| 今年1月，由西安建筑科技大學建筑學院劉加平教授主持完成的科研成果“西部低能耗建筑設計關鍵技術與應用”獲國家科學技術進步二等獎。西部的發展牽動國人心，西部人民的居住條件應該朝著什么方向發展?該項研究指出一個方向。 |
【中國幕墻網】今年1月，由西安建筑科技大學建筑學院劉加平教授主持完成的科研成果“西部低能耗建筑設計關鍵技術與應用”獲國家科學技術進步二等獎。西部的發展牽動國人心，西部人民的居住條件應該朝著什么方向發展?該項研究指出一個方向。
研發背景
目前西部地區建筑能耗還偏低
為什么會把低能耗建筑設計關鍵技術的研究限定在“西部”?
劉加平告訴本報記者，“西部”有多種理解：一種是從我國的地理位置上來理解;第二種是從國家“西部大開發”中的西部來理解，不僅包括地理位置上的西部，也包括中西部的欠發達地區;第三種是泛指我國的欠發達地區。
“我所采用的‘西部’，基本上是第三種，指經濟相對落后、民族眾多、氣候變化多樣，特別是城鎮化程度相對較低的地區。” 劉加平算了一筆賬，“在西部地區，很多低收入人群還居住在傳統鄉土民居中，目前的建筑能耗還偏低，但潛在的增長量很大，一旦西部貧困地區的人均建筑能耗達到東部的水平，將會給我國建筑能耗的總量控制帶來很大壓力。”因此，在傳統鄉土建筑逐漸轉化為現代建筑的過程中，如果能夠研發出適合西部不同氣候條件的地域性低能耗建筑，將會緩解建筑能耗增加的壓力。
研發特點
西部氣候特征造就西部思路
“西部地區的氣候特點鮮明，基本上可以歸納為‘干熱干冷’型和‘濕熱濕冷’型兩種。”劉加平介紹說，在“干熱干冷”氣候中，又分為“寒冷”和“嚴寒”兩類。
西藏、新疆、云南、四川、陜西、甘肅的部分地區，屬于寒冷型干熱干冷氣候區，青海、西藏西北部、新疆北部、陜北、寧夏、甘肅西部等地屬于嚴寒型干熱干冷氣候區。成都平原、陜南等地則屬于濕熱濕冷氣候區。在干熱干冷氣候區，共同的特征是，太陽輻射資源豐富，氣候干燥，采暖期長(采暖能耗高)，因此，在這些地區，充分利用太陽能采暖，是建筑節能的一個重要途徑。
為此，劉加平與其團隊便得出了研究西部低能耗建筑的基本思路：提高建筑的保溫性能;盡可能利用被動式太陽能采暖設計;有條件的話，配備主動式太陽能采暖設備;重視夏季的自然通風和遮陽設計。
研發條件
好建筑模式必須得到當地老百姓的認同
有了思路和動機，那么研究創作出一種地域性低能耗建筑要具備哪些基本條件?
劉加平表示：“首先是要將本地區傳統鄉土建筑中蘊涵的節能經驗轉化為科學的設計原理和方法，即運用現代建筑節能設計原理，解讀傳統建筑的選址與平面布局、空間組織、構造與地區自然氣候條件的定量關系，然后才可用于新的低能耗建筑創作之中。”
此外，必須研發本地區的節能設計室外計算條件，包括累年太陽輻射參數與氣候參數等;必須建立本地區的節能設計室內計算條件，包括居住者在不同季節對室內熱環境的需求指標等。進而優化選擇適宜的節能構造形式，往往受制于經濟發展水平、技術條件、耐久性以及抗震安全的需求等。最后可能創作具有地域風貌特征的建筑模式，包括建筑的基本形態、色彩、內部功能空間組織、平面布局以及面積大小、構造體系等。
值得一提的是，試驗示范工程建設。“一種好的建筑模式，必須得到當地老百姓的認同，需要滿足老百姓對建筑的所有需求，方可實施推廣。僅僅滿足建筑節能指標，是很容易的，但往往不會被老百姓所接受的。”劉加平說，“中央政府拿錢，按照專家自己的意愿，再建設一個‘大寨’，有多少價值?”
