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杨柳

2021-06-03杨柳

世界建筑 2021年5期
关键词:低能耗气候建筑设计

源于对建筑学的热爱,我在26岁的时候,以一种“而今迈步从头越”的勇气,求学西安建筑科技大学,开启了新的专业学习。建大的校园虽然不是很大,却也小巧而精致。建筑学院有着深厚的历史沿革和学科积淀,亦是大师云集的地方。因而,我一入学,就有幸跟随我的导师刘加平教授参与了国家自然科学基金重点项目的研究工作,初涉绿色建筑的前沿领域。随后,有幸参与了杰出青年项目、重大国际合作项目、863项目、科技支撑项目等等科研工作。就这样,自然而然地在研究中成长,在学习中提升。20年后,令我没有想到的是,我自己也主持了国家自然科学基金重点项目,有了稳定的团队和学术方向。我的经历见证了高校人才培养的初衷——科研与教学相长。

1 《建筑气候学》

2 《人体热舒适的气候适应基础》

3 《建筑节能综合设计》

4 《室内热环境设计》

低能耗建筑设计基础与实践

我国建筑的发展,从建国初期的“经济、适用、美观”,到改革开放后的节约能源、保护环境,再到今天的两个百年建设的转折时期,提出了碳达峰、碳中和目标。从中可以看出,无论什么阶段,设计建造低成本、高能效的绿色建筑,实现人居环境的可持续发展,始终是建筑设计的基本目标。

人居环境的可持续发展,既要在快速的城镇化进程中不断提高建筑环境质量,也要节约建筑能耗和减少污染物排放,还要继承和发扬传统地域建筑文明。在快速的城镇化进程中,简单地继承传统的建造方式,或者单一运用现有的城市建筑设计规范及方法,均不能有效解决建筑环境质量、建筑节能减排和建筑文化传承的综合需求问题。因此,亟需针对地域气候条件和社会经济文化背景,研究发展可持续的低(超低)能耗建筑设计方法体系,以保证建筑室内环境的舒适性、地域建筑风貌和传统生态经验的传承,同时尽可能地利用太阳能、风能等自然能源,实现能源的节约。

建筑师在方案创作阶段,充分考虑地域气候条件和辐射资源,巧妙地利用和应对气候要素、辐射要素的地域和周期性波动规律的影响,综合运用保温隔热、蓄热通风、太阳能利用等气候设计方法,是实现低能耗建筑最为直接有效的途径。而这一过程,不仅需要气候参数和辐射参数等基础数据,还需要能具体分析地域气候条件影响规律的工具,同时还需要掌握气候设计方法及其基础设计参数,并能在设计方案中灵活运用。我们这个“低能耗建筑团队”,多年来在国家自然科学基金等项目的持续资助下,综合运用建筑学、建筑气候学和建筑热工学原理,在理论分析、实验测试和数据统计的基础上,揭示了中国人群在室内微气候自然波动条件下的热舒适规律,建立了基于人体热需求的气候分析方法,提出了太阳能采暖和蓄热通风降温设计参数,实现了方案阶段综合定量分析“人-建筑-气候”3个复杂系统的耦合作用。上述理论成果在西部进行了开创性应用与实践,形成了黄土高原、新疆盆地和四川震区等多种低能耗乡村建筑设计模式,成为中国地域建筑更新设计的典范。

建筑气候分析技术

厘清“人-建筑-气候”3个复杂系统的耦合作用关系,采用描述空气性状的“焓湿图”作为建筑气候分析工具,定量分析不同地域气候对设计各个环节的影响,提出建筑方案的优化策略。

室外气候的精细化表征方法

从建筑热环境和人体热舒适角度,描述室外气候的逐时变化特征,为建立建筑气候分析技术、进行低能耗设计优化提供数据基础。建立了逐日和定时观测数据的逐时化插值方法;建立了辐射数据的各类估算修正方法;提出了不同地区气象因子对能耗影响权重的选择原则;建立了分析气候变化对建筑能耗影响的未来典型年。

室内微气候与人体热舒适

我国幅员辽阔,气候多样,社会经济背景和生活习惯等巨大的地区差异,造成中国人群的热舒适需求既与国际人群显著不同,还存在明显的地区差异,因而热舒适标准既不能完全照搬国际标准,也不能采用全国统一的温度指标标准。通过对我国全部气候区25个城镇进行的室内微气候环境、人体主观热感觉等调研,得到20,000余份有效样本,揭示了中国人群舒适温度随地域、季节的变化规律,建立了不同地区人体的热适应模型和舒适温度范围。

适应气候的建筑设计技术

在诠释中国传统民居生态建筑经验,分析地区气候资源的基础上,提出了“着力改善围护结构热工性,优先发展被动式技术,然后以主动式设备系统做补充”的地域超低能耗建筑的“层次”设计原则,并在西部乡村地区设计建造了安全、便利、适宜、经济、舒适、节能且具有地域风貌的超低能耗示范工程。对建成建筑的实验测试与调查评价显示,示范建筑均达到了在非采暖空调状态下满足当地居民的基本热舒适需求的目标,实现了“零”能耗建筑示范。

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