建筑物理調研報告姓名：楊梓欣學號：0120906220120班級：建筑09012011.10.071摘要：根據建筑物理（上）課程調研報告的要求，了解了中國五大氣候區的劃分，并深入了解了五大氣候分區各自的氣候特征以及其典型的氣候適應性建筑，重點對武漢市以及其所處的夏熱冬冷地區作重點的分析與深入調研。2關鍵詞：中國氣候分區；氣候適應性建筑；夏熱冬冷地區；武漢；中僑觀邸；武漢市美術館；合肥大劇院；嚴寒地區；烏魯木齊；寒冷地區；北京；溫和地區；昆明；夏熱冬暖地區；廣州；玻璃屋蓋；外墻節能保溫；太陽照明系統；建筑朝向等3武漢市及其所在的夏熱冬冷地區3.1從氣候分區角度分析武漢市氣候特征首先，全國分為五個氣候區，分別是——嚴寒地區、寒冷地區、溫和地區、夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區。而武漢不僅位于夏熱冬冷地區，而且是夏熱冬冷地區的極致典型的表現。武漢屬北亞熱帶季風性濕潤氣候，有雨量充沛、日照充足、夏季酷熱、冬季寒冷的特點。一般年均氣溫15.8℃-17.5℃，一年中，1月平均氣溫最低，0.4℃；7、8月平均氣溫最高，28.7℃。夏季極長達135天，因武漢地處北緯30度，夏季正午太陽高度可達38°，又地處內陸、距海洋遠，地形如盆地故集熱容易散熱難，河湖多故夜晚水汽多，加上城市熱島效應和伏旱時副高控制，十分悶熱，是中國四大火爐之一，夏天普遍高于37℃，極端最高氣溫44.5℃。初夏梅雨季節雨量集中，年降水量為1100毫米。3.2武漢與同氣候區的城市相比同樣是夏熱冬冷地區，武漢市有他的兄弟——中國的三大火爐城市：重慶、武漢、南京。為什么中國的四大火爐的分布如此分散，而不是集中在一起的呢？想必是跟它們所處的地形與城市有關。因此，本文將把武漢與它的兄弟南京，以及不屬于火爐城市的成都進行對比，觀察氣候的異同點以及其形成的原因。3.2.1武漢與南京、成都的氣候異同點南京氣候——南京屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，年降水1200毫米，四季分明，年平均溫度15.4°C，年極端氣溫最高39.7°C，最低-13.1°C，年平均降水量1106毫米。春季風和日麗；梅雨時節，又陰雨綿綿；夏季炎；秋天干燥涼爽；冬季寒冷、干燥。武漢與南京同屬亞熱帶季風氣候，年均溫也相似，武漢稍高。不一樣的是，南京一年四季分明，武漢春秋短天氣變化異常；南京秋有梅雨時節，武漢沒有；武漢的夏季長達135天，且均溫要比南京高；年極端溫度武漢高達44.5℃，而南京只達39.7℃，沒有武漢那么火熱且夏季漫長。成都氣候——成都屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，氣候溫和、四季分明、無霜期長、雨量充沛、日照較少。多年年平均氣溫為16.2℃，年最高氣溫為37.3℃，年極端最低氣溫為-5.9℃，最熱月出現在7～8月，月平均氣溫為25.4和25.0℃，最冷月出現在1月，月平均氣溫為5.6℃；年總降水量為918.2毫米，雨量主要集中在7～8月，月降雨量分別為225和229毫米，降雨最少月份為12和1月，月降雨量分別為6毫米左右，暴雨期普遍出現在5～9月，常年暴雨出現的始終期分別在6月底7月初和8月下旬。冬無嚴寒，對小春和畜牧生長有利，連續的多霧天氣對交通航運影響較大，冬干、寡照比較明顯，下雪對于成都來說是很少見的事一年最多也不過一兩場。