对生物气候建筑的研究

可以肯定,引入使用可再生能源的系统始终是有必要的,而且特别有效果,如果伴随采纳适于最大程度地降低能耗并提高舒适度的原理和策略的话。实际上,服务于高度分散式建筑的太阳能供暖系统不会产生可持续性的效果,而其中的简单型太阳能热水器也不可能使供给温度绝对恒定,故此时牵连到由于添加而产生燃烧污染的辅助系统,并采用不考虑太阳能应用趋势的自动化系统。

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按顺序将那些最具多样性的案例作为住宅建筑业和第三产业中认真贯彻的基石加以定义,可以从中得出这样的说法:且不提笼罩在生物气候建筑上的那些不可思议的光环,先简单地谈谈什么是健全的建筑。在因众多工程作品而全球闻名的已故建筑大师 Andrea Palladio 的帮助下,在谦逊和简明地评价待建工程的同时,作出了大家可以接受和分享的解释,而不刻意追求在落成之日作出一时的赞美,倒是更注重经济性、不显眼的建筑外形设计、普通材料和可循环材料的使用及居住者舒适度的实现。不排除居住者与建筑物寿命之间的协调,并反复实践外墙门窗和某些技术装备如阀门或挡板的应用策略,同时解释了面对太阳光、风或温度差选择暴露、避免或缓和的好处。

建筑物的定向

一个城市的都市规划布局受历史事件的强烈影响,尤其在中世纪,更决定着当时的城市格局,但是,很多意大利的城市却在总体定向以及名称上,确确实实地显示出它们的古罗马起源:实际上,可按照主干道,罗马时代 Cardo 大道作为城市布局的中枢而定为南北走向,而在市中心区的 Decumano 大街则横贯此干道的东西走向。为此,还通过了一条法令,而这条法令却因究竟由谁管辖、由谁执行,是局限于地方层面,还是在顶层层面上的不可知论的氛围中丧失了效力。2006年12月29日的 No.311法令的第4条专门整合了2005年8月19日的 No.192法令;此外,为有效地利用可再生能源计,该法令的第5条至第9条还委托各大区,“为了最大限度地利用太阳能辐射就建筑物的定向和构造”提出指导意见。

克服当今盛行的不可知论,接受古罗马城市布局实例,便可预测未来城市或至少每个新街区都可以按照与那两条主干道正交的方针发展。

为保存拉丁文明的根基,至少应从假设起,无论就城市规划,还是就建筑营造,系统地阐述每个新工程项目。有必要确保整个城市布局在一定的时期内获得确定的基本保护:享受阳光的权利,按照基准点和建屋高度的限制作可靠调整,并极大的抗震裕度。

这些初步选择依附在朝南的定向上,这样既可积极地、也可被动地利用太阳能(图1)。为此,对太阳能的被动利用及其过多辐射的防护进行周密地研究,建筑的规模和大小以及筑墙本体的选择标准化,透过建筑外壳的热量流动的设计延时,窗户的形状和尺寸以及房间在平面图中的位置,同时相对于次要需求的空间(如楼梯井和服务层)改善生活空间和工作空间。

建筑物的长边垂直于南北轴线的定向结果对其朝北的房间是有利的,向外眺望是明亮的空间而不面临逆光,所以可以享受舒适的视觉效果。(删除)

南立面为太阳能收集器,冬天在其垂直位置上能最大限度地收集太阳能,并在全年之中保持类似的数值。参看按标准 UNI10349 中编制的表1:可以了解意大利某些地方的太阳辐射情况,而表中专门列出了为都灵市(索引号 No.89–北纬45°)摘出的数据。另一方面,几乎针对所有地方,可以指出全年之中南立面太阳能的增益基本是恒定的。

关于北立面,有一个小小的惊喜:在夏至的前后几天,北立面上的太阳辐射能量(直射加漫射)与南立面相等。

评价准则中涉及的这些要素决定着建筑物和相关平面图中房间的性质、形态和位置的选择。采用图1和图2上方的南朝向,不会影响这两张图样的设计意图。

突出显示标记的列和行

盛行风的强度

不同强度的持续性强风是该地方的特征,就像加卢拉地区的西北风或的里雅斯特地区的东北风。

强风对于居住地确实有影响,它增强了与外界的热交换。表现为热量损失,暴露位置不同的房间失去温度的一致性,以及会带来噪声及干扰睡眠。设计师通过加入声学保护和热保护措施,将这种影响予以整体考虑。

另一方面,一旦该地区刮起强风,就会驱散停滞的、被污染的空气,因而净化了环境;风暴过后,总是能恢复透澈的空气和强烈的太阳辐照,因而改善了室内的供暖情况,并借助自然作用或太阳能集热器的有效性能蓄积热量。

