建筑節(jié)能低技術運用

建筑節(jié)能低技術運用相對于高新技術在建筑中的大量應用，地區(qū)性的低技術仍具有頑強的生命力。體現了全球化與地區(qū)化的〃啞鈴模式〃的雙極發(fā)展。這些地區(qū)性傳統(tǒng)技術相對成熟、易于操作，并且造價低廉、生態(tài)環(huán)保，在能源消耗、保溫隔熱、通風排水等許多方面體現了極大的生態(tài)價值。低技術應用門檻低，便于就地取材，在經濟和技術受限地區(qū)，以較少的投入就能獲得較大的效益。因此，能更有效的解決建筑的熱工、采光、通風等需要，是一種適宜性的智慧選擇。1低技術的應用低技術注重回歸自然和傳統(tǒng)，強調回歸技術本源，它體現了一種〃實用〃的現實理念。低技術以經驗和實踐為基礎，具有濃厚的地方色彩，通常會結合當地的氣候、地形條件，因地制宜的采取相應的技術措施。主要體現在材料選擇、規(guī)劃布局和能源利用等方面。1.1運用可循環(huán)的地方性材料地方性材料是相對于大工業(yè)生產的混凝土、鋼材、玻璃等而言的，典型的地方性材料包括生土、燒磚、木材、地產石材等等。各地區(qū)的地產材料呈現出很大的差異化，同時具有不可替代的優(yōu)勢，它取材便捷、技術成熟、易于操作。地方性材料一般都具有適合當地氣候的熱工性能的特點。例如，粘土具有很好的蓄熱熱惰性,適用于北方的墻體外圍護材料，我國西北地區(qū)粘土資源豐富、易于獲得，只需簡單加工便能投入使用，制造過程清潔環(huán)保，技術及施工工藝便于操作掌握，是一種可循環(huán)的地方性材料。代表性建筑有:西藏阿里蘋果小學，利用粘土創(chuàng)造性的〃編織構造〃，充分利用了自然原理，滿足了熱工以及高原擋風的要求，獲得了低技術創(chuàng)作的良好效果;西安富平陶藝村住宅，充分利用了當地粘土，實際上在建筑全壽命周期內，做到了生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保，是較少投入獲得較大的綜合效益的成功案例。我國南方沿海地區(qū)一些生土建材也廣泛使用，土層擁有良好的保溫隔熱特性，如摻入堿土也可防滲防水，生土材料在建筑多年失效以后還可以用作肥料，是完全可自我降解的生態(tài)建材，它冬暖夏涼，屬于低技術的范疇，迄今中國仍有上千萬人居住其中。在中國山東、四川、貴州、西藏地區(qū)主要盛產石材，例如川藏地區(qū)的居民通常居住在一種叫做碉樓的建筑中，這種碉樓主要承重材料為石材，采用青棵或者木材來分割空間，由于石材優(yōu)良的蓄熱性能使得這種碉樓的熱工性能滿足夏季放熱以及冬季供暖的需求。我國北方游牧民族使用皮毛制作帳篷，防風透氣，適合于北方草原氣候;濕熱地區(qū)人們運用竹子搭建的房屋，隔熱防潮;沿海地區(qū)采用海草等材料做屋頂，采用石材做墻體，起到了耐腐蝕、保溫隔熱效果。例如，山東榮城的北斗山莊，就是成功運用這種低技術的實例。建筑采用當地大量容易獲得的海草,經過干燥篩選、打捆成型處理后，用于屋面的覆層，既有良好的熱工效果，同時也耐海風的鹽堿腐蝕，經測算能達到上百年的使用壽命，同時是低能耗、低經濟投入的實例。我國西南地區(qū)很早就有利用竹子搭建房屋的歷史，竹子具有良好的材料韌性和輕便性，干燥透氣，適用于潮濕、地基不穩(wěn)定的地區(qū)。竹子作為低技術節(jié)能材料，應該充分挖掘利用。建筑師SimonVelez根據竹子的材料特性，創(chuàng)造了一種〃螺栓加水泥〃的技術，這種結構可以快速建造，可以做出懸挑8m跨度18nl的竹結構，有著廣泛的應用前景［2］。