武漢與成都相比，雖然同屬夏熱冬冷地區，但是氣候差異還是相對較大。武漢的夏偏長偏熱，日照充沛；而成都氣候溫和，冬天不過冷，夏天不過熱，日照較少，但是年均溫比武漢高。成都降雨量較少，冬季干燥，很少下雪。成都多霧。3.2.2造成武漢與南京、成都氣候不同的原因我想導致城市間氣候不同的因素有——海陸位置、地形因素、緯度因素。而武漢與南京同樣位于夏熱冬冷地區，武漢所處的緯度要比南京高，因此武漢的年均溫要比南京低，但是為什么武漢的夏天要更長，更熱呢。因此我認為導致武漢與南京的氣候不同的主要因素是它們的海陸位置。南京更靠近沿海，長期受到海陸環流的影響，氣候相對溫和，降水充沛。而武漢位于內陸，比熱較小，氣溫淡化更大，因此夏季升溫更快，溫度更高。而武漢與成都同為內陸的城市，導致它們氣候不同的因素主要是地形。因為武漢是平地，而成都是盆地，因為盆地的天氣流動性差，某些天氣（現象）系統在盆地內部滯留的時間長。水分（水汽、云，蒸發、降水量）在盆地內部的循環比較明顯。因此成都要比武漢天氣更溫和更濕潤。而且因為云量多而日照偏少，多雨多霧。3.3武漢典型的氣候適應性建筑兩例3.3.1武漢中僑觀邸住宅小區外墻外保溫系統——中僑觀邸選用全球建筑節能領域的最新產品，隔熱擠塑板外墻外保溫系統，比一般建筑節能43%以上。在不使用空調的情況下，夏季能降溫4℃左右，冬季能提高室溫8℃左右。即使使用50年之后其保溫性能仍保持在開始時的85%以上，與建筑物具有相匹配的使用壽命。太陽能照明系統——在能源的使用上，太陽能是一種沒有任何污染的綠色能源，普遍的推廣太陽能技術，對于改善地球的整體環境有著非常重要的意義。中僑觀邸部分公共空間如花園、小區道路使用太陽能燈，使庭園照明節能30%。圖1中僑觀邸住宅小區碟式馬達節能電梯——圖1中僑觀邸住宅小區斷橋中空玻璃鋁窗——中僑觀邸選用的是斷熱冷橋雙層中空玻璃鋁合金窗，它是由新興的隔熱鋁合金型材加工制成的，配合使用中空玻璃，保證有效阻隔熱能傳遞，永別狂風暴雨之害，防止冷暖氣外逸，比普通窗材每年節約能耗約20%，隔音量達40分貝。3.3.2武漢市美術館圖2武漢市美術館中庭武漢美術館建筑于1928年選址，1930年動工，1931年落成。在此先后立足的有漢口金城銀行、駐漢日軍占領軍總司令部、武漢圖書館、武漢少年兒童圖書館，現武漢美術館從老武展搬來此地。2005年武漢市政府投資近2億元進行改擴建，新館在保留原有建筑風貌的同時，還根據美術館的功能和設施的要求，對內部結構進行了科學設計和改造，整體為中庭環廊式格局，是武漢市重要的文化設施之一。圖2武漢市美術館中庭武漢市美術館平面功能組織采用水平及垂直分區的辦法把建筑分為四大功能分區：藏品庫區、陳列區、技術及辦公區、觀眾服務區。地下一層為新增建筑部分，分兩個部分，技術設備用房和培訓教室，培訓教室臨近北入口，分區明確。建筑節能的重點在于中庭玻璃屋蓋的處理上，武漢屬夏熱冬冷地區，玻璃頂蓋形成大的溫室效應。由于中庭的大玻璃屋蓋在溫室效應提供熱能，很好了利用了自然能，減少了能源的浪費。同樣玻璃屋頂也起到了很好的裝飾作用，沒有顧此失彼。圖3武漢市美術館全貌而建筑在玻璃頂內側設置了電動遮陽百葉，阻止大量陽光進入中庭，圖3武漢市美術館全貌另外，建筑在玻璃層面之間留有一定高度的間隙，利用熱空氣上長的原理，自然排出中庭熱量。又起到一定的通風效果，不會讓室內過于悶熱。