建筑環(huán)境分析

建筑熱環(huán)境分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑熱環(huán)境分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）托馬斯·赫爾佐格作品托馬斯·赫爾佐格先生(ThomasHerzog)是德國著名的建筑師和建筑學(xué)教授。他以其關(guān)注技術(shù)、注重生態(tài)的建筑設(shè)計(jì)享譽(yù)世界。托馬斯·赫爾佐格很少把自己的創(chuàng)作愿望強(qiáng)加于環(huán)境之上，而是推測和聽從生態(tài)環(huán)境的變化過程和循環(huán)，本著參與及合作的精神去做他的工作。他的生態(tài)建筑思想是人類和所有的人工制造物達(dá)到一個自然和人造自然的親切和睦的境地。他始終堅(jiān)持“從生態(tài)到建筑，從技術(shù)到自然”的原則，他已經(jīng)把生態(tài)升華成一種思想和精神，并以此貫穿他一生的建筑設(shè)計(jì)過程。托馬斯·赫爾佐格的設(shè)計(jì)不僅僅是一個鼓勵的內(nèi)部工作和外在形式；相反，他的設(shè)計(jì)擴(kuò)大到影響建筑環(huán)境的所有方面及相互關(guān)系的塑造。另外，他十分注重和其他方面專業(yè)人士的緊密合作，通過對新材料、新構(gòu)件、新系統(tǒng)和合適的設(shè)計(jì)工作的發(fā)展給予建筑設(shè)計(jì)活動更大的自由，并最終達(dá)到建筑與自然環(huán)境的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以及建筑自身的可持續(xù)發(fā)展。一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）大師作品分析內(nèi)容1緩沖空間的營造2采光與遮陽的協(xié)調(diào)

3自然通風(fēng)的組織

4.應(yīng)變界面的構(gòu)造（內(nèi)外界面）托馬斯·赫爾佐格的大量作品所遵循的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原理和策略：一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）

現(xiàn)代建筑物理學(xué)研究表明，使用者對于建筑空間的熱舒適性不是一個恒定的指標(biāo)而是一個區(qū)域，并且這個區(qū)域還由于季節(jié)、服飾、使用者的不同發(fā)生一定偏移。這也就是說，單純使用機(jī)械空調(diào)措施并不能滿足使用者舒適度的要求，而且大量消耗能源。營造緩沖空間就是根據(jù)建筑使用功能的區(qū)別，針對不同使用頻率的建筑空間進(jìn)行不同處理的設(shè)計(jì)原理。在赫爾佐格的作品中，常常把輔助空間或不能使用的消極空間作為緩沖空間來保證主要使用空間的舒適度，主要表現(xiàn)為幾種策略：1緩沖空間的營造

一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）（1）鮮明的空間分區(qū)

赫爾佐格的作品總是把使用頻率較少的輔助空間置于北向，利用保溫良好的材料形成封閉空間。這樣的緩沖空間既可以遮擋北來的寒風(fēng)侵襲，也由于分時(shí)供能而最大現(xiàn)對的節(jié)約了能源。在青年教育中心的平面布局中，經(jīng)常使用的客房空間置于在南向，而輔助的衛(wèi)浴布置在北向，僅在使用時(shí)快速升溫即可。一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）（2）中庭空間的營造

盡管中庭空間由于溫室效應(yīng)能在冬季發(fā)揮重要的保溫作用，但是也常常因夏季過熱需降溫而消耗大量的能源。赫爾佐格認(rèn)為：解決其過熱的措施，可利用空間高度以形成足夠的溫差來帶走熱氣流，同時(shí)維護(hù)結(jié)構(gòu)一定要真正起到遮陽的作用。在霍次大街住宅開發(fā)項(xiàng)目中，在寒冷冬季，中庭收到太陽輻射而溫度升高，能大幅度的減少臨近住宅的取暖能耗；而夏季余量能夠透過大廳屋頂上的開口排出室外，同時(shí)涼爽的空氣從底層進(jìn)入，以保證建筑能在夜里冷卻下來。中庭空間發(fā)揮了良好的熱緩沖的作用，從而使住宅空間的熱環(huán)境相對穩(wěn)定，從而節(jié)約能源供給。一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）（3）“溫度洋蔥”的措施