频繁出现的盛行风

盛行风与轻风的区别在于风的强度,后者只是刚刚感觉得出,而前者则在一年之中的大部分时间内持续不断,而且决定着建筑物一侧的气压几乎是恒定,而相反一侧却是维持着低气压。这种情况决定着在平面图上选择房间布局。举例来说,一般,气流来自北方或东北方。最好将卧室安排在这一侧,而将厨房和浴室放在这一侧就太糟糕了,因为室内空气的自然流动不可避免地会穿过中间的走廊,将异味带到紧挨着相反一侧的房间内。

最好重新安排新风入口,使之能按设计图预定的方向流动,利用面向频繁出现的盛行风一侧的压力和浴室及厨房排气烟囱的自然通风(图2)。气流可从墙壁上的人工调节进气口流入,而这些进气口可以根据好天气的持续时间或冷风防护的必要性选择最佳设置位置。

说到这里,想起旨在提高生态建筑效能的基本原则,而其中有必要按照每人每分钟约10公升的空气量满足对新鲜空气的需要[1]。此外,尚需考虑当地是否卫生健康,同时顾及环境的污染指标:在建筑群内可以测出污染率从未低于户外实测值,而最大值则在户外实测值的一至十倍之间波动。换气还涉及类似如下一些独特性:

-          “适当换血,也适当换大脑分支”;

-          “供给对生命至关紧要的基础代谢血量”;

-          在嗅觉舒适度方面,常常不是由室内人员评价或探究的;

-          氧气杀菌的健康作用;

-          使细菌和病毒较少存在,以减善卫生条件;

面对可能形成的气体而保持最高的安全性,如建筑材料释放出来的氡气以及燃气及其副产品在燃烧不当或泄漏时会弥漫在环境中[2]

每个生活场所和工作场所需要配备固定的或机动的引入新风装置,同时评估每一种卫生情况并使用图3所示那样的新型隔栅:这些隔栅可装在进风口或出风口上,带过滤器、防雀网和手动或电动季节性调节挡板。在特殊场合,还需安装防砂型自动排空隔栅及其它形状和结构更完善的产品,目的是提高舒适度和卫生等级。

微气候的卫生问题

涉及生物气候建筑能效的一些方案和提议关联到微气候的污染保护问题,并相应考虑污染源产物的热化学性质(如氮氧化物)和物理性质(如微细颗粒物),并借助普遍可用的技术手段实现的对于这些产物的最小影响。

可能存在于周围环境中的热力系统的活动会导致形成图2示例中影响主导方向的自东北指向西南的气锥。

工程项目应当考虑微气候的总体情况,确保合理地移动建筑物的位置,为居住者的四周保留一片洁净的环境。

建筑物的形态

图2的综合示例谈及了简化线条的价值,藉此便可通过添加柱廊和阳台等结构,既保护了住宅,又使得户外的生活称心如意。

且不谈高耗能的建筑,应当了解天体是在不停地移动的。图1所示为天体半球视位置的迁移图。

贴近立面的玻璃窗朝向南面,于是,明亮的房间就像接待宾客的花园一般:这些确是培育花卉的温室,生气勃勃的场所,富含叶绿素作用所需的氧气,又通过操纵门窗控制遮阳和通风及利用背后房间的换气,从技术措施上给予了支持。给这样的温室配备人工空调设备是轻率的做法,会因巨大的能耗和污染物的产生而将这些场所变成新的永不知足的生态怪物。值得注意:生物气候建筑也被认为是失败的理念,就像公共建筑只是为了树立创建人的声望,而带供冷供暖的温室在一年之中大半日子是开放的,但所有的费用和不宜之处却都要由市民承担。

除了上述对房间通风所作的概略考量以外,还对建材提出了呼吸功能的要求,这一点对墙体来讲特别重要,以避免将内部饰面或防渗表面误解为防潮表面[1]。生物气候建筑也意味着将自然现象作为系统中常见的变化因素来考虑,选择天然材料应以不损害接触材料的人,也不损害生产、使用和处置材料的人为原则:生态的意义是针对使用和废弃的每个循环的总体而言的。以使用了千年的砖瓦材料作为范例,这些材料只是外观有些破坏而已,用来更新修缮建筑物,却可以使其生命力永存而又不破坏环境。对砖瓦材料的温湿度特性的研究成果令人鼓舞,除了传热性低,渗透性、吸音性、密度和加工性都可以接受之外,砌筑在外墙立面上更显得非常美观,令人心怡。

关键的是对建筑物总体在季节变化和长时间温差的作用下的性能研究。由内外砖墙构成的不透明建筑外壳形成了惰性建筑物总体,减小了所有辐照面的可变性作用。较高的迁移系数减小了太阳光通过的负面效应,而较低的过渡值也缓和了冬季夜间的冷却作用。

