寒冷地区中庭的设计与研究

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2013-01-21 09:14 热度:

  摘要:中庭为人们创造了舒适的近似室外空间的内部空间,但同时还具有空间大,耗能大,室内热环境不稳定等特点。因而在中庭的设计中,应结合其自身的特点,对于不同形式,不同地区的中庭,采用不同的设计手法,使其能够真正为人们提供一个舒适的室内活动空间。

  关键词:寒冷地区,中庭设计,中庭节能

  1.引言

  现代城市建筑密度的提高和建筑规模的扩展,以及现代交通工具的发展,使许多开敞空间受到大气污染和噪声的影响,失去了作为交往和停留的公共场所的意义。在这种状况下,利用现代的结构技术和建筑材料,建筑师创造性地将外部空间的一部分活动内容,包含在一个有围护结构且免受外部气候环境影响的空间中,这就创造了一种独特的空间形式——中庭。建筑中庭是一种古老的概念,也是一种很新颖的概念,只有在科技与生产高度发展的情况下,才有可能实现并使之完善化。

  2. 气候环境对中庭设计的影响

  与建筑中庭微气候有密切关系的外界气候,有风、气温、阳光、辐射与空气湿度等。此外,从影响建筑中庭材料的耐久性、装修变质、腐蚀和损坏几方面来看还要研究雨、雾、湿度、雷等气候因素的影响。从一些乡土建筑和原始构筑物可以看出,为了营造适于人生活的室内空间,在不采用任何耗能设备的前提下,这些建筑就能使其设计特点、构造细部与当地气候相适应。

  气候对建筑的形式产生影响,建筑的形式反过来也要适应气候对其产生的影响。对于不同气候分区中的中庭建筑,都需要考虑保温、隔热、采暖、通风。但不同的地区有不同的侧重点。对于寒冷地区,主要考虑冬季的保温、采暖。

  2.1 寒冷地区建筑中庭的设计

  北方寒冷地区, 以北京、天津地区为例。天津地区最冷月平均温度为-4.0oC,全年小于等于5 oC的天数为119天,夏季最热月平均温度为26.5 oC,冬寒夏热。这一地区的民居形式比较典型的是四合院建筑,四周围合,中间为天井,该地区的中庭设计和当地的民居有相似之处。

  对于这一地区的中庭建筑设计既应满足冬季保温的要求,同时也应兼顾夏季防热。因此,总体规划时应把阳光纳入中庭,防止别的建筑物遮挡。单体组合上,尽量避免西北向冷风的影响,中庭的形式上宜选用四向中庭和三向中庭。围护结构采用密封和保温性能好的材料,中庭的材料热容量应根据其用途和供热方式确定。常规间歇供热应采用低热容量材料,太阳辐射供热宜采用高热容量材料。

  在冬季,其设计要点和严寒地区相同,应最大限度地争取太阳辐射热,成为一个高效能的被动式太阳房,同时还应有自己严格的保温隔热的特殊功能的要求,适当考虑夏季的通风、隔热措施。例如在采光顶的内侧或外侧设置遮阳百叶,利用夏季和冬季太阳入射角度的不同,夏季阻止阳光的射入,冬季则将阳光引入室内。同时遮阳百叶的应用还可以防止眩光,提高入射到室内的光线的质量。

  2.2 寒冷地区中庭的节能措施

  由于建筑中庭的空间很大,并且一般至少有一个维护面采用玻璃等透明材料。为了取得较好的热舒适环境,要消耗大量的能量,造成能源的浪费、环境污染和建筑维持、运行费用的提高。因此,进行中庭节能措施的探讨意义重大。

  对于寒冷地区,利用中庭的烟囱效应和温室效应可使中庭具有一定的节能效果。如果从材料、设计、构造上进一步考虑,利用太阳能和风能等可再生能源,会取得更好的节能效益。

  3. 结合实例分析寒冷地区中庭设计要点

  山东交通学院图书馆位于山东省济南市,济南市和天津市一样,都属于寒冷地区。这里冬季最低的月平均气温仅为1.4oC,而夏季最高的月平均气温则高达31oC,所以建筑冬季需要采暖系统,夏季需要空调系统。

  图书馆采用了南北朝向的布局和集中式的建筑平面,这尽可能地减少了建筑围护结构的面积,有利于降低建筑运行中的能量损失。

  3.1 结合功能需要设置中庭,增强自然通风

  在图书馆平面的中部,布置着计算机检索及目录大厅。这里是图书馆的核心空间。它被设计成一个中庭,成为组织整个建筑气流,增强自然通风的关键。根据烟囱效应的排气原理,中庭空间层层向上收缩,在顶部成为一个条形天窗。天窗顶部连接着七个拔风口,拔风口像烟囱一样突出在屋面之上沿着气流热运动的轨迹,室内不新鲜的空气从这里排出室外。同时,根据季节的不同,还组织新鲜空气从不同的通道进入室内。在图书馆中还设计了由南向北的新风导入系统。在温度适宜的季节,建筑南侧咖啡厅上部带百页的窗户打开,建筑北侧各层阅览室的窗户也打开,新鲜空气分别从南、北导入室内。大部分空气经阅览室进入中庭,从中庭拔风口排出室外。部分空气进咖啡厅后,经咖啡厅侧墙上的四个“烟囱”,从“烟囱”顶部的四个拔风口排出室外,形成自然通风。

  3.2 设置玻璃温室和遮阳系统,降低能量消耗

  一层南侧的咖啡厅是个玻璃温室,冬季进入温室的新鲜空气,经阳光照射蓄热后再送到阅览室,可减少采暖能耗。夏季,玻璃屋面,玻璃墙面上的遮阳装置又起着防晒作用。该玻璃温室中还设置了水体,并种植了一些热带植物。在夏季,水体和植物对中庭起到吸热降温的作用;而冬季打开屋顶的遮阳百叶,阳光进入到室内,水体又起着蓄热的功能。除此之外,该图书馆还设计了一套遮阳系统。屋顶的遮阳隔架、屋面的绿化植被、建筑南侧的冬季落叶阔叶树,以及运用建筑自身的体量,都能为建筑遮挡阳光,起到节约夏季空调能耗的作用。

  4. 结语

  随着建筑的发展和人们要求的提高,产生了中庭建筑。中庭与建筑的其它空间联系紧密,因此中庭设计是建筑设计中的一个重要组成部分。本文通过气候环境对中庭的影响总结出寒冷地区中庭设计的要点。总结出中庭采光顶在设计中的设计方法和应遵循的原则,为今后寒冷地区建筑中庭设计和施工提供参考。

  参考文献:

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  [2] 邹瑚莹.山东交通学院图书馆——生态建筑及其室内设计探索. 2003年首届全国装饰行业优秀科技论文·幕墙工程篇·幕墙设计.2003.131~132

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  [4] 雷平,王向阳.中国传统民居中的中庭建筑空间.南昌大学学报(人文社会科学版).2005,1.65~68

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