就是按照不同的使用溫度要求，把不同使用空間從內(nèi)向外依次布置。通過設(shè)置具有梯度的空間，達(dá)到最大限度的節(jié)能。在Pfalz的小別墅項(xiàng)目中，將需要保持較高溫度的洗澡間置于建筑最深處，其他空間依次布置，最外層還設(shè)置太陽房作為室內(nèi)外緩沖空間，以保證室內(nèi)溫度穩(wěn)定。一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）2采光與遮陽的協(xié)調(diào)

最大限度地利用自然光不僅能夠節(jié)約大量能源，還是使用者生理和心理舒適的基本要求。伴隨著現(xiàn)代大體量建筑的出現(xiàn)，建筑空間往往忽視了對自然光的利用。但是，由于自然光的使用也容易伴隨著過多的熱量引入。因此，協(xié)調(diào)解決采光和遮陽是赫爾佐格作品的重要課題，其主要表現(xiàn)為兩種策略：北向光線的利用，采光與遮陽的轉(zhuǎn)換。

林茨的設(shè)計(jì)中心一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）（1）北向光線的利用

北向光線屬于漫射光，且?guī)в械奶枱崃枯^少，因此在赫爾佐格的作品中被大量使用。其常用手法是通過反射作用，把北向光線均勻引入室內(nèi)。在漢諾威26號展廳中，為了給高大展覽空間提供質(zhì)量的均勻照明，光線通過大面積北向天窗上的百葉，折射到展館室內(nèi)屋頂上巨大“反射板”而引入更遠(yuǎn)的公共區(qū)域，從而使光線均勻分布。在林茨的設(shè)計(jì)中心項(xiàng)目中，通過在屋頂上的一種塑料格柵，將北面光線反射、折射進(jìn)入室內(nèi)，而將南側(cè)直射光線過濾，這樣就使展示區(qū)獲得高標(biāo)準(zhǔn)的采光，且不犧牲室內(nèi)熱舒適度，也不增加額外能耗。漢諾威26號展廳一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）（2）采光與遮陽的轉(zhuǎn)換

南向日照是建筑主要的采光、得熱來源，但是過多的日照也會影響室內(nèi)舒適度。在赫爾佐格的作品中，常常將南向采光與遮陽相結(jié)合，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行采光與遮陽的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換。在建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會擴(kuò)建項(xiàng)目中，一種特殊的片狀金屬板（光偏轉(zhuǎn)構(gòu)件）被用在建筑立面上。在北立面，金屬板可將自然光反射到房間內(nèi)部的頂棚上；而在南立面，在天空陰暗時(shí)將頂光反射到樓地板底面上，當(dāng)陽光照射強(qiáng)烈時(shí)，構(gòu)件則轉(zhuǎn)到垂直方向發(fā)揮遮陽板的作用。另外，漢堡亞特蘭辦公樓外立面的可滑動的遮陽板及奧斯那布呂克的環(huán)境信息中心的屋頂天窗遮陽百葉也表現(xiàn)了采光與遮陽的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換。建筑工業(yè)養(yǎng)老金基金會擴(kuò)建一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）

自然通風(fēng)是在滿足建筑換氣量的同時(shí)并不增減額外能耗而是建筑降溫，從而提高室內(nèi)舒適度。相對于現(xiàn)今大量使用的機(jī)械通風(fēng)和制冷來說，自然通風(fēng)具有方便、清潔的優(yōu)點(diǎn)，但是也具有低效的缺陷。在赫爾佐格的作品中，一方面最大限度地利用和組織自然通風(fēng)，另一方面也把機(jī)械通風(fēng)作為必要的補(bǔ)充，進(jìn)而滿足室內(nèi)舒適度的要求。這里重點(diǎn)分析其組織自然通風(fēng)的方法。大致可分為：一般建筑的通風(fēng)，大廳型空間的通風(fēng)，高層建筑的通風(fēng)。3自然通風(fēng)的組織

