摘要：以温和地区气候特征为基础，以人的热舒适度指标为目的，运用建筑气候学原理，从自然生态理念和智慧出发，分析论述了人——气候——建筑的“天人合一”关系，提出了温和地区建筑节能被动式设计的技术路线和设计措施。
　　关键词：温和地区　热舒适度　生态理念与智慧　建筑气候学　被动式设计
　　中图分类号：TU14
　　文献标识码：A
　　文章编号：1004-8537(2011)10-0144-04
　　
　　建筑节能设计标准和热舒适度评价指标
　　
　　我国划分成五个不同建筑热工气候区，分别是：严寒地区、寒冷地区，夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。
　　二十多年来，除温和地区外国家均正式颁布了民用建筑节能设计标准，特别是居住建筑除分别颁布了节能30％、50％、65％的建筑节能设计的标准外，还出台了相应配套的《建筑节能工程施工质量验收标准》和《建筑节能检测标准》，节能标准体系基本完善。
　　建筑节能的宗旨是：在确保建筑室内热舒适性的条件下，节约能源。我国现行节能的技术途径为：①提高建筑围护结构的保温、隔热能力，降低建筑物采暖、空调的用能。②提高采暖、空调、照明系统的运行效率，减少能耗。③加强科学合理的管理。④利用可再生能源。
　　目前，温和地区的国家民用建筑节能标准仍为一个空白。
　　我国室内热舒适设计分为空气调节室内热环境设计标准(见表1)和自然通风条件下热舒适综合评价。
　　
　　自然通风室内热环境评价的基本准则为：
　　①夏季和冬季室内气候应保证人体处于正常的热平衡和比较适宜的温热感：②气温、气湿、气流和辐射按一定的组合规律综合的影响着人体的舒适性，在一定范围内气温是一项重要的评价指标；③各地室内气候评价标准的确定，应充分考虑当地气候特征及不同地区居民对气候的舒适性。
　　从人体的生理上讲，长期处于某种特定的舒适环境中，将降低人体对气候变化的适应能力，反而不利于健康。根据温和地区的经济发展状况以及居民的生活习惯适应性，在考虑室内气候评价指标时，争取舒适的热环境，允许“可忍受”的热环境作为确定的意向。因此，一方面应当提出最适宜的气温指标(下限)，另一方面也应提出比较适宜的气温指标(上限)。
　　
　　温和地区气候特征和建筑热工分区指标
　　
　　以昆明为中心的云南省大部分属我国主要的温和地区。地理位置特殊，地形地貌复杂，气候兼具低纬气候、季风气候和山源气候特点。
　　云南省地势南低北高，南北海拔之差达66636m。南濒热带海洋，西南距孟加拉湾600km，东南距北部湾400km。夏天盛行湿润的海洋性季风，并有利于季风向滇北纵深，虽地处低纬，但受高原，海洋气候和雨季降温的影响，夏无酷暑，部分地区仍为清凉或过暖。冬天温和地区受热带大陆气团控制，而北方寒流受高山阻挡，不易南下，冬无严寒，部分地区冬季气候温寒。一年四季有“温和”之感。温和地区太阳辐射资源丰富，日照时数长，且冬季日照百分率高达70％左右。多数地区日照时数达2000小时以上，属我国光资源富庶区。
　　温和地区的另一个气候特征是“日温差大，年温差小”。该地区空气稀薄、洁净，白天辐射照度强，地表温度使空气增温较强烈，夜间辐射冷凝快，降温显著，表现为日温差大。低纬、山源太阳辐射量年变化小，体现出年温差小。
　　我国建筑热工分区对温和地区主要指标为最冷月平均温度0℃～13℃，最热月平均温度18℃～25℃。辅助指标为：日平均温度≤5℃天数，0～90天。
　　为了有效地利用气候资料，有利于建筑节能的设计，将温和地区又细分为南区，中区、北区(见表2和图1)。
　　
　　
　　温和地区人——气候——建筑的关系
　　
　　虽然建筑肩负着诸多的功能属性，社会属性、象征及美学属性，但遮风挡雨，御寒避暑是建筑起源的根本缘由，也是历史长河中所有建筑的基本功能之一，即“如果没有气候问题，人类就不需要建筑”(图2)。
　　人类生存有必需的环境气候条件，建筑内人周围的微气候是室外气候向建筑室内的延伸。当人们在满足生存的基础上不断改善居住环境和追求热舒适时，一方面要研究人的生理对气候环境、建筑的要求，另一方面是分析气候环境对建筑和人的影响。