伴随着生物气候工程项目的进展,深入研究了如何选择墙体厚度,以求获得理想的蓄热质量,并评估内外墙之间的传热滞后。热量流动应当在与首次光照的相反时刻结束完成;因此,在炎热的时间内渗入墙体的太阳辐射热此时应当到达室内,譬如12小时之后,以求在夏季最炎热的时间内不至于恶化室内状况。研究建筑物总体情况中的这个特色在对照南立面情况之后,很容易发现,正如表1中列出的都灵地区太阳辐射情况,全年正午时分的太阳辐射强度基本是恒定的。北面和东面的辐照不会出现特别问题,而西南角难以达到真正的平衡,在那里太阳辐射直接透过窗户带来的总热量相当于由南墙经过可计算的延时传输的热量。可从同一个 UNI10349 表格中摘出西墙上的太阳辐射数据,可以看到最大值持续伴随着较高的辐射强度并在春分或秋分前后的月份内出现在不同的时刻。

对于服务用房或特殊目的用房,也一样适宜安排柱廊和加装其它遮阳产品。筑墙的楼宇利用足够厚的绝热层(图2)实现热保护,综合传热系数为0.20W/m2×K,同时考虑避免出现各种热桥的必要性。

应用木材和木制品留出空间,其中最出色的是软木,但是这些材料不作化学处理:可能的话,采用生物处理过的镶木地板和木制窗户。窗户形状为方形,最小周长与透光面积成比例。窗户采用双层玻璃,为强烈隔热型,具有很高的能效。

在有效的时间内,凭借优先通过门窗收集太阳能的能源,吸收由设置在受辐照外墙的内部墙体结构收集蓄积的热量,实现太阳能热量的被动利用,而这一切全部通过整个建筑本体与设在天花板内或高架地板中的太阳能辐射系统之间的交互作用得到了促进。

通风墙体

通风幕墙技术近年来得到了推广。标准 UNI11018规定将通风墙体作为先进的幕墙形式,而在外饰面与墙体之间设有间隙,使得存在于间隙之中的空气能够产生烟囱效应,按照季节或日常的需要而自然流动或人工控制流动,以求改善综合热性能。

通风墙体预定利用间隙中的空气运动(图4),除去可能渗入或透入的水分而使之保持干燥,缓和外饰面上的辐射作用。可以认为外饰面就是作为保护绝热材料的罩壳,应当保持适当的透气性,以便让水分通过墙体蒸发。从示图的细部看,假设外饰面采用木板条部分重叠后纵向排列,组合在框架上或撑木上,围出间隙。(删除此句)

近来这项建筑技术趋向于采用水密型外饰面,与硬质薄板紧密连接,但是那种技术远离了生物气候理念,设计师正在逐步仔细地评估四个辐照方向下墙体结构的性能。

设计师将按不同的季节条件,一分钟一分钟地计算楼宇四侧通风墙体的性能,然后,从温湿度要求的角度出发,基于实际是否有利决定是否采用。与现行墙体性能比较(图2)显得是有必要的,但是还需评估与进气口隔栅维护的可能性、气体的散发、间隙和外饰面本身有关的其它情况。

设计工作不能忽视防止因墙体间隙中的空间吸引昆虫进入,采取安装防虫网等措施并提醒住宅可采用的一些主要的防卫手段,包括从过去洞穴中安装的到如今住宅所用的。实际上,开放的墙体间隙只能供昆虫进出,虽然也要考虑小鸟、小老鼠、蜥蜴或小蛇那样的爬虫类以及人们也许会忘记的没有叫声的动物。但是,一般不会有那种情况发生的。

供暖设备

该楼宇配备了很多值得注意的内部建筑装备,其中有优先选用的、高热惯性系统的冬季供暖设备,如辐射冷暖地板,以及减少扬尘、提高辐射热舒适性、缓和室内气温以及使相对湿度接近最佳值的健康维护系统。尤其因为实现了低温水循环和垂直剖面上温度恒定,不存在无用的温度分层现象,从而获得了显著的节能效果[1]

高效的供热规范与所采用的供热系统、低温运行的冷凝式锅炉,更重要的是,在所计划的时间段内,在建筑物的寿命期内与局部微气候配合的能力紧密关联,毫不忽略从百年经验传承中获得的有着积极意义的数值,更将与现在可行的最好技术进行整合。在此课堂上的主角就是同时具备设计师资质和制造商能力的人和用户。

参考文献:

[1]  Bearzi V. – 供暖设备 – IV 版– 新技术 – 米兰 2012 –第3章专门介绍房间通风与墙面及间隙的潮气控制。第4章涉及供暖手段,特别介绍了辐射供暖系统。

[2] Bearzi V., Licheri P. – 气体供暖设备手册 – 新技术 – 米兰 2007 – 第1章专门介绍使用燃气时的安全措施。

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