奧斯那布呂克的環(huán)境藝術(shù)中心一、典型案例熱環(huán)境分析（大師作品）4.應(yīng)變界面的構(gòu)造

有學(xué)者評價(jià)赫爾佐格的建筑作品“發(fā)揮主要作用的不是結(jié)構(gòu)，而是動態(tài)而變化的表皮，它與特定場所發(fā)生聯(lián)系，對變換的環(huán)境做出回應(yīng)。”我們認(rèn)為，在赫爾佐格的作品中，不僅僅是表皮發(fā)揮了構(gòu)造良好的室內(nèi)舒適環(huán)境，而是由內(nèi)向外的各個界面共同構(gòu)建了一個與自然相協(xié)調(diào)的生態(tài)環(huán)境。建筑界面存在的目的是分隔不同的空間質(zhì)地，阻斷光線和熱量的交流、隔絕聲音、遮蔽雨水等，同時(shí)，界面還作為不同空間質(zhì)地的中介物，有將若干空間質(zhì)地在不同空間之間轉(zhuǎn)移傳遞的作用，如采光、通風(fēng)、采聲等。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱得熱通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)通過玻璃窗的得熱外表面對流換熱外表面日射通過墻體導(dǎo)熱兩種方式機(jī)理不同二、優(yōu)化設(shè)計(jì)(一)非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱平衡由于熱慣性存在，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量和溫度的波動幅度與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關(guān)系。衰減和滯后的程度取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

非均質(zhì)板壁的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程：

邊界條件：

初始條件:t(x,0)=f(x)

其中內(nèi)表面長波輻射：

x=0x=Qenv二、優(yōu)化設(shè)計(jì)通過非透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)

板壁各層溫度隨室外溫度的變化二、優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑的供暖/冷方式——對流換熱

通過向建筑內(nèi)送入經(jīng)過冷熱處理的空氣實(shí)現(xiàn)

——輻射換熱

通過在建筑內(nèi)設(shè)置冷熱固體輻射板實(shí)現(xiàn)二、優(yōu)化設(shè)計(jì)玻璃窗的種類與熱工性能

窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等；玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；玻璃層數(shù)有單玻、雙玻、三玻等，玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對近紅外線高反射率的熱鏡膜。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)通過玻璃窗的長波輻射夜間除了通過玻璃窗的溫差傳熱外，還有由于天空夜間輻射導(dǎo)致的散熱量采用low-e玻璃可減少夜間輻射散熱

通過玻璃窗的溫差傳熱量和天空長波輻射的傳熱量可通過各層玻璃的熱平衡求得長波輻射導(dǎo)熱和自然對流換熱長波輻射室內(nèi)表面對玻璃的長波輻射對流換熱二、優(yōu)化設(shè)計(jì)遮陽方式

現(xiàn)有遮陽方式內(nèi)遮陽：普通窗簾、百頁窗簾外遮陽：挑檐、可調(diào)控百頁、遮陽蓬窗玻璃間遮陽：夾在雙層玻璃間的百頁窗簾，百頁可調(diào)控我國目前常見遮陽方式內(nèi)遮陽：窗簾外遮陽：屋檐、遮雨檐、遮陽蓬二、優(yōu)化設(shè)計(jì)外遮陽和內(nèi)遮陽有何區(qū)別?外遮陽：只有透過和吸收中的一部分成為得熱內(nèi)遮陽：遮陽設(shè)施吸收和透過部分全部為得熱對流透過反射反射對流透過二、優(yōu)化設(shè)計(jì)通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁二、優(yōu)化設(shè)計(jì)雙向通風(fēng)窗室外新鮮空氣室內(nèi)空氣送風(fēng)排風(fēng)外層玻璃內(nèi)層玻璃室內(nèi)送風(fēng)口室內(nèi)排風(fēng)口中間層玻璃室內(nèi)室外二、優(yōu)化設(shè)計(jì)門窗節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

住宅設(shè)計(jì)優(yōu)化門窗所選用材料1、控制窗墻比。2、推開窗，縫隙處設(shè)橡皮、氈片等密封條，提高氣密。3、用塑鋼窗提高窗框保溫性能。4、利用低輻射（Low-E）中空玻璃增加玻璃部分的保溫能力。門窗縫隙三、建筑熱環(huán)境分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)節(jié)約能量、降低總能耗設(shè)計(jì)。

應(yīng)該盡可能再利用和循環(huán)利用廢棄物，避免輕易拋棄廢棄物。嚴(yán)格遵守相應(yīng)的健康和安全法規(guī)，以免對使用者造成不