　　建筑气候学研究证实：直接影响建筑室内人体热舒适度的气候因素是空气温度，湿度，气流速度和辐射温度。我国五个建筑热工分区，温和地区的气候条件与人的热舒适度指标较为接近。因此在温和地区充分利用自然环境条件和可再生资源是最节能且环保的方法。
　　温和地区的气候是自然生态环境中重要的组成部分，气候要素——光，热、雨、风等都是自然再生物质，可称气候资源。故建筑节能设计技术路线应为：①尊重和顺应自然，利用和享受自然。开发自然资源，特别是气候资源，让室内环境接近或达到人的热舒适要求，②运用规划，建筑手段，调控人——气候——建筑的关系，在一定程度上将室内的人体舒适环境扩展到更宽的室外气候范畴。
　　一般情况下，温和地区的室外气候与室内的热舒适环境总存在着不同程度的差异。建筑节能设计正是用调控手段缩小这一差距。用数学关系形象地表示为：
　　室外气候条件一需要调节气候=热舒适环境
　　一般情况需要调节的气候由两部分组成，即：
　　气候调控=建筑被动式设计调控+设备主动式调节
　　由于温和地区气候环境与人的热舒适指标接近，故应用建筑气候学原理，通过规划和建筑节能设计让室外气候延伸到室内时，接近或达到人适应的舒适性指标(图3)。
　　
　　
　　自然生态理念：尊重，顺应自然
　　
　　云南各族人民在漫长的历史发展过程中形成了自己独具特色的人文传统，创造了“天人合一”，“道法自然”的生态理念。老子提出的“道法自然”，则指世间万物都有其运行的内在规律，即“道在其中”。建筑节能设计正是遵循事物发展的内在法则，科学认识，分析人、气候、建筑的内在联系，树立温和地区自然生态理念——尊重和顺应自然。
　　高山、流水、湖泊、坝子和“温和”的气候是以昆明为中心的温和地区自然生态的框架，云南省设计院几代建筑师与时俱进对云南传统民居，包括热环境开展了调查研究，切身体会到：人与建筑只有尊重和顺应自然，才能获得自然和环境的呵护。
　　大理白族民居“三房一照壁”，丽江纳西族民居“四合五天井”，“木椤房”，楚雄彝族民居“土掌房”，芒市傣族民居“竹楼”……这些地域性建筑，都是人类与自然和谐共存共依的产物。云南传统民居有四个特点：首先是顺应了地域的自然环境和气候条件，故建筑不仅展示了自然景观风貌，还获得环境的呵护。其次是因地制宜，在顺应地形，地貌、环山抱水的同时融入了地域文化，故使建筑、景观，人与自然和谐相处，并富有自然人文的魅力。再者是就地取材，使用传统建筑工艺，当地工匠施工，降低了建造成本。还有就是利用生态环境特别是气候资源，让民居基本满足环境功能，特别是热环境要求。这是民居世代相传，成为传统民居的原因，也是人类智慧的结晶。
　　温和地区地处云贵高原，山源面积在不同地区达80％～95％。历史形成的地形，地貌和植被，历经多年自然的反复磨练，已经适应了当地的气候条件和环境，具有顽强的生命力。尊重和顺应自然正是减少对自然环境的人为干扰破坏，尽可能保留当地的生态痕迹，保存当地原有的植物群落和生态多样性。让山源、流水、植物群落、“温和”的气候与人和谐共存共依，这正是科学发展的绿色建筑观。
　　建筑节能设计属地域建筑范畴，不同地域的差异是什么?气候与自然环境是两个主要的因素，建筑的时代定位并非某种确定的形式，创造性地采用适用现代建筑技术，解决当地最紧迫的节能问题，这就是新时代的建筑形式，它体现了地域性新时代的建筑美。
　　温和地区节能的建筑形态，是尊重和顺应自然。科学适用绿色建筑设计策略，利用和享受自然的手法解决建筑节能的策略和方法，导向了一种建筑的新形态，此类“形态”，具有地域性，又富有生机和时代感。
　　建立尊重和顺应自然的建筑节能设计理念，首先要切实树立生态文明和生态道德观念。实质是温和地区居住建筑审美观的问题之一。
　　什么居住建筑才算美?建筑与自然环境相依相存，人对居住建筑美的愉悦感应从建筑与大自然一脉相承，水乳交融中感知到，以最小的资源代价，最小的对自然环境的影响，而获得最大限度的丰富性和多样性的建筑才是美。温和地区居住建筑这种生态文明美的展示正充满了巨大生命力和创造性。
　　
　　自然生态智慧：利用和享受自然
　　
　　温和地区建筑节能的自然生态智慧集中反应在充分利用自然，尽情享受自然。
　　
　　1　建筑节能设计的目的