武漢市美術館所有展廳均采用滑軌式的活動展板和展墻，使得陳列方式更加靈活，作品展示更富有空間感。按照國際標準建造的武漢美術館，具有恒溫恒濕、中央監控、消防報警系統的配備，能滿足藝術大師作品展出的要求，頂級的進口燈具可由電腦控制調節光源，為觀眾營造出高雅的藝術氛圍。圖4中國五大氣候區劃分圖4中國五大氣候區劃分4五大氣候區氣候特征分析及其氣候適應性建筑不同的氣候條件對房屋建筑提出不同的要求。炎熱地區需要通風、遮陽、隔熱，以防止室內過熱。寒冷地區需要采暖、防寒和保溫。為了明確建筑和氣候兩者的科學聯系，使建筑可以充分地利用和適應氣候條件，做到因地制宜，我國和世界分別進行了氣候分區。圖5氣候分區與其基本建筑規范圖5氣候分區與其基本建筑規范4.1嚴寒地區——烏魯木齊嚴寒地區是全年每天平均氣溫低于－15℃或以下的氣候地區。建筑物必須充分滿足冬季防寒、保溫、防凍等要求，夏季可不考慮防熱。總體規劃、單體設計和構造處理應使建筑物滿足冬季日照和防御寒風的要求；建筑物應采取減少外露面積，加強冬季密閉性，合理利用太陽能等節能措施；結構上應考慮氣溫年差較大及大風的不利影響；屋面構造應考慮積雪及凍融危害；施工應考慮冬季漫長嚴寒的特點，采取相應的措施。4.1.1烏魯木齊氣候特征屬中溫帶大陸性干旱氣候，春秋兩季較短，冬夏兩季較長，晝夜溫差大。年平均降水量為194毫米，最暖的七、八月平均氣溫為25.7℃，最冷的一月平均氣溫為-15.2℃。極端氣溫最高47.8℃，最低-41.5℃。烏魯木齊深處大陸腹地，屬于中溫帶大陸干旱氣候區。氣候特點是：溫差大，寒暑變化劇烈；降水少，且隨高度垂直遞增；冬季寒冷漫長，四季分配不均，冬季有逆溫層出現。每年6至10月是烏魯木齊旅游的黃金季節,因為這段時間花木爭艷,瓜果溢香。4.1.2烏魯木齊老城民居烏魯木齊市區三面環山，北部平原開闊。東部有博達山、喀拉塔格山、東山；西部有喀拉扎山、西山；南部有伊連哈比爾尕山東段（天格爾山）、土格達坂塔格等。轄區地勢由東南向西北降低，大致分為三個梯級：第一級為山地，海拔2500-3000米或更高；第二級為山間盆地與丘陵，海拔1000-2000米；第三級為平原，海拔在600米以下。烏魯木齊的晝夜溫差大，白天很熱，晚上很冷。因此，烏魯木齊的傳統民居的外墻都是厚厚的生土墻，窗洞開得很小，這樣厚土墻隔熱很好，室內的溫度不會隨外界的溫度變化而有過大的變化。而因為本地的自然風力很足，因此傳統建筑會有開小洞的晾葡萄的風干房。4.2寒冷地區——北京最冷月平均氣溫在－10℃與－3℃之間的地區。圖6烏魯木齊老城民居建筑物應滿足冬季防寒、保溫、防凍等要求，夏季部分地區應兼顧防熱?？傮w規劃、單體設計和構造處理應滿足冬季日照并防御寒風的要求，主要房間宜避西曬；應注意防暴雨；建筑物應采取減少外露面積，加強冬季密閉性且兼顧夏季通風和利用太陽能等節能措施；結構上應考慮氣溫年較差大、多大風的不利影響；建筑物宜有防冰雹和防雷措施；施工應考慮冬季寒冷期較長和夏季多暴雨的特點。圖6烏魯木齊老城民居4.2.1北京氣候特征北京的氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。2007年為例，全年平均氣溫14.0℃（北京市氣象局）。1月-7至-4℃，7月25至26℃。極端最低-27.4℃，極端最高42℃以上。全年無霜期180至200天，西部山區較短。2007年平均降雨量483.9毫米，為華北地區降雨最多的地區之一。