西部-应用低能耗建筑设计方兴未艾

[图]成都召开"西部低碳经济与绿色建筑产业"高峰论坛
[建筑安全网]今年1月，由西安建筑科技大学建筑学院刘加平教授主持完成的科研成果“西部低能耗建筑设计关键技术与应用”获国家科学技术进步二等奖。西部的发展牵动国人心，西部人民的居住条件应该朝着什么方向发展？该项研究指出一个方向。
研发背景
目前西部地区建筑能耗还偏低
为什么会把低能耗建筑设计关键技术的研究限定在“西部”？
刘加平告诉本报记者，“西部”有多种理解：一种是从我国的地理位置上来理解；第二种是从国家“西部大开发”中的西部来理解，不仅包括地理位置上的西部，也包括中西部的欠发达地区；第三种是泛指我国的欠发达地区。
“我所采用的‘西部’，基本上是第三种，指经济相对落后、民族众多、气候变化多样，特别是城镇化程度相对较低的地区。” 刘加平算了一笔账，“在西部地区，很多低收入人群还居住在传统乡土民居中，目前的建筑能耗还偏低，但潜在的增长量很大，一旦西部贫困地区的人均建筑能耗达到东部的水平，将会给我国建筑能耗的总量控制带来很大压力。”因此，在传统乡土建筑逐渐转化为现代建筑的过程中，如果能够研发出适合西部不同气候条件的地域性低能耗建筑，将会缓解建筑能耗增加的压力。
研发特点
西部气候特征造就西部思路
“西部地区的气候特点鲜明，基本上可以归纳为‘干热干冷’型和‘湿热湿冷’型两种。”刘加平介绍说，在“干热干冷”气候中，又分为“寒冷”和“严寒”两类。
西藏、新疆、云南、四川、陕西、甘肃的部分地区，属于寒冷型干热干冷气候区，青海、西藏西北部、新疆北部、陕北、宁夏、甘肃西部等地属于严寒型干热干冷气候区。成都平原、陕南等地则属于湿热湿冷气候区。在干热干冷气候区，共同的特征是，太阳辐射资源丰富，气候干燥，采暖期长(采暖能耗高)，因此，在这些地区，充分利用太阳能采暖，是建筑节能的一个重要途径。
为此，刘加平与其团队便得出了研究西部低能耗建筑的基本思路：提高建筑的保温性能；尽可能利用被动式太阳能采暖设计；有条件的话，配备主动式太阳能采暖设备；重视夏季的自然通风和遮阳设计。
研发条件
[建筑安全网]好建筑模式必须得到当地老百姓的认同
有了思路和动机，那么研究创作出一种地域性低能耗建筑要具备哪些基本条件？
刘加平表示：“首先是要将本地区传统乡土建筑中蕴涵的节能经验转化为科学的设计原理和方法，即运用现代建筑节能设计原理，解读传统建筑的选址与平面布局、空间组织、构造与地区自然气候条件的定量关系，然后才可用于新的低能耗建筑创作之中。”
此外，必须研发本地区的节能设计室外计算条件，包括累年太阳辐射参数与气候参数等；必须建立本地区的节能设计室内计算条件，包括居住者在不同季节对室内热环境的需求指标等。进而优化选择适宜的节能构造形式，往往受制于经济发展水平、技术条件、耐久性以及抗震安全的需求等。最后可能创作具有地域风貌特征的建筑模式，包括建筑的基本形态、色彩、内部功能空间组织、平面布局以及面积大小、构造体系等。
值得一提的是，试验示范工程建设。“一种好的建筑模式，必须得到当地老百姓的认同，需要满足老百姓对建筑的所有需求，方可实施推广。仅仅满足建筑节能指标，是很容易的，但往往不会被老百姓所接受的。”刘加平说，“中央政府拿钱，按照专家自己的意愿，再建设一个‘大寨’，有多少价值？”
研发难点
探索出“层级递进”的设计原理
“最困难的，是研究创作出一种建筑模式和设计方案，老百姓愿意自己出钱建造。”刘加平经过近二十多年的探索发现：欠发达地区以及农村地区，老百姓对住房的性能的需求，基本上遵循一种“层级递进”的原理，即必须首先逐级满足建筑的安全性(抗震、防洪等)、功能以及使用便利性、建造成本的适宜性、室内环境的舒适性、建筑形式的美观性的需求。当具备了以上性能化指标，才可能同时实现节能生态的指标。
“换句话说，当一栋建筑物，各方面性能都很好，可就是不抗震，送给老百姓，人家也不要。因此，仅仅关注节能、生态，是做不出低能耗建筑的。”刘加平说。
成果解读
等热流围护结构保温设计原理和方法
项目组创立了等热流围护结构保温设计原理和方法，该法适合于西部“太阳能富集”地区的民用建筑。
因为，在太阳辐射资源丰富的地区，每一栋建筑物的南、北以及东西朝向的室外设计计算条件差异较大：在冬季，北向在整个昼夜的24小时内，是个纯失热面，而南向在白天，以及东西向的部分时段，围护结构会接受太阳辐射热量。如果各朝向保温性能相同，北向房间会极冷(西藏的大部分地区如此)，漫长的冬季几乎不能使用。
主、被动式太阳能组合解决西部采暖
该研究建立了自然通风流量计算式，优化得到了主、被动式太阳能组合解决西部采暖的技术方案。据刘加平介绍，这是因为在西部的寒冷型干热干冷气候区(如拉萨等地)，冬季很长(6个月甚至更长)，但其元月份的平均气温与西安差不多；用专业术语来解释，即拉萨在冬季的采暖负荷与西安几乎相同。
但是，拉萨在冬季的太阳总辐射几乎是西安3倍，即拉萨单位面积的太阳辐射集热量可以是西安的3倍。如果通过合理的被动式太阳能设计、配备较少的太阳能采暖设备，即可解决拉萨的采暖问题。“何况，西藏的常规能源储量有限，如果用于采暖，就太浪费了。”
[建筑安全网]绿色窑居：既保持传统窑居风貌 又富有现代建筑气息
该项目完成了黄土高原绿色窑居等四种低能耗建筑的模式创作和设计，应用面积超过60万平方米。
刘加平简要概括说：“老百姓对旧窑居最不满意的地方，一是空间单调、功能不全，难以满足现代生活方式的需求；二是阴暗潮湿(采光、通风不好)；三是缺乏现代气息(土气、不够洋气)。”
新窑居继承了传统窑居“冬暖夏凉”的节能经验，既保持了传统窑居风貌，又富有现代建筑气息。复试空间构成，既解决了“空间单调”问题，又加强了通风换气，解决了“阴暗潮湿”问题。总的说来，具备节能、节地、节材等绿色建筑特征。