长沙机场迁建工程建设指挥部长沙410616
摘要：本文对湖湘地区气候、水资源及绿色能源分布地域性特点进行了分析，基于现代建筑技术及新能源利用科技成果，对湖湘地区生态节能建筑设计策略进行了分析和探讨，对区域性生态节能建筑设计研究具有一定的借鉴和指导意义。
关键词：生态建筑；地域性；节能；循环；可持续
一、湖湘地区气候地域性特征及对生态节能建筑设计的影响
根据我国《民用建筑设计通则》GB50352-2005建筑气候区域划分，湖南属于III类区域，属于大陆性特征明显的中亚热带季风湿润气候，地形地貌复杂，雨、热等气候要素等值线与地形等高线大致平行，山区立体气候特征非常明显，全省气候多样。春季南北气流对峙，气旋及锋面活动频繁，雨水较多，天气多变；夏季高温多雨；秋季干旱少雨；冬季严寒期很短，但冬季较长，且阴湿多雨，人体感觉难受。
受区域气候条件影响，湖湘地区生态节能建筑设计须满足下列要求：
①建筑物必须满足夏季防热、通风降温要求，冬季应适当兼顾防寒。
②总体规划、单体设计和构造处理应有利于良好的自然通风，建筑物应避西晒，并满足防雨、防潮、防洪、防雷击要求；夏季施工应有防高温和防雨的措施。
③IIIA区建筑物尚应注意防热带风暴和台风、暴雨袭击及盐雾侵蚀。
④IIIB区北部建筑物的屋面尚应预防冬季积雪危害。
二、湖湘地区水资源地域性特征及对生态节能建筑设计的影响
湖南河网密布，雨量丰沛，水资源丰富，80%以上为地表水资源，以汛期洪水径流为主，稳定基流仅占地表水资源的13％，年际间变化较大；地下水资源充足，但受大气降水影响较大，具有明显的季节性，枯水季节地下水资源不足。湖南全省14个市（州）及88个县（市、区）采用地表水作为饮用水源，水质达标率96%；另有5个县（市）以深层地下水为饮用水源，水质达标率78%。占湖南省人口49%的广大农村地区，居民饮水基本为浅层地下水，受地下水污染影响较为严重，水质性缺水严重。
鉴于湖南地区水资源条件及特点，生态节能建筑设计，第一必须高度重视节水工作，建立水的大循环概念，自来水、雨水、地下水、污水等，均需列入考虑范围，进行系统优化设计；第二，必须高度重视农村地区饮用水净化处理工作，确保农村居民饮用水安全；第三，要结合海绵城市建设，建立小区雨水收集和再利用系统，实现水资源的循环利用；第四，要充分利用湖南多丘陵山地，地势高低不平，河流落差较大的特点，结合周边自然条件进行水系景观设计，实现建筑与环境的协调与融合。
三、湖湘地区绿色能源分布特征及对生态节能建筑设计的影响
绿色能源主要包括地热能、太阳能、风能、生物能等清洁可再生能源。生态节能建筑设计的一个主要目标，就是要最大程度的降低常规能源的利用，增加绿色可再生能源的利用比率。
湖南地热资源丰富，分带明显，有良好的开发利用前景，全省现已发现23℃以上的温泉、热水钻孔、热水矿坑165处，其中温泉138处，热水钻孔24处，热水矿坑3处。初步探查结果表明明，湖南全省地下热水资源总量14510m3/h，主要赋存于岩溶裂隙含水层及花岗岩构造破碎带中，中、低温热水主要分布于石灰岩地区，水量较大，水温较低；花岗岩构造破碎带中热水水量相对小，温度较高，宁乡灰汤和汝城热水圩，水温达90℃以上。
风力资源方面，根据国家气象局资料，我国风能资源主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区，湖南风力资源相对不足，除衡山受特殊地形影响风能较丰富以外（只限于很小范围之内），总体来说属于低风速区域，虽然近年来低速风电技术有所突破，风电仍以山地风电为主。
太阳能资源方面，湖南属于我国太阳能资源较差地区，年平均日照天数128天（根据我国太阳能资源地区分类，属四类地区），年太阳辐射总量4200～5000MJ/㎡，相当于日辐射量3.2～3.8kW•h/㎡，只能作为辅助能源加以利用。
综合以上情况，不难发现，作为以山地、丘陵为主要地貌的内陆省份，湖南地热资源较为丰富；除衡山以外的全省其他区域风力资源普遍不足，开发利用难度大，成本高；日照天数较少，太阳能资源较差。因此，湖湘地区进行生态节能建筑设计，不可盲目搬用其他省区风能、太阳能、生物能利用模式，应结合建筑所在地气候、地理环境及能源分布特点，主要从减少建筑能耗上面下功夫，因地制宜制定绿色可再生能源利用方案。
四、湖湘地区生态节能建筑设计策略分析
1.生态节能建筑选址由于湖南多山地丘陵，很多建筑依山就陵选择坡地因势而建，对建筑节能的影响，主要是日照得热和通风两个方面，效果因坡向和坡度大小而不同，所选位置应具有良好的日照和自然通风条件，不宜布置在山谷、洼地、沟底等凹地处，避免冬季冷气流在凹地里形成对建筑物的“霜洞”效应。若为了利于冬季日照得热，提高容积率，则坡向应选择为南向或接近南向；若为了利于夏季自然通风，则坡向应与夏季主导风向一致（60°范围内）；若坡向为北向或接近北向，则宜选择点式布局为主，以减少建筑物之间对日照的遮挡。