　　向阳、遮阳，采光，遮光，通风、避风，保温、隔热，蓄热，散热，积水、排水，正是这些普通而适用的技术，表达着温和地区居民的生态智慧，部分解决了居住建筑的热环境问题。
　　当前的建筑节能设计，正是应用规划与建筑的手段，利用环境条件，特别是气候资源，并充分考虑到不同区域居民对气候环境的适应特质，来接近或达到温和地区居住建筑的热舒适性。
　　
　　2　温和地区建筑节能设计要解决的主要矛盾
　　应用房格尔(Fanger)热舒适理论，人体热平衡方程式和吉沃尼(Givoni)建筑气候设计分析图，对温和地区中区的气候因素综合分析，得出两点结论
　　①冬季大部分地区室内温度偏低，若阴雨天或受寒流侵袭，室温会更低；②夏季大部分室内热环境接近或达到热舒适要求，但强烈的阳光西晒，使西面室内环境有偏热的情况。部分地区南面的太阳直射会使室内有过暖的现象。这正是建筑节能设计要解决的主要矛盾。
　　
　　3　温和地区建筑节能的策略及技术措施
　　温和地区居住建筑节能的策略为：通过被动式设计，冬天充分利用太阳辐射照度，提高室内温度，但应有措施避免夏天对室内过暖的影响。特别是太阳西晒带来的室内环境偏热问题。
　　围护结构保温隔热，应有相应的传热系数的限值和蓄热能力，并确保外窗(含阳台透明部分)气密性和保温性的等级。
　　根据人体热舒适性，建筑调节和室外气候的关系，温和地区建筑节能设计的措施如下所述。
　　(1)被动式太阳能利用
　　建筑总图规划设计时，根据当地冬至日的太阳运行轨迹，应用太阳高度角和方位角的变化规律，控制好建筑间距和相对位置，建筑选择南，东南和西南朝向，建筑长轴为东西向，最大限度地利用区域内冬季太阳能资源。
　　建筑单体和平面设计时，尽量开敞以接纳更多的冬季阳光，卧室、起居室和使用率高的房间布置在南向，或接近南向。增加南向墙体的吸热系数p和蓄热性。在有条件的情况下利用直接受益式，阳台阳光间式和集热蓄热式太阳能设计，最大限度地让被照射建筑面吸收太阳能。采用主动式太阳能提供热水，作为采暖热源。
　　(2)建筑遮阳的利用
　　西向墙体应利用相邻建筑遮挡夏季的日照，西向外窗配合墙体立面设计遮阳，东、西向外窗宜使用可调活动内、外遮阳设施。
　　南向墙体配合立面设计外窗宜使用水平遮阳，或配置可调活动内遮阳。
　　遮阳应选择浅色的卷帘，百叶窗，布艺帘和风琴帘等。
　　屋面和外墙，特别是西向外墙，宜采用绿化屋面和垂直绿化。
　　固定外遮阳设施应避免对自然通风产生不利影响。
　　(3)自然通风的利用
　　根据冬、夏两季的主导风向，利用地形地貌和周边建筑群体，合理布局建筑和植树造林，让区域内在夏季有良好的自然通风，冬季寒流受阻。
　　单体平面和户型设计时，正压区和负压区同时设置进、排风口，充分利用门、窗的气流通道作用。应进行自然通风的气流分析，组织和优化。
　　层高高的房间，跃层式房间，可利用热压通风。
　　(4)尊重民族性和地域性的建筑形态。对其热工技术应保护和继承，并用现代技术、工艺、材料让其深化发展。后记
　　以昆明为中心的温和地区，地处西南边陲，经济滞后，居住环境仍处在较低的水平。建筑节能设计工作实为起步阶段。但建筑节能工作的开展必将改善其居住环境。云南省设计院作为云南建筑节能设计标准的主编单位，正是以此作为宗旨开展工作。
　　云南属低纬。山源，季风性气候区。“一山分四季，十里不同天”，“朝辉夕阴，气象万千”此乃“气象王国”，“植物王国”之大观。云南是一块气象科学研究和开发应用的处女地。以绿色建筑观应用自然生态理念和智慧，深入研究开发人——气候——建筑的关系，是温和地区建筑节能设计的一项长远任务。
　　(云南省建筑设计热工设计分区图，姜树新建筑师做了大量的基础性工作，在此表示感谢。)
　　
　　参考文献：
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　　3　林海燕，郎四维我国的建筑节能设计标准[J].北京，建筑节能，49册，2009
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　　7　李家泉等，昆明建筑日照资料与参数[J].云南建筑，2010
　　作者：赖竹寒，云南省设计院　高级工
　　程师，国家一级注册结构工程师
　　李家泉，云南省设计院　高级工程师
　　收稿日期：2011年8月