降水季節分配很不均勻，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三個月，7、8月有大雨。4.2.2北京四合院圖7北京四合院四合院是因為北京的氣候而產生出來的建筑造型的依據——北京的四合院為一種高級文化形態的民居類型，在明清時期達到鼎盛。四合院由于其四合形制，四周建房，以房的外墻體為圍，呈方形平面。正方坐北向南，可以采到充足的陽光，南房由于南墻體就是整座四合院的南圍墻，所以不設門，不開窗，只有向北開門，設窗，成為坐南朝北的逆向姿態，故將其稱為“倒座”。整個院落的布局是依據“風水”設計的，正房最重要，一般為主人所居；東廂為家庭中男性兒輩所居；西廂為家庭中女性兒輩所居；男房多為男仆所居，或兼放雜物；后罩房是女仆的居所。北京四合院的大門常設在整個四合院的東南角上，此處在”風水“中是巽位，意為“入“，是吉利的。圖7北京四合院北京的主導風向，冬季是西北風，為了御寒，主要房屋的朝向向南，是必然的。而且中國的文化傳統，也是以面南為上。北京有句老話，“有錢不住東南房”，四合院中的東南房，一般就是身份較低的人使用的。4.3溫和地區——昆明最冷月平均氣溫高于－3℃的地區。溫和地區，冬暖夏涼，四季如春，如：昆明、西昌、元江等。建筑物應滿足濕季防雨和通風要求，可不考慮防熱。總體規劃、單體設計和構造處理宜使濕季有較好自然通風，主要房間應有良好朝向；建筑物應注意防潮、防雷擊；施工應有防雨的措施。4.3.1昆明氣候特征昆明四季溫暖如春，全年溫差較小，市區年平均氣溫在15℃左右，最熱時月平均氣溫19℃左右，最冷時月平均氣溫8℃左右。歷史上年極端氣溫最高30.4℃，最低-7.8℃。由于溫度、濕度適宜，日照長，霜期短，所以鮮花常年不謝，草木四季長青，昆明“春城”的美譽由此得來。4.3.2云南省博物館云南省博物館位于昆明市,總用地面積約為91000m2,用地東側為藝術中心建設用地,南側為市政道路,西側為新寶象河,北側為廣福路。主體建筑為云南省博物館(5層),主體建筑博物館建筑面積為58000m2,地上5層(地下二層),建筑高度為30.3m。該建筑集中反映了云南的悠久歷史和燦爛圖8云南省博物館云南省博物館工程在設計中充分考慮了大型公建的用水特點,將屋面雨水及生活排水處理后回用于園林綠化、澆灑路面及景觀補水等,再生水回用率達到76%,具有良好的社會效益和經濟效益。介紹了該博物館的節水與水資源再利用設計,主要包括生活污水的生化處理工藝,屋面雨水的混凝沉淀/消毒處理工藝,以及景觀水的ANCS循環處理使用技術。該項目的實施符合綠色建筑最大限度節約資源、減少污染和保護環境的可持續發展理念。圖8云南省博物館4.4夏熱冬冷地區——合肥夏熱冬冷地區的共同特點是：夏季氣溫高，最熱月平均氣溫25℃～30℃．最高氣溫達40℃以上，空氣濕度大，相對濕度在70％～80％，而冬季天氣比較陰冷，最冷月平均氣溫4℃，最冷氣溫達-10℃以下。建筑節能發展的重點領域對新型低能耗的圍護，以及夏季遮陽隔熱的一些措施。4.4.1合肥的氣候特征合肥屬亞熱帶濕潤季風氣候。全年氣候特點是：四季分明，氣候溫和，雨量適中，春溫多變，秋高氣爽，梅雨顯著，夏雨集中。年平均氣溫15.7度，降雨量近1000毫米，日照2100多個小時。4.4.2合肥大劇院圖9合肥大劇院合肥大劇院具有極高的技術含量，該建筑鋼架外圍的中間隔層就多達11層，其中屋蓋采用加厚巖棉金屬體系，以起到良好的保溫隔熱隔音效果?！