基于生物气候适应性的寒地建筑适寒设计研究

于思

摘 要：在环境资源矛盾日益突出的客观背景下，对寒地建筑适寒设计问题的研究已成为业内人士共同关注的一项课题。本文从生物气象学的角度着手，基于生物气候适应性研究寒地建筑适寒设计的关键要点，望能够引起业内人士的关注与重视，以促进寒地建筑适寒性能的进一步提升，同时兼顾节约能耗的目的。

关键词：寒地建筑；生物气候；适应性；适寒设计

寒地建筑所处区域气候条件严酷且复杂，对此区域内建筑物功能的运行与维持有非常大的挑战。严寒的气候条件使建筑物面临着非常大的环境压力，为满足建筑功能需求势必会导致能源的巨大浪费。因此，在环境资源矛盾日益突出的客观背景下，对寒地建筑适寒设计问题的研究已成为业内人士共同关注的一项课题。如何根据严寒地区生物气候适应性特点，对寒地建筑适寒设计问题进行研究与优化，已成为业内人士高度重视的课题之一。

1 生物气候适应性

在生物气象学领域中，生物气候适应性是非常重要的研究课题之一，该课题以自然界中所存在生物在生命历程以及自然净化过程中对环境的适应性为研究对象。适应性是指生物在生理机能以及形态结构方面与生物所生存特定环境条件的相互适应与匹配关系。其主要包括两个层次方面的内容：第一是生物自身结构与相关功能对其在特定环境中生存繁衍的有利之处；第二是生物层次结构（包括群落、组织、种群、器官、细胞、分子等在内）与功能的适应性。在生物气候适应性研究领域中蕴含大量环境与生物相互依存并和谐共生的基本原理，在寒地建筑适寒设计中有非常好的借鉴价值。

2 寒地建筑适寒设计

2.1 缓冲设计

冬季持续时间长，对生存于该环境下的生物存续产生了一定影响。建筑作为人类的第三层皮肤，在寒冷地区中对低温的抵抗性是最重要的功能需求。从寒地生物气候适应性的角度上来说，为提高建筑对低温的抵抗能力，可以在适寒设计中着重关注以下几个方面的问题：第一，应构建具有适寒性的建筑稳态防护结构。寒地建筑外围护界面应当逐步体现的多层次性的特点，在混凝土及其砌块结构基础之上，建筑墙体需增加保温层、空气层等，窗体还可增加填充气体层以及镀膜层，以实现对墙体围护结构保温性能的叠加，抵御寒冷空气侵袭，一方面提高建筑对低温条件的适应性，另一方面实现对建筑能耗的合理控制。第二，可从生物气候适应性的角度入手，参考寒地低温条件下企鹅、海鸥等动物“逆流循环”的特点改进寒地建筑内部能量循环利用情况，如在商业建筑中構建基于逆流循环的能源管理系统，在热压作用下将建筑室内抽出浑浊废气经中央管道系统以及竖井装置引入热交换设施内，在寒地低温条件下通过系统回收废气中85%以上热量对室内所送入新鲜空气进行与人，热量经逆流循环后流回至建筑室内，达到提高建筑室内温度，节约能耗的目的。第三，寒地建筑适寒设计可以借鉴严寒地区动物控制热量散失的方式，通过转换寒地建筑透明界面材料的方式，以增强建筑物御寒能力。如国外有关机构借鉴北极熊皮毛吸热与保温的原理，研制了TWD系列透明保温材料，其U值可达到0.53W/mK?，吸光性能好，且能够通过蓄热的方式为建筑室内提供错峰供热。除此以外，此类新型材料还可作为特殊气候防护构造，在寒地建筑非透明立面结构中合理应用，以发挥延长供热，提高保温蓄热能力的效果。

2.2 趋光设计

寒地区域纬度水平高，日照时间不足，冬季持续6个月左右，气候寒冷，且日照角度不良，导致可利用能量较少。在寒地建筑适寒设计中可以尝试提取此区域生物对短日照的动态适应与调节机制，以引导建筑形体的优化，并通过建筑构件应激反应的方式以更好的使寒地建筑适应短日照条件。具体而言，在趋光设计的过程中可以着重关注如下几个方面的问题：第一，螺旋生长趋向匀质光照。寒地生物必须对抗低温、以及短日照等特殊条件并存活，多数植物可通过趋光螺旋式形态的方式争取更多的自然光照。在寒地建筑适寒设计中，可以借鉴这一原理，优先选用由多重螺旋复合形成的放射性网状结构作为建筑结构形式，同时也可尝试通过平面螺旋分布向光的方式，为寒地建筑平面形体布局提供一种相对均质的形式，方便自然光线入摄，为寒地建筑提供更为均质的采光条件。第二，可通过建筑构件应激追踪的方式以改善建筑物的适寒性能。寒地建筑趋光设计的一大核心要点是尽可能将自然光引入建筑室内，以弥补短日照光源缺陷，同时节约能耗。有研究中提出了借鉴向日葵采光原理，构建采光导入系统，根据集光器对阳光角度进行追踪，使光线能够得到最大化捕捉，并配合对导光管的应用，在收集光线并传导至室内的同时采集适量阳光，以在夏季的排除过热辐射。

3 结束语

本文以寒地建筑为研究对象，对适寒设计相关问题进行思考与探索，引入生物气象学领域中的生物气候适应性原理，在寒地建筑适寒设计过程中提出了包括缓冲设计以及趋光设计在内的两厢措施，望能够引起业内人员的共同关注与重视。

参考文献

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