2.生态节能建筑群布局设计
（1）通过采用合适的建筑群平面布局形式，改善日照条件。根据建筑规模可采用以下方式：
①多排多列楼栋布局中，宜采用错列式、斜列式及自由式等形式，利用山墙空隙争取日照。周边式和并列式布局，不利于自然通风因而不宜采用。
②条形建筑采用错位布局，利用山墙间隙提高日照水平；
③点、条形组合布局时，应将点式建筑错位后布置在朝向较好位置，条式布置其后，利用山墙争取日照；
④组团建筑布局时，应使建筑群组合避开不利风向，建立气候防护单元体系，利于冬季避寒。
（2）选择适当的建筑群竖向布局形式，重点是避开不利风向，减少冷空气对建筑的渗透。主要方式有：
①利用建筑组合将较高层建筑背向冬季寒流风向，减少寒风对中、低层建筑和庭院的影响；
②当低层与高层建筑混合布局时，应避免局部疾风入侵时形成旋风洞和风槽。
3.生态节能建筑朝向与通风设计
根据相关统计资料，我国大部分地区正东（西）向房屋同正南的房屋相比，全年综合耗电量约增加20%，南北朝向是最有利的建筑朝向。生态节能建筑的朝向偏角在15°之内时，正南向垂直墙面所获日照强度在88%以上，都属于好的朝向。在实际案例中，朝向的选择还须进一步核对季节主导风向，避免建筑长轴垂直于夏季主导风向，规划朝向应与夏季主导风向形成一个角度，最好控制在30°～60°之间。
4.建筑间距和建筑密度设计
实际设计中，不能只为满足日照间距而选择不利朝向，牺牲日照质量，必须在保证节能效益的前提下提高建筑密度，最直接有效的方法是适当缩短南墙面的日照时间，提高日照质量。在建筑单体设计中，采用北高南低的退层设计或斜坡屋顶处理、降低层高等方法，也可以有效地缩小建筑间距，提高建筑密度。
5.应用新型建筑材料和技术
（1）采用双层中空镀膜玻璃，断桥铝合金窗，保温隔热，减少室内外热交换。
（2）引入墙材保温系统及内外墙保温装饰系统，外墙砌筑采用保温隔热墙体材料，内外墙装饰均采用具有保温隔热功能的新型材料，减少室内外热传导。目前市场上新型A级不燃无机活性墙体隔热保温材料，冬季可提高室内温度6~10℃，夏季可降低室内温度6-8℃，可满足国家50%~65%的节能要求。
（3）采用光伏瓦、太阳能光伏一体化和光导照明系统。特别是光导照明系统，通过采光装置聚集室外的自然光线，并将其导入系统内部，然后经过光导装置强化并高效传输后，由漫反射器将自然光均匀导入室内需要光线的任何地方，从黎明到黄昏，甚至是雨天或阴天，该照明系统导入室内的光线仍然十分充足。
6.优化能源系统规划设计
一是对常规能源系统进行优化设计，将建筑节能放在首位。热环境的实现应满足居民供热舒适度的要求，以及建筑节能和环保的要求，应全面采用LED节能灯具，推广智能变频节能电器，最大程度降低用电能耗。
二是高度重视地热能、太阳能等绿色可再生能源利用的规划设计工作，根据建筑所在地的资源环境条件，科学制定方案，降低常规能源消耗。其中，采用地源热泵开发利用地热能，以大地为热源和热汇，是一种理想的“生态节能技术”；采用直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、对流环式、蓄热屋顶池式等多种形式的被动式太阳能设计，相对于传统建筑，可节约冬季采暖能耗达90%；太阳能光伏发电、太阳能热水集热式采暖等主动式太阳能利用技术成熟，可将太阳能利用设施与建筑有机结合进行一体化设计，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或保温层，既消除了太阳能设施对建筑物外观的影响，又避免了重复投资，降低了成本。
4.6生态节能建筑室外环境设计
室外环境设计是生态节能建筑设计的重要内容。一方面要高度重视建筑周边环境的绿化工作，尽量减少硬质铺地，尽量采用具有渗透性的生态铺地，如格状铺地砖，方格中种草，扩大绿地面积；在保证绿化率不低于35%的同时，采用乔木、灌木、草地相结合，尽可能多种植高大乔木；平屋面绿化，发挥土壤隔热以及植物的蒸腾作用和绿荫效应，具有良好的保温隔热效果。另一方面，绿化设计要与当地自然环境、资源、社会、人文等背景相结合，从整体出发，通过借景、组景、分景、添景多种手法，使小区内外环境有机融合，创造和谐宜居的良好生态文化氛围。
五、结语
建筑行业是我国能源消耗最多的行业，其建造和使用过程中直接、间接消耗的能源占整个社会总能耗的46.7%。生态节能建筑，对降低建筑能耗、解决能源紧缺、保证经济可持续发展具有重要战略意义，已成为我国建筑未来发展的主流。由于我国幅员辽阔，地形复杂，各地气候相差悬殊，在进行生态节能建筑设计时，必须根据各地不同的地理环境和气候特点，采用不同的策略和措施，不可采取简单的拿来主义，机械的照搬照抄国外或者其他地区的设计模式，真正做到建筑与周边环境的有机融合，真正实现资源的节约和循环可持续利用。
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