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救命啊设计师!热得受不了啦,房屋怎样才能天然降温呢?

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朋友们好,你们那儿的天气怎么样呢?南方已经进入体感三十多度的天气很久了,每天都感到自己的灵魂随着汗水蒸发。

虽然我们室内有空调,待久了也会感到空气有些闷,以及因为室内调温的高能耗,让户外更加的炎热难耐了。我们可以改变人们生活的设计师对此可以做什么呢?本文整理了利用环境、建筑布局、外立面调温三个可以让设计天然降温的方面,让我们不止依赖空调,让室内外都凉爽起来!


改变世界,你也可以是光

01

利用环境

利用环境是十分简易,效果极好的方法,房屋建在植被茂密处、水边、背阴处想不凉快都不行。

鼎鼎大名的承德皇家避暑山庄主要便是利用了这一原理,当地四面环山,处于谷地上,风易下沉聚集,形成降雨,且植被覆盖率高,夏天温度比外界低4~5℃。


并且范围内有沼泽、湖泊,宫殿区就处于湖泊南岸,湖州区亦是山庄的四大区之一。建筑完全借助于自然地势,因山就水,顺其自然,因回归自然而避暑效果显著。


除了简单的依靠地形,在凉爽的地点建设房屋外,古人很早就学会了利用相关元素,巧妙地改变建筑自身环境属性的做法。其中代表便是“自雨亭”


这可谓是个降温神器,没有利用河流、山泉、瀑布,而是用的自家的冷水储备,通过在屋顶装个水箱,水从屋檐流下,再怎么厉害的酷暑都能多几分凉意。

可一味贪凉也不行,过于阴凉也会带来众多问题。现代建筑在利用这一点时有什么方法改善它的负面影响,有哪些注意方面呢?请看下面的案例。

中禅寺湖别墅

该项目位于日本中禅寺湖,很早以前湖边便林立着成排的外国大使馆别墅。这是一个新建的低矮的亲水型别墅。


两层建筑建在约7m宽的呈斜坡状的地块上,由于地势自道路向湖泊逐渐降低,因而采用了由高到低的动线设计,即由道路进入以迎宾餐厅为中心的二楼空间后,再沿着螺旋状空间徐徐下到配有卧室的一楼。

拆除湖泊间的驳岸,将湖水引入位于一楼中心的中庭,横跨顶部的20m长大跨度屋盖框出一片如诗如画的湖景。


建筑静静坐落于湖畔的建筑,其入口到卧室被设计成螺旋状绵延的空间。得益于螺旋状的造型,可畅享随步履轻移而变化万千的水景。


需要注意的是,各个区域会呈现出不同的热环境。随着距水面物理距离的不断变化,滨水带来的各种环境要素在螺旋状空间中接连不断地呈现,湖面上泛起的潺潺涟漪、反射的粼粼波光、湿度和热辐射等等。由于整个空间高低不一且形状较长,壁炉带来的热度和干燥空气并不能创造出均匀的室内环境。


应对这一点,设计团队利用了BIM模型进行的序列研究和热环境模拟。在设计过程中,将场地周围地形和山脉的数据输入到BIM模型中,以便找到可确保最佳景观视野的最优建筑布局。

此外,还利用BIM模型按照沿建筑动线的视觉序列,对各房间的比例平衡及开口的形状与高度进行研究。进入施工图设计阶段后,更是具体到各处的细节和装饰材料乃至家具配置。

BIM模型还广泛应用于减轻积雪导致屋顶变形的结构验证、利用螺旋状连续空间的自然通风以及一楼酒吧壁炉的热环境模拟。


BIM模型

环境带来的另一个影响是冬季的积雪。由于位于山区和纬度较高,当地冬季会有较大降雪。

设计团队将二楼的门廊一直延伸到用餐空间,其上部架设有悬挑式的钢结构屋顶。充分考虑到1.2m的最大积雪量,通过在预先设计好倾角的钢梁前端以3m间隔配置撑杆(SUS13φ)持续增加张力,可缓解积雪产生的荷载并防止屋顶变形。由于这些撑杆的反作用力来自SRC反梁(为使一楼的屋檐看起来平整而设),所以同时具有减小大跨度平板变形的作用。



用餐空间

在调温之外,设计发挥出临湖最大的优势——采取了最大程度确保湖景的结构设计。采用无边框大幅玻璃以最大限度确保湖景视野。玻璃宽达10m,这已经是蜿蜒曲折的日光红叶坂(又称伊吕波山道)可以运输的最大尺寸。


无边框大幅玻璃最大限度确保湖景视野

设计方希望到访游客漫步在水滨带来的各种空间环境中时,能够找到适合自己的场所尽享其乐。即使在夏夜室内仍需部分暖气供应的自然环境中,部分到访者会停留于壁炉旁享受抚慰人心的温暖。另一方面,想必也有人会偏爱这里的宁静和凉意。

