基于气候条件的生态节能住宅建筑设计

◎朱庆徽

近几年，我国建筑行业得到飞速发展，建筑工程规模不断扩大，建筑工程数量不断增多，这也导致建筑能耗量不断增多，为了减少各种能耗，达到节能减排目的。目前，多数设计师在工作开展时，都在考虑气候条件基础上，进行建筑设计，确保最终设计的合理性，实现对各种自然资源的应用，在确保住宅建筑舒适基础上，减少能源消耗，为建筑行业可持续发展保驾护航。

一、生态节能住宅建筑设计原理与特点

1.设计原理。

采取被动式低能耗建筑设计方法，在稳态热平衡理论支持下，全面结合住宅建筑所在区域的气候情况，设计气候生态型节能住宅建筑，从而保证最终设计的住宅建筑建设和应用期间更加节能环保，符合可持续发展理念[1]。住宅建筑设计过程中，要合理应用光照、气流等各项自然条件，在确保住宅建筑室内环境舒适基础上，加强对住宅建筑室内外环境相互作用的研究，实现生态节能住宅建筑低能耗，或者零能耗，进而达到节能减排的最终目的。例如，某地区常年连晴高温，太阳辐射强，全年日照时长超过2240h，在该地区进行建筑设计时，要注重遮阳，从而在夏热夏季，能够减少对空调的依赖，进而降低能耗。

2.设计特点。

人居住的适宜温度在18-26℃，在很长时间之内，我国一些地区室外环境也能够维持在这一温度范围内，但是，由于住宅建筑室内微气候与室外气候通常都处于完全隔离状态，因此，需要利用供暖、空调等方式对室内住宅室内温度进行调整，这一方面不利于居住人的身体健康，另一方面也会消耗大量能源，而且会对生态环境造成破坏。生态节能住宅建筑依据所在气候环境改变，需要在遵循科学基础上开展设计，通过对的风能和太阳能进行应用，完成热量交换，减少设备能耗，从而使住宅建筑能够呈现出冬暖夏凉效果。

生态节能住宅建筑设计需要全面考虑地理环境、气候等各项内容，加强对非空调途径调节温度，例如，通过自然通风调节建筑温度，完成设计工作。从大量实践经验来看，通过合理方式进行设计，可以减少住宅建筑在应用期间，对空调等各种设施的依赖。建筑热环境调控途径如图1 所示。

图1 建筑热环境调控途径

二、生态节能住宅建筑的必要性

1.顺应社会和时代发展要求。

可持续发展是现代时代健康发展的主要方向，也是社会发展的核心战略，而营造生态环境是建设生态节能住宅建筑的重要基础条件。住宅是现代城市体系构成的重要基础，其核心作用就是为人们提供一个舒适、和谐的工作、生活、居住环境，可见提高住宅建筑设计质量是社会和时代发展的必然需求。

2.节能与环保的需求。

针对住宅建筑来说，住宅建筑在应用过程中会消耗大量能源，同时，现代人们生活质量得到了显著提高，针对项目要采取合理方式进行规划，做好设计工作，从而使土地资源利用率能够得到进一步提高，通过对建筑系统的合理应用，使建筑工程应用面积得到进一步提高，延长工程寿命，确保其能够满足应用需求，淘汰掉能耗相对较大的建筑材料，针对不可再生能源和短期资源，要节约应用，最好采用自然材料和当地材料。

3.提高人们生活水准的需求。

近几年，我国文化、经济、科技、信息等多个方面都得到了快速发展，人们物质和精神水平都得到了提高，人们对居住环境的安全、舒适、美观等方面都提出了更高要求[4]。除此之外，生态节能住宅建筑能够大幅度降低对生态环境的污染，从而实现废弃物零排放和零污染，循环、充分利用各项资源。生态节能住宅建筑能够为人们提供足够自然度和自由度，科学利用自然资源，为人们提供一个舒适居住环境。