1.2利用被動式太陽能在建筑設計中利用建筑選址、規(guī)劃布局和自身材料構造特點，充分利用太陽能來進行低技術的節(jié)能建造，是有別于依賴太陽能設備儀器技術和可呼吸智能幕墻的高技術的，被動式太陽能技術是一種適合發(fā)展中國家廣大地區(qū)可持續(xù)技術的體現。利用科學的空間布局，挖掘建筑材料的熱工性能，可以改善室內物理環(huán)境，達到節(jié)能的目標，這是一種低技術形態(tài)。利用太陽能的熱溫氣流原理，形成的可呼吸式幕墻，這種幕墻通過溫室效應和煙囪效應，由太陽輻射的溫差產生對流。根據通風結構的不同分為:〃封閉式內循環(huán)體系〃和〃敞開式外循環(huán)體系〃封閉式的應用于寒冷地區(qū)，敞開式的適用于冬冷夏熱地區(qū)，夏季打開風口，由于煙囪效應產生對流，從而降低內層玻璃溫度，冬季關閉以產生〃溫室效應〃提高了內層玻璃溫度，此種幕墻比傳統(tǒng)的幕墻采暖節(jié)能42%?52%,制冷節(jié)能38%?60%（圖1）。被動式太陽能低技術還包括直接得熱墻，特朗伯集熱墻，水墻，太陽房等。對太陽能的利用，比較傳統(tǒng)的做法是將麥糠、鋸末秸稈等打包裝袋，作為集熱材料應用于建筑屋頂的覆層中。止匕外，還有屋面覆土的做法，這也是一種減小能耗的適用低技術。經測定，覆土下沉太陽房夏季溫度可維持24℃?26℃（室外30?35℃）,冬季有陽光時，室內可達到10℃。被動式太陽能在建筑中的應用種類多樣，其基本原理都是利用蓄熱材料白天吸熱，夜晚放熱的性能，熱量的特性就是只能由高溫傳導到低溫部位,因此合理利用太陽能產生的熱量是低技術策略的有效途徑之一。1.3利用風壓氣流保溫和隔熱是建筑節(jié)能中的關鍵問題，其本質是對于熱量的控制。其中通風與光照與建筑熱量得失密切相關。利用好風條件，通過合理的建筑設計與構造，可以達到一定的節(jié)能要求。比如，穿堂風效應就是傳統(tǒng)低技術的體現，其原理就是利用風壓在建筑內部產生空氣流動。當風吹向建筑物正面時，因受到建筑物表面的阻擋而迎風向上產生的正壓區(qū)，氣流再向上偏轉同時繞過建筑物各側面及背面，在這些面上產生負壓區(qū)［3］o從表1中可以看出，得到穿堂風的房間每小時的通風換氣次數最高可以達200多次，而單側通風的房間每小時的通風換氣次數卻只相當于穿堂風房間的1/5。穿堂風的獲得可以大大降低建筑制冷的能耗和費用，而且還給室內提供了清潔、新鮮的自然空氣?！焽栊ㄊ亲匀煌L的又一種方式，山于建筑物內外空氣的氣溫導致了空氣密度的差別，于是形成壓力差，驅使室內外的空氣流動。室內溫度高的空氣比重小而上升，并從建筑物上部風口排出，這時會在低密度空氣原來的地方形成負壓區(qū)，于是，室外溫度比較低而比重大的新鮮空氣從建筑物底部被吸入，從而室內外的空氣源源不斷地進行流動，這是一種利用熱壓的通風方式，另外，熱壓通風還存在一種〃漏斗效應〃。根據熱力學第二定律，熱量由高溫傳向低溫一側，那么在漏斗空間中的熱量傳導也符合從下部傳向上部的規(guī)律,即漏斗作用將會對熱空氣的上升起到推波助瀾的效果，有效的加劇熱量的上升擴散［5］。通過利用〃煙囪效應〃在建筑中設計煙囪塔、天井、中庭等多種形式，為獲得良好的通風創(chuàng)造條件。#p#分頁標題#6#2低技術的策略2.1合理規(guī)劃布局，利用地形特征低技術手段在建筑節(jié)能設計中注重體形、用地、朝向等方面，具體包括:在建造時因勢利導，化不利為有利，緩坡應采用填挖以形成臺地;或者壘土填實提高勒腳;或形成錯層。