| 南方城镇规划中的建筑隔热问题研究 (1.重庆建筑大学 建筑城规学院,重庆 400045;2.重庆建筑技校,重庆 400041) 摘要:建筑隔热是南方建筑节能的关键,如何有效地做好建筑隔热工作,建立可持续发展的建筑环境是值得探讨的问题。本文从建筑与环境的系统观点分析隔热与散热的相互关系,论证把建筑隔热与房屋规划、环境规划相结合,利用自然规律指导建筑隔热设计的合理性和必要性。 关 键 词:建筑隔热;环境规划;城镇规划 中图分类号:TU111.4+1 文献标识码:A 我国南方地区夏季炎热,建筑隔热,尤其是隔离太阳辐射热,将有利于改善室内热环境,节约降温能耗。长期以来建筑隔热集中体现在外围护结构隔热技术方面,如外墙反射隔热、窗户遮阳隔热、屋顶通风隔热等。近年来随着空调能耗的迅猛增加,建筑外围护结构的隔热要求也随之提高,这种强化外围护结构隔热功能的要求是完全必要的。应该看到目前普遍采用的建筑隔热技术都是出于对单体建筑考虑的,其基本出发点是把建筑所在的周围环境看成迅速散热的巨大空间,因此只考虑如何有效地把太阳辐射热从建筑外表隔离出去。然而现代都市普遍出现的“城市热岛”现象说明随着人口增多、建筑密度增大,环境结构发生了改变,环境的散热速度和散热能力都在下降,如果只考虑增强建筑外围护结构的隔热能力,不考虑环境的散热状况,很有可能会走向环境的恶性循环。这说明建筑隔热应该与环境规划结合起来才能创造可持续发展的建筑环境。 对流 反射 辐射 吸收 室内 |
| 太阳热辐射投射到建筑外表时一部分立刻被反射出去,另一部分被吸收。被建筑外表吸收的热量一部分向室内传递,另一部分以长波辐射和空气对流的形式向室外散发。建筑外表热反应过程如图1所示。从图1看到,投射到建筑外表的太阳辐射热最终散发到室内和室外。显然,散发到室外的热量越多,传递到室内的热量就越少。因此增大建筑外表的反射有利于减少传向室内的热量。因此南方建筑外墙通常采用白色粉刷或浅色饰面来达到外墙反射隔热的效果。从图上还可看到,最终要使得传向室内的热量少还应该减少建筑外围护结构的传热系数,即在外围护结构中设置隔热层,隔离室外热量向室内传递,这样一来建筑外表吸收的热量将大量聚集在外表面,促使建筑外表面温度升高,进一步提高了建筑外表与环境之间的温差,有利于向室外散热。这种隔热方式也称为升温隔热。反射隔热和升温隔热的结果都是把投射到建筑外表的太阳辐射热转移到建筑的外部环境中去。 2 环境散热分析 上面分析不难看出,建筑隔热技术越好,传向室内的热量就越少,同时建筑外表向室外散发的热量就越多。建筑外表散热方式分为三种,即反射、长波辐射和空气对流。其中反射和长波辐射都是把热量的一部分射向天空,另一部分射向建筑的周围环境,其中有些被环境中的水分吸收后蒸发带走,有些被环境中的植物吸收后转化,还有些加热空 |
| 气。而空气对流的结果就是把热量向室外空气散发,借大气对流把热空气带走。可见环境通过天空、风、水、植物等因素综合散热。下面分析各散热因素。1)天空是环境的主要散热源。地面除了把太阳辐射热的一部分反射到天空外,还与天空之间进行长波辐射换热,尤其是夜间, 起到了冷却地面的作用。这种冷却效果与表面对天空的可见范围有关。表面对天空的可见范围越大,表面向天空散发的热量就越多,冷却就越快。农村、郊区地面开阔,天空的可见范围大,自然散热就快;城市高楼林立,地面对天空的可见范围小,散热就慢(见图2)。2)风是环境散热的重要因素。风速越大,散热越快。据报道,风速大的时候“城市热岛”现象自然消失。通常风在进入城市后速度减小,减小比率如图3所示。因此城市环境依靠风带走的热量也比农村、郊区少。3)水对环境散热具有重要作用。水分吸热蒸发,上升到高空,聚集成云,凝结成雨,释放热量后再回到地面,完成地面热量向天空散发的良性循环,见图4所示。