按髣≡骸眱炔糠秸?，外部則采用了不少弧形結構，加上建成后流線型的頂棚，就像一片“波浪”，和天鵝湖畔的地理環境非常協調。圖9合肥大劇院合肥地處夏熱冬冷地區，因此整個生態節系統的設計都以當地的氣候特點為依據，盡量利用其氣候優勢。合肥地區太陽輻射強度大，根據項目的地理位置，提出南向和西向設置智能太陽追蹤可調機翼板式外遮陽板設施。通過這項技術，能夠有效遮擋80%的太陽輻射。既提高了室內舒適度，又有效避免了高輻射帶來的室內升溫所導致的能量消耗。結合項目自身屋面大的特點，鋪設太陽能積熱器，，在排除太陽輻射帶來的不利因素的同時，揚長避短，又充分利用太陽輻射強的特點。合肥大劇院南臨天鵝湖，在設計時充分考慮這一自然優勢的，設計了水源熱泵系統，該系統機組同時可以實現供冷和供熱，由于其較高的運行效率，比常規冷熱源系統節能20%－40%。同時在過部分過渡季的冬季，直接利用冰冷湖水作為輔助冷源，大幅降低了能耗。該項目利用太陽能光伏電力提供大劇院應急照明、景觀照明及其他部分日常工作的能源。大劇院的太陽能光伏并網電站將采用三站合一的整體布局，總面積為1352平方米，總容量118.4kWp。項目竣工后，預計年發電量12萬kW以上，按使用壽命30年計，總共可發電360萬kWh，電站直接投資584.73萬元，直接費效比1.624元/kWh，可減少CO2污染排放3772.8噸，減少SO2污染排放12.24噸，減少氮氧化物污染排放10.66噸，減少廢渣排放288噸。使用期間，不再需要任何投入，電站控制也是采用無人值守的全自動化方式，無論從經濟效益還是社會效益來看都非常可觀。4.5夏熱冬暖地區——廣州夏熱冬暖地區是指累年最熱月平均溫度為25~29°C,累年最冷月平均溫度大于10°C，累年日平均溫度大于等于25°C的天數為100~200天的地區。從地理位置來說，夏熱冬暖地區在北緯27°以南，東經97°以東。從行政區劃分來看，夏熱冬暖地區包括廣東大部，廣西大部、福建南部、海南、香港、澳門、臺灣全部。夏熱冬暖地區建筑熱工和空調暖通設計，必須采取節能措施，在保證室內熱環境舒適的下，將空調和采暖能耗控制在規定的范圍內。4.5.1廣州的氣候特征廣州地處亞熱帶，夏無酷暑，冬無嚴寒，四季氣候宜人，是除昆明之外全國年平均溫差最小的大城市。春季的廣州潮濕多雨，夏季稍稍炎熱，時常會有臺風；秋季溫度適宜，涼爽多風，好天氣可持續到11、12月份，最適宜于旅游，因此10至12月是旅游的最佳季節；冬季稍寒但時間短，當北方大雪紛飛時，在廣州穿一件毛衣即可過冬。4.5.2廣州的典型商業建筑圖11模型平面圖圖10模型軸測圖本文采用的建筑模型是一棟位于廣州的典型商業建筑，其立體圖和平面圖如圖1、2所示，該建筑長40m，寬35m，南北朝向，共有8層，總建筑面積11200m2。整個建筑包括電梯間、走廊、衛生間等構成的建筑核心筒區域以及周邊辦公室區域，建筑中的每個房間都可以設置遮陽控制裝置和夜間通風控制裝置。圖11模型平面圖圖10模型軸測圖在廣州冷負荷遠大于熱負荷，因此冷負荷是影響全年能耗的主要因素。遮陽設備對于尖峰負荷的影響比較明顯，各種設置了遮陽的方案的最大冷負荷均比沒有設置遮陽的低；遮陽時間越長（9>7>5），全年累計冷負荷以及冷負荷的峰值就越小，其中遮陽時間最長的比起無遮陽的全年累計耗冷量降低了12％。在廣州由于晝夜溫差較小，夜間通風的效果并不十