入秋至开春,气候变得寒冷,周围的自然环境不再适合接待宾客,该建筑会“进入冬眠”闭门谢客,而绝不浪费能源破坏自然环境

02

建筑布局

利用环境有地理条件限制,很多我们的居住空间热就是因为周围都很热,这才更需要建筑师及室内设计师们的巧思才干。利用建筑布局的设计,不仅能自然地给室内降温,并且不会给户外造成负担,通常是通过增强或引导了室内外的空气对流、温度交换,是让人室内舒服,待在户外也清凉宜人的全局式设计。

这个原理也在长期的建筑实践中有所注重。传统村落建筑之间或者建筑内部,有时会有狭窄幽深的巷道,称为“冷巷”


没有自然风时,冷巷因为两侧墙体的遮挡,受到太阳热辐射较少,环境温度较低;冷巷两端的开阔地带因为受到太阳辐射,温度较高。冷巷和开阔地带的温差促进空气对流,从而起到通风降温的作用。

有自然风时,空气通过狭窄的冷巷,会被“加速”,气压降低,从而迅速“吸纳”附近的热空气(伯努利效应)。


配合开口狭窄的天井,能够加速热空气流出,带走更多热量。冷巷+天井,就能形成夏日救星——穿堂风了。

以下让我们来看看当代的实战案例。

佩提卡森艺术家工作室


该项目隐藏在曼谷市郊的住宅区中,它与泰国著名钢管生产家Pacific Pipe联手,将钢管作为单元砖块,打造数个高度和宽度接近4米的 “钢管砖” ,兼具遮阳采光与对流通风之微气候效果,除此之外,钢管砖更结合土壤喷涂成为泰国首创工艺技术。


在入口空间,这些独特的钢管砖营造出宁静又能引入微风轻拂的半开放空间,结合泰国当地树种创造出非日常性的体验。


在一层空间未安装任何空调系统,这在常年近40度的热带泰国气候中,设计以孔洞连结前庭与后院,并引入泰式街道巷弄常见的穿堂风作为一种亲近自然的新生活方式。


未设置冷气空调的“风洞”替室内场所带来凉爽的温度


漂浮的墙体让“风洞”得以连接前庭与后院


大小不一的“弧形孔洞”引进自然风并取消室内冷气空调

中庭住宅


中庭住宅坐落于山顶,主要生活空间位于建筑的顶层,彷佛漂浮于树林上方。

建筑中央独特的垂直中庭连通了所有的楼层,并起到了拔风塔的作用,在室内形成自然通风,以最小的能耗实现了建筑内的冷却降温,营造出舒适的体感环境。




垂直中庭连通了所有的楼层



室内空间开敞通透

光之住宅


项目坐落于伯克利陡峭的山坡上,是一栋三层住宅。当地全年气候较为温和凉爽,但冬季偏冷,住宅内的起居空间南侧与西侧设置了大面积的玻璃幕墙,以充分利用太阳光营造出舒适的体感环境。


起居空间更像是一个开放式的半室外门廊,在夏季炎热时,凉爽的微风穿过大型滑动玻璃门和高窗,为室内降温。


住宅的中层较为封闭,从而保持了凉爽的环境。从底层进入室内的空气由于烟囱效应而上升,经过中层的降温后,达到顶层,使人们在顶层也能得到凉爽舒适的体验。配合多项主被动节能技术,住宅内基本不需要暖气,也无需设置空调。


03

外立面调温

传统的玻璃幕墙易造成严重光污染,让周围人们苦不堪言;而采用绿色、环境友好理念的外立面可以摇身一变成为控温降温的利器,以被动的方式达成原本需要调温设备才能做到的效果。和上文提到的建筑布局等方式配合,一内一外,合璧打造出一个清凉美好的自在空间。

(小声说,我们Acs近期要出版《环保建筑外立面》了,欢迎铁子们关注!)

Never Never Cube办公楼


遮阳装置的设计运用了几何分形学原理,确保自然光线通过窗口进入宿舍和办公室的小隔间,为室内提供了极佳的自然采光。


独特的开窗形式阻挡了炎热的阳光直射,将凉爽的微风引入室内,并使正立面与侧立面之间形成空气对流,为使用者创造出一个即使在室内也能够享受阳光与新鲜空气的工作环境。

Hawthorn住宅


混凝土外壳下部为拱形,演变为一个支撑结构,通过自身的结构来承担自身的荷载;这样的设计手法使得混凝土外壳在兼具结构作用的同时,充当着住宅的外表皮。


玻璃立面从混凝土外壳处向内退,在住宅北侧创造出一个由屋檐覆盖的缝隙空间。通过这一举措,冬日里的阳光能够照进室内,而夏日里的阳光则能够被阻挡在室外。


此外,住宅也得益于混凝土墙体强大的热质量和液体循环加热的混凝土地板,它们具备着极强的隔热集热效果。值得一提的是,即使是在严严冬日,这二者仍然能够从直射光中获取能量并将其储存起来。

高质量的交叉通风使得住宅的室内空间能够在炎炎夏日里在不使用机械降温措施的情况下依然保持凉爽。


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