三、生态节能住宅建筑设计需要遵循的守4 则

1.全面结合当地具体情况。

开展生态节能住宅建筑设计可以确保人们身体健康，维护生态系统安全，为了确保最终设计的合理性，设计人员需要进入当地，对当地气候、人文、经济发展情况等各项内容进行全面探究，选择合理地址建设住宅建筑。在不同地区，设计重点也不会有所不同，在光照充足，温度高地区，要将重点放在遮挡阳光与墙体隔热方面，而在温度较低区域，要将重点放在节能采暖上。在住宅建筑设计上，具体设计要全面结合当地具体情况，只有这样才能促进生态节能住宅建筑健康发展，为人们提供一个舒适、健康的居住环境。

2.人与自然要和谐相处。

住宅建筑是人们生活、生产的关键场所，其在建设和后期运行势必会消耗一定能源，因此，具体设计一方面要满足实际需求，另一方面也不得对自然环境与社会环境造成破坏。生态节能住宅建筑与传统意义上的高污染、高能耗建筑相比存在一定差异，在具体设计上要将节能作为整个设计的重点内容，通过合理设计，打造出一个现代化节能建筑，由此可见，生态节能住宅建筑设计要需要兼顾自然、人、社会三项内容，从而实现协调发展。

3.达到节能减排目的。

每一所住宅建筑在运行过程中都会消耗大量能源，而进行生态节能住宅建筑设计核心目的是最大程度减少能源消耗量，进而达到节能减排目的。在设计住宅建筑时，要从施工、应用、拆除多个方面入手进行分析，确保不会对生态环境造成严重影响，并且要将人类身体健康放在首要位置。住宅建筑设计中要采用节能集成技术，提高整体管理水平，保证住宅建筑能够实现绿色高效运行。

4.降低住宅建筑成本，提高经济效益。

生态节能住宅建筑指的是在施工、运行、维护多个环节中，减少能源应用量，以免耗费大量能源，产生污染物，但是不提倡在住宅建筑中采用不合理技术，不得投入大量费用。良好的生态节能住宅建筑指的是在施工、应用期间投入小、污染小的建筑。

四、生态节能住宅建筑设计探讨

1.整体布局。

住宅建筑所在区域气候条件与地理环境之间的联系十分紧密，因此，在进行生态节能住宅建筑设计时，作为设计人员必要充分考虑住宅建筑所在区域内的周围山体地质和海拔高度，而且还要注重不同住宅建筑间距密度，以及住宅建筑群整体高度，从而确保不同住宅建筑能够接收到充足太阳能。同时，在住宅建筑规划期间，还要考虑通风带来不良影响下，进而使住宅建筑与周围环境协调性能够得到进一步提高，让住宅建筑与当地气候能够合理结合。

2.生态节能住宅建筑结构设计。

（1）科学控制气流。

设计住宅建筑时，要合理利用风能，从而实现对住宅建筑内微环境温度的有效调节，在不同季节，对于气流的应用也会有所不同，具体内容如表1 所示。

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总而言之，住宅建筑群在整体布局应当采取南低北高、南疏北密宗旨，住宅建筑北面要应当较为封闭，这种设计方式能够实现对冷空气的阻挡，而住宅建筑南面在设计上应当相对开放，这种设计方案有利于夏季通风，冬季采光，能够为人们营造一个舒适的居住空间。

（2）设计通风竖井。

生态节能住宅建中，要合理应用热压原理，从而能够向外拔风，最终达到通风节能的目的。由此可见，在设计住宅建筑时，不仅要合理利用过堂风，而且还要在住宅建筑内设立通风竖井。将排风口设立在竖井上部，通过排风口将住宅家住室内污浊热空气排出到建筑之外，从底部将外部新鲜空气引入到室内，进而达到节能减排目的。住宅建筑竖井起到的调温效果与进出风口高度差室内外温差呈正相关，因此，为了进一步改善热压通风效果，可以对高层住宅建筑内的拔风井、楼梯间等各项结构进行应用，加大住宅建筑中进风口与排风口两者的高度差，而且要将开关设置在开口处[7]。在夏季温度较高时，能够将住宅建筑内热空气排出到室外，而当温度较低的冬季来临时，可以关闭风口，利用热空气层实现与外界的隔绝，进而达到保护住宅建筑内温度的目的。

