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广州；

玻璃屋盖；

外墙节能保温；

太阳照明系统；

建筑朝向等

3武汉市及其所在的夏热冬冷地区

3.1从气候分区角度分析武汉市气候特征

首先，全国分为五个气候区，分别是——严寒地区、寒冷地区、温和地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区。

而武汉不仅位于夏热冬冷地区，而且是夏热冬冷地区的极致典型的表现。

武汉属北亚热带季风性湿润气候，有雨量充沛、日照充足、夏季酷热、冬季寒冷的特点。

一般年均气温15.8℃-17.5℃，一年中，1月平均气温最低，0.4℃；

7、8月平均气温最高，28.7℃。

夏季极长达135天，因武汉地处北纬30度，夏季正午太阳高度可达38°

，又地处内陆、距海洋远，地形如盆地故集热容易散热难，河湖多故夜晚水汽多，加上城市热岛效应和伏旱时副高控制，十分闷热，是中国四大火炉之一，夏天普遍高于37℃，极端最高气温44.5℃。

初夏梅雨季节雨量集中，年降水量为1100毫米。

3.2武汉与同气候区的城市相比

同样是夏热冬冷地区，武汉市有他的兄弟——中国的三大火炉城市：

重庆、武汉、南京。

为什么中国的四大火炉的分布如此分散，而不是集中在一起的呢？

想必是跟它们所处的地形与城市有关。

因此，本文将把武汉与它的兄弟南京，以及不属于火炉城市的成都进行对比，观察气候的异同点以及其形成的原因。

3.2.1武汉与南京、成都的气候异同点

南京气候——南京属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水1200毫米，四季分明，年平均温度15.4°

C，年极端气温最高39.7°

C，最低-13.1°

C，年平均降水量1106毫米。

春季风和日丽；

梅雨时节，又阴雨绵绵；

夏季炎；

秋天干燥凉爽；

冬季寒冷、干燥。

武汉与南京同属亚热带季风气候，年均温也相似，武汉稍高。

不一样的是，南京一年四季分明，武汉春秋短天气变化异常；

南京秋有梅雨时节，武汉没有；

武汉的夏季长达135天，且均温要比南京高；

年极端温度武汉高达44.5℃，而南京只达39.7℃，没有武汉那么火热且夏季漫长。

成都气候——成都属于亚热带季风性湿润气候，气候温和、四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少。

多年年平均气温为16.2℃，年最高气温为37.3℃，年极端最低气温为-5.9℃，最热月出现在7～8月，月平均气温为25.4和25.0℃，最冷月出现在1月，月平均气温为5.6℃；

年总降水量为918.2毫米，雨量主要集中在7～8月，月降雨量分别为225和229毫米，降雨最少月份为12和1月，月降雨量分别为6毫米左右，暴雨期普遍出现在5～9月，常年暴雨出现的始终期分别在6月底7月初和8月下旬。

冬无严寒，对小春和畜牧生长有利，连续的多雾天气对交通航运影响较大，冬干、寡照比较明显，下雪对于成都来说是很少见的事一年最多也不过一两场。

武汉与成都相比，虽然同属夏热冬冷地区，但是气候差异还是相对较大。

武汉的夏偏长偏热，日照充沛；

而成都气候温和，冬天不过冷，夏天不过热，日照较少，但是年均温比武汉高。

成都降雨量较少，冬季干燥，很少下雪。

成都多雾。

3.2.2造成武汉与南京、成都气候不同的原因

我想导致城市间气候不同的因素有——海陆位置、地形因素、纬度因素。

而武汉与南京同样位于夏热冬冷地区，武汉所处的纬度要比南京高，因此武汉的年均温要比南京低，但是为什么武汉的夏天要更长，更热呢。

因此我认为导致武汉与南京的气候不同的主要因素是它们的海陆位置。

南京更靠近沿海，长期受到海陆环流的影响，气候相对温和，降水充沛。

而武汉位于内陆，比热较小，气温淡化更大，因此夏季升温更快，温度更高。

而武汉与成都同为内陆的城市，导致它们气候不同的因素主要是地形。

因为武汉是平地，而成都是盆地，因为盆地的天气流动性差，某些天气（现象）系统在盆地内部滞留的时间长。

水分（水汽、云，蒸发、降水量）在盆地内部的循环比较明显。

因此成都要比武汉天气更温和更湿润。

而且因为云量多而日照偏少，多雨多雾。

3.3武汉典型的气候适应性建筑两例

3.3.1武汉中侨观邸住宅小区

外墙外保温系统——中侨观邸选用全球建筑节能领域的最新产品，隔热挤塑板外墙外保温系统，比一般建筑节能43%以上。

在不使用空调的情况下，夏季能降温4℃左右，冬季能提高室温8℃左右。

即使使用50年之后其保温性能仍保持在开始时的85%以上，与建筑物具有相匹配的使用寿命。

太阳能照明系统——在能源的使用上，太阳能是一种没有任何污染的绿色能源，普遍的推广太阳能技术，对于改善地球的整体环境有着非常重要的意义。

中侨观邸部分公共空间如花园、小区道路使用太阳能灯，使庭园照明节能30%。

图1中侨观邸住宅小区

碟式马达节能电梯——只消耗同等传统设备所需的一半能量，一组高速电梯年节省电量约上万度，比同类电梯节省约33%。

碟式马达采用永磁同步电机，变频控制技术和低摩擦系数的无齿轮结构，噪音比传统电梯降低40%，是环保建筑理想选择。

断桥中空玻璃铝窗——中侨观邸选用的是断热冷桥双层中空玻璃铝合金窗，它是由新兴的隔热铝合金型材加工制成的，配合使用中空玻璃，保证有效阻隔热能传递，永别狂风暴雨之害，防止冷暖气外逸，比普通窗材每年节约能耗约20%，隔音量达40分贝。

3.3.2武汉市美术馆

图2武汉市美术馆中庭

武汉美术馆建筑于1928年选址，1930年动工，1931年落成。

在此先后立足的有汉口金城银行、驻汉日军占领军总司令部、武汉图书馆、武汉少年儿童图书馆，现武汉美术馆从老武展搬来此地。

2005年武汉市政府投资近2亿元进行改扩建，新馆在保留原有建筑风貌的同时，还根据美术馆的功能和设施的要求，对内部结构进行了科学设计和改造，整体为中庭环廊式格局，是武汉市重要的文化设施之一。

武汉市美术馆平面功能组织采用水平及垂直分区的办法把建筑分为四大功能分区：

藏品库区、陈列区、技术及办公区、观众服务区。

地下一层为新增建筑部分，分两个部分，技术设备用房和培训教室，培训教室临近北入口，分区明确。

建筑节能的重点在于中庭玻璃屋盖的处理上，武汉属夏热冬冷地区，玻璃顶盖形成大的温室效应。

由于中庭的大玻璃屋盖在温室效应提供热能，很好了利用了自然能，减少了能源的浪费。

同样玻璃屋顶也起到了很好的装饰作用，没有顾此失彼。

图3武汉市美术馆全貌

而建筑在玻