陡坡則利用地形分層建筑，使屋頂逐層提高。在處理高差上的問題時，可以參照中國傳統(tǒng)低技術山地營建十八法。采暖建筑為了防止〃霜洞〃效應不應布置太低凹的地域。中國北方城市冬季主導寒流為西北風，因此在北方地區(qū)要考慮通過綠化來遮擋建筑西北方。建筑的體形也影響建筑能耗狀況，當建筑的長寬比大時可以良好的冬季得熱，當正南建筑長寬比為5：1時，各墻面輻射總得熱為正方形建筑的1.87倍［6］。一般體形系數越小的越好，但是在實際節(jié)能設計中要控制有效傳熱系數較大的面，例如采暖建筑北面?zhèn)鳠嵯禂递^大，冬季季風是西北風，那么減小西北外墻有利節(jié)能。較封閉的院落式布局可以營造良好的微氣候條件，比如中國傳統(tǒng)的合院建筑充分利用日照，避免季風干擾，調節(jié)內部氣候，利用建筑外界的反輻射，形成對冬季惡劣氣候的防護。2.2結合地方氣候，運用適宜手段不同的地域采用的低技術手段不同，應該根據當地的氣候分析來選擇相應的技術措施。地方性建筑回應氣候的主要方式就是合理處理光照和風，光照的重點主要是處理好陽光的吸收和遮檔，風的處理重點主要是通風與擋風。比如，濕熱地區(qū)的建筑應采用開敞式布局，利用伸展的造型、薄而透氣的墻體以及大坡面的屋頂促進通風和納涼;而干熱地區(qū)的建筑宜采用內向型布局，外部采用厚重墻體進行封閉隔熱，同時減小建筑的間距以產生陰影來避免陽光直曬。北方寒冷地區(qū)的建筑外形厚重、封閉，內部設置采暖措施，街道非常寬闊以避免冬季冷風的形成。朝向一般向南獲得陽光，比如北歐寒冷地區(qū)通過持續(xù)低溫供熱達到舒適的室內環(huán)境。這些基本的設計方法都是針對特定的氣候環(huán)境做出的具體回應，只有采用適宜的技術才能與當地環(huán)境和諧的融為一體，否則反而產生相反的結果。在寒冷地區(qū)、干熱地區(qū)及溫差較大的地區(qū)一般首先考慮保溫隔熱，采用封閉的外墻和小開窗減少了建筑物的直接得熱量;在建筑外部種植花墻以防止太陽直曬，利于采光，同時防止過熱現象。選用熱容量穩(wěn)定的重質材料可以抵御晝夜的巨大溫差。例如丹麥建筑師福萊明•斯庫德設計的混凝土洞穴房就采用了這樣的原理。此建筑內部木構造技術為建筑提供了一個10cm的天然絕緣帶，使建筑的屋頂和四周各面都是透氣的。木結構外部覆蓋著土制斜坡和草皮，草皮具有氣候緩沖和溫度緩沖的作用。在冬天，混凝土洞穴房住宅內的溫度從不會低于+5℃[6]0即便是在夏天，在不使用任何人工通風方法的情況下，房屋內部也有著令人愉快的比室外更加涼爽的平均溫度。2.3結合建筑美學，兼顧綜合效益低技術的運用不能單一的從技術層面著手，建筑是技術與藝術的結合，因此通過合理的設計將低技術與建筑美學完美的融合一起是十分重要的。馬來西亞建筑師楊經文在實踐中踐行了技術與藝術，技術與功能，技術與情感的融合。在設計中，他常將電梯、衛(wèi)生間等服務性空間布置在建筑外層，減少太陽對中部空間的熱輻射;將建筑表面做綠化處理，以降低建筑外表面溫度，減少熱源輻射;在中部引入綠化開敞空間，減輕高層建筑的熱島效應;在建筑表面凹凸有致來塑造陰影空間和灰空間，并使遮陽與綠化相結合，也有效的降低了暴曬得熱;通過可呼吸式幕墻形成復合空間或空氣間層，產生立面的層次感,為建筑穿上可呼吸的外衣，在屋頂設置天窗通風采光，將中庭透空與煙囪效應相結合，使大廳既滿足美學需要也滿足通風要求等。3結語嚴格的意義上來講，低技術節(jié)能策略不完全是技術創(chuàng)新的