（3）设置热缓冲空间。

热缓冲空间是生态节能住宅建筑中一项重要结构，其是一种关键节能设计方式，在设计初期，设计人员要在对住宅建筑情况进行全面分析基础上，科学划分住宅建筑空间热环境，将对于温度要求相对较低的门厅、走廊等区域作为住宅建筑室内和室外的缓冲区域，通过这一设计方式，能够减少室外环境对室内环境的影响。例如，多数住宅建筑内的大厅是住宅建筑室内空间和外部环境的过渡空间，因此，在设计时，可以在大厅中设置能够开闭的门廊，同时，可以在门廊外墙上设置一些玻璃门窗，在住宅建筑内形成一个热缓冲区域，在温度较高夏季，门廊对于室外通风能够起到缓冲作用，避免热空气直接进入到住宅建筑室内，导致室内温度升高。

3.生态气候住宅建筑节能措施。

（1）适当缩减散热面积。

生态节能住宅建筑体型系数是影响热循环的一项重要影响因素，在住宅建筑整体体积不变的情况下，体型系数越大则表面住宅建筑表面积越大，这也就会使住宅建筑散热面积会进一步扩大。由此可见，在进行住宅建筑造型和空间整体布局时，要通过灵活方式对采用各种不同类型的建筑材料，从而使住宅建筑结构紧凑、简洁，在条件允许的情况下，尽量将住宅建筑外形设计为方形或圆柱形，通过这种方式，能够减少住宅建筑表面积。

（2）加大立体绿化

住宅建筑区域内绿植和水体一方面能够净化居住区域内空气，另一方面在蒸发吸热期间可以加快空气对流，这在一定程度上，能够实现对温度的调节，使温度长期处于人们感受舒适的温度范围内。由此可见，在住宅建筑屋顶、地面、阳台、垂直墙面上都可以种植一些不同类型的绿植，通过种植绿植，能过改善当地气候。在进行绿植种植时，应当选择树干高大落叶型乔木，这植物在夏季能够实现对阳光的适当遮挡，从而营造出一个阴凉通风环境，而在冬季则能够抵挡狂风对建筑物的侵蚀，营造绿色节能居住环境。与此同时，在住宅建筑楼顶，可以利用蓄水灌溉或覆土方式种植绿植，通过种植能够达到保温隔热作用，从而有效减少城市中热岛效应的发生。而针对住宅建筑的垂直墙面，不需向过去住宅建筑一样种植爬山虎等攀援类型的植物，而设置双层通风绿化结构，通过这一设计方式，能够增加住宅建筑墙体散热功能。而从生态学角度进行分析，夏季种植在墙体上植物生长繁茂，而在冬季则自然掉落，使住宅建筑与自然环境能够合理融为一体。

（3）加强对环保材料与可再生能源的应用。

在生态节能住宅建筑中，在住宅建筑布局与空间形式构造需要加入节能设计，加强对可再生能源的利用，大幅度减少住宅建筑能耗，从而在住宅建筑内营造良好微气候环境，具体采用的方法如下：

①将现代技术理念作为生态节能住宅建筑设计的核心，加强对各种节能环保材料的应用，提高住宅建筑墙体保温隔热功能，实现对住宅建筑内微环境的合理保护，提高居住环境舒适度。

②合理应用住宅建筑区域内的地表层土壤和地下水进行热量置换，从而使住宅建筑夏季通风，冬季取暖都能够实现绿色低碳，从而减少能耗。

③太阳能应用在生态节能住宅中，从太阳能技术的发展和实际应用情况来看，太阳能技术应用最为成熟的就是太阳能热水器（如图2 所示）。在此基础上，被动式太阳能房、太阳能空调示范工程初步完成建设，而随着太阳能技术的不断成熟，太阳能热水器被广泛应用在普通住宅建筑中。在进行生态节能住宅建筑设计时，设计师要全面考虑太阳能热水系统，以免发生二次投入，以及二次安装问题，从而提高住宅建筑经济效益。

图2 太阳能热水器

④在住宅建筑中央或表面要设置绿化敞开空间，通过这一设置方式，能够有效减少住宅建筑热岛效应的发生，实现对住宅建筑内部气候环境的合理优化。

五、结语

现代建筑行业倡导可持续发展，气候条件是影响生态节能住宅建筑的一项关键因素。生态节能住宅建筑设计要全面结合地域环境气候特点，将传统住宅建筑设计和低碳环保作为基础，合理应用自然资源，减少能耗，在确保住宅建筑室内舒适基础上，达到节能环保目的。