研發難點
探索出“層級遞進”的設計原理
“最困難的，是研究創作出一種建筑模式和設計方案，老百姓愿意自己出錢建造。”劉加平經過近二十多年的探索發現：欠發達地區以及農村地區，老百姓對住房的性能的需求，基本上遵循一種“層級遞進”的原理，即必須首先逐級滿足建筑的安全性(抗震、防洪等)、功能以及使用便利性、建造成本的適宜性、室內環境的舒適性、建筑形式的美觀性的需求。當具備了以上性能化指標，才可能同時實現節能生態的指標。
“換句話說，當一棟建筑物，各方面性能都很好，可就是不抗震，送給老百姓，人家也不要。因此，僅僅關注節能、生態，是做不出低能耗建筑的。”劉加平說。
成果解讀
等熱流圍護結構保溫設計原理和方法
項目組創立了等熱流圍護結構保溫設計原理和方法，該法適合于西部“太陽能富集”地區的民用建筑。
因為，在太陽輻射資源豐富的地區，每一棟建筑物的南、北以及東西朝向的室外設計計算條件差異較大：在冬季，北向在整個晝夜的24小時內，是個純失熱面，而南向在白天，以及東西向的部分時段，圍護結構會接受太陽輻射熱量。如果各朝向保溫性能相同，北向房間會極冷(西藏的大部分地區如此)，漫長的冬季幾乎不能使用。
主、被動式太陽能組合解決西部采暖
該研究建立了自然通風流量計算式，優化得到了主、被動式太陽能組合解決西部采暖的技術方案。據劉加平介紹，這是因為在西部的寒冷型干熱干冷氣候區(如拉薩等地)，冬季很長(6個月甚至更長)，但其元月份的平均氣溫與西安差不多;用專業術語來解釋，即拉薩在冬季的采暖負荷與西安幾乎相同。
但是，拉薩在冬季的太陽總輻射幾乎是西安3倍，即拉薩單位面積的太陽輻射集熱量可以是西安的3倍。如果通過合理的被動式太陽能設計、配備較少的太陽能采暖設備，即可解決拉薩的采暖問題。“何況，西藏的常規能源儲量有限，如果用于采暖，就太浪費了。”
綠色窯居：既保持傳統窯居風貌 又富有現代建筑氣息
該項目完成了黃土高原綠色窯居等四種低能耗建筑的模式創作和設計，應用面積超過60萬平方米。
劉加平簡要概括說：“老百姓對舊窯居最不滿意的地方，一是空間單調、功能不全，難以滿足現代生活方式的需求;二是陰暗潮濕(采光、通風不好);三是缺乏現代氣息(土氣、不夠洋氣)。”
新窯居繼承了傳統窯居“冬暖夏涼”的節能經驗，既保持了傳統窯居風貌，又富有現代建筑氣息。復試空間構成，既解決了“空間單調”問題，又加強了通風換氣，解決了“陰暗潮濕”問題。總的說來，具備節能、節地、節材等綠色建筑特征。【完】
研發背景
目前西部地區建筑能耗還偏低
為什么會把低能耗建筑設計關鍵技術的研究限定在“西部”?
劉加平告訴本報記者，“西部”有多種理解：一種是從我國的地理位置上來理解;第二種是從國家“西部大開發”中的西部來理解，不僅包括地理位置上的西部，也包括中西部的欠發達地區;第三種是泛指我國的欠發達地區。
“我所采用的‘西部’，基本上是第三種，指經濟相對落后、民族眾多、氣候變化多樣，特別是城鎮化程度相對較低的地區。” 劉加平算了一筆賬，“在西部地區，很多低收入人群還居住在傳統鄉土民居中，目前的建筑能耗還偏低，但潛在的增長量很大，一旦西部貧困地區的人均建筑能耗達到東部的水平，將會給我國建筑能耗的總量控制帶來很大壓力。”因此，在傳統鄉土建筑逐漸轉化為現代建筑的過程中，如果能夠研發出適合西部不同氣候條件的地域性低能耗建筑，將會緩解建筑能耗增加的壓力。
研發特點
西部氣候特征造就西部思路
“西部地區的氣候特點鮮明，基本上可以歸納為‘干熱干冷’型和‘濕熱濕冷’型兩種。”劉加平介紹說，在“干熱干冷”氣候中，又分為“寒冷”和“嚴寒”兩類。
西藏、新疆、云南、四川、陜西、甘肅的部分地區，屬于寒冷型干熱干冷氣候區，青海、西藏西北部、新疆北部、陜北、寧夏、甘肅西部等地屬于嚴寒型干熱干冷氣候區。成都平原、陜南等地則屬于濕熱濕冷氣候區。在干熱干冷氣候區，共同的特征是，太陽輻射資源豐富，氣候干燥，采暖期長(采暖能耗高)，因此，在這些地區，充分利用太陽能采暖，是建筑節能的一個重要途徑。
為此，劉加平與其團隊便得出了研究西部低能耗建筑的基本思路：提高建筑的保溫性能;盡可能利用被動式太陽能采暖設計;有條件的話，配備主動式太陽能采暖設備;重視夏季的自然通風和遮陽設計。
研發條件
好建筑模式必須得到當地老百姓的認同
有了思路和動機，那么研究創作出一種地域性低能耗建筑要具備哪些基本條件?