水分蒸发散热的大小与地面含水量有关。地面含水量越多,蒸发散热就越大。城市硬化地面多,地面含水量少,蒸发散热就小。4)植物对太阳辐射热和环境热具有吸收转化功能。植物通过自己的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用转化太阳辐射热为自己的生物能量,化解环境热,放出空气的有益成份,实现太阳辐射热的资源性转化。 3 建筑隔热规划 城市的建筑与其周围的环境之间是个互相影响的热系统,建筑隔热应该从系统的观点来考虑,把房屋规划、环境规划、建筑隔热技术结合起来,利用自然规律指导建筑隔热设计。建筑隔热首先应该从房屋的朝向入手。房屋外墙的方位不同,接收到的太阳辐射热量多少也不同。根据太阳在天空中的运行规律,冬季南向墙面能得到最大的太阳辐射热量,而夏季却是东、西墙面。因此把房屋外墙面积大、开窗多的一面正对冬季太阳辐射强度大的南向方位,而把房屋外墙面积小、不开窗或开窗少的一面朝向夏季太阳辐射强度大的东、西向方位,使得房屋在冬季太阳辐射强的方位有最大的暴露面而在夏季太阳辐射强的方位有最小的暴露面,应该是房屋夏季隔热冬季保温的理想朝向。当两者不能兼顾时,应该视具体情况择重处理。例如对于北方寒冷地区应该以冬季保温作为房屋朝向选择的前提,而对于南方炎热地区就不能只考虑窗户遮阳而不考虑利用房屋朝向隔热的问题。如果房屋朝向选择恰当,外墙隔热就会收到事半功倍的效果。在建筑群体的平面、立面设计中,还可利用建筑物之间的阴影遮挡降低建筑外表面的热作用。在其它建筑物的阴影下,房屋外表面避免了强烈的阳光暴晒,通过外墙和窗户传入室内的热量大大减少,这将有利于用较少的能耗改善室内热环境。因此,夏季利用邻近房屋的阴影隔热应该受到重视。这方面的研究国外已有报道[1]。为了做到在夏季炎热的时候房屋能够得到更多的阴影遮挡而在其它季节又不影响日照条件,这就要求按照日照规律来规划建筑群体。把地面上的方位按照太阳在天空中的运行规律分成三个区域,如图5所示。 |
| 第一区域从西偏北到东偏北方向,终年没有日照,因此在这一区域不存在隔太阳辐射热的要求。第二区域在东偏北和西偏北方向,只有夏季才有日照,而且对于我国南方热气侯地区,位于这些方位的外墙面夏季正好遭受到最强的太阳辐射,因此在这一区域内实施阴影隔热效果最好。而且此时太阳高度角不大,房屋之间的阴影隔热容易实现。第三区域几乎终年都有日照,在这一区域内不能兼顾夏季阴凉冬季向阳的要求。但对于低纬度地区,如广州,夏季太阳在这些方位的高度角几乎等于90°,阳光直射屋顶而不射到外墙。对于夏季不可避免地要暴露在强烈阳光直射下的建筑外围护结构,应该尽量采用生态型的建筑隔热技术,例如蓄水隔热屋顶、种植隔热屋顶、绿化隔热墙面,尽可能地将照射到建筑外表的太阳辐射热进行自我良性化解。建筑隔热还应该与室外环境规划结合起来。开展环境绿化,提高城市绿化覆盖率。据报道,城市降温比率与绿化覆盖率成正比关系[2]。因此多布置绿地、水面,采用能透水的硬化地面,提高地面含水率,可以有效地降低城市表面对空气的加热作用。由于建筑物周围地面所受到的热作用不同,绿地的布置位置不同效果也不同。建筑物南向的地面夏季受到强烈的太阳辐射同时还受到来自南向墙面的反射,建筑物东、西向的地面由于建筑的遮挡夏季受到的太阳辐射虽然没有南向强,但却受到来自东、西向墙面的强烈热反射作用,因此在建筑物的东南至西南向的地面,即图5所示的第三区域方位,布置绿地降热效果最好。这样由于绿地的吸收降解作用可以减轻墙面与地面之间多次反射带来的热污染,改善室外环境。 |
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