153213 3312 30103214 3315 29183214 3313 30103210 3219 29193116 3218 29143设计设计解决方案解决方案针对夏热冬冷地区的气候特点 ,该地区建筑单 元西
14、山墙面设计中既要考虑保温要求 ,又要兼顾隔热效果 。所以在建筑设计中 ,主要通过对居住建筑 西山墙面进行辅助的遮阳隔热设计处理 ,解决西山 墙面对于室内热环境的影响 。借鉴参考国内外对于墙体遮阳隔热处理的设计 方法 ,总结起来主要是有附加遮阳系统 、 辅助保温隔 热层 、 进行垂直绿化等手段 (见图 1图 3) 。其中重庆 “天奇花园” 住宅设计中曾在建筑单元西山墙设计 辅助构 件 起 到 综 合 遮 阳 与 垂 直 绿 化 的 效 果 ( 见 图3) 。虽然理论上西墙绿化有助于降温隔热 ,但在实 践中效果并不明显 。这是因为通常的西墙绿化仅简 单的在西墙上种植爬山虎一类的攀缘植物 ,虽然植夏
15、热冬冷地区居住建筑单元西山墙遮阳隔热设计 孙洪波图 1 横向可伸缩遮阳 针对单一遮阳系统的弊端 ,我们在江苏省张家 港市某住宅小区设计中 ,充分探索复合遮阳系统在 建筑单元中的应用 。本小区位于张家港城市南北向主干道两侧 ,主要为多层居住建筑 。为解决好建筑西山墙的 “西晒” 过热和 “冷山” 散热对住宅室内热环 境的影响 ,在原设计方案基础上结合建筑构造设计 , 对建筑西山墙面进行辅助复合遮阳系统设计 ,设计 方案如下 :1 - 导风板 ;2 - 冬季风 ;3 - 密封板 ;4 - 遮热板 ;5 - 冬季 ( 密封板关闭) ;6 - 夏季风 ;7 - 夏季 ( 密封板打开)图 4 辅助遮热板
16、方案示意理 ,根据当地的建筑设计要求 ,简化了复合遮阳系统的构造作法 ,在建筑西墙外设置辅助的综合立体绿 化层 。在做好西墙保温的前提下 ,利用立体绿化提 供夏季西墙面的遮阳和隔热 。做法同样在建筑西墙 沿南北外墙出挑墙垛 ,在距离墙面约 300mm 宽处隔层固定横向植物种植箱 。箱内填轻质种植土 ,种植 攀援植物 。在从屋顶到地面吊装通长铁链 ,铁链穿 过种植箱 ,形成植物攀援和灌溉的途径 (屋顶设水槽 用来浇灌植物) 。这种方案 ,可在夏季利用植物的生 长 ,在墙体外形成额外一道 “绿墙”, 达到遮阳的效果 。而且植物本身也会通过自身的蒸腾作用和空气 间层降低墙体温度 。冬季 ,植物叶面自然脱落 ,减少 对墙面遮挡 ,增加墙面太阳辐射得热 。此外 ,植物的