劉加平表示：“首先是要將本地區傳統鄉土建筑中蘊涵的節能經驗轉化為科學的設計原理和方法，即運用現代建筑節能設計原理，解讀傳統建筑的選址與平面布局、空間組織、構造與地區自然氣候條件的定量關系，然后才可用于新的低能耗建筑創作之中。”
此外，必須研發本地區的節能設計室外計算條件，包括累年太陽輻射參數與氣候參數等;必須建立本地區的節能設計室內計算條件，包括居住者在不同季節對室內熱環境的需求指標等。進而優化選擇適宜的節能構造形式，往往受制于經濟發展水平、技術條件、耐久性以及抗震安全的需求等。最后可能創作具有地域風貌特征的建筑模式，包括建筑的基本形態、色彩、內部功能空間組織、平面布局以及面積大小、構造體系等。
值得一提的是，試驗示范工程建設。“一種好的建筑模式，必須得到當地老百姓的認同，需要滿足老百姓對建筑的所有需求，方可實施推廣。僅僅滿足建筑節能指標，是很容易的，但往往不會被老百姓所接受的。”劉加平說，“中央政府拿錢，按照專家自己的意愿，再建設一個‘大寨’，有多少價值?”
研發難點
探索出“層級遞進”的設計原理
“最困難的，是研究創作出一種建筑模式和設計方案，老百姓愿意自己出錢建造。”劉加平經過近二十多年的探索發現：欠發達地區以及農村地區，老百姓對住房的性能的需求，基本上遵循一種“層級遞進”的原理，即必須首先逐級滿足建筑的安全性(抗震、防洪等)、功能以及使用便利性、建造成本的適宜性、室內環境的舒適性、建筑形式的美觀性的需求。當具備了以上性能化指標，才可能同時實現節能生態的指標。
“換句話說，當一棟建筑物，各方面性能都很好，可就是不抗震，送給老百姓，人家也不要。因此，僅僅關注節能、生態，是做不出低能耗建筑的。”劉加平說。
成果解讀
等熱流圍護結構保溫設計原理和方法
項目組創立了等熱流圍護結構保溫設計原理和方法，該法適合于西部“太陽能富集”地區的民用建筑。
因為，在太陽輻射資源豐富的地區，每一棟建筑物的南、北以及東西朝向的室外設計計算條件差異較大：在冬季，北向在整個晝夜的24小時內，是個純失熱面，而南向在白天，以及東西向的部分時段，圍護結構會接受太陽輻射熱量。如果各朝向保溫性能相同，北向房間會極冷(西藏的大部分地區如此)，漫長的冬季幾乎不能使用。
主、被動式太陽能組合解決西部采暖
該研究建立了自然通風流量計算式，優化得到了主、被動式太陽能組合解決西部采暖的技術方案。據劉加平介紹，這是因為在西部的寒冷型干熱干冷氣候區(如拉薩等地)，冬季很長(6個月甚至更長)，但其元月份的平均氣溫與西安差不多;用專業術語來解釋，即拉薩在冬季的采暖負荷與西安幾乎相同。
但是，拉薩在冬季的太陽總輻射幾乎是西安3倍，即拉薩單位面積的太陽輻射集熱量可以是西安的3倍。如果通過合理的被動式太陽能設計、配備較少的太陽能采暖設備，即可解決拉薩的采暖問題。“何況，西藏的常規能源儲量有限，如果用于采暖，就太浪費了。”
綠色窯居：既保持傳統窯居風貌 又富有現代建筑氣息
該項目完成了黃土高原綠色窯居等四種低能耗建筑的模式創作和設計，應用面積超過60萬平方米。
劉加平簡要概括說：“老百姓對舊窯居最不滿意的地方，一是空間單調、功能不全，難以滿足現代生活方式的需求;二是陰暗潮濕(采光、通風不好);三是缺乏現代氣息(土氣、不夠洋氣)。”
新窯居繼承了傳統窯居“冬暖夏涼”的節能經驗，既保持了傳統窯居風貌，又富有現代建筑氣息。復試空間構成，既解決了“空間單調”問題，又加強了通風換氣，解決了“陰暗潮濕”問題。總的說來，具備節能、節地、節材等綠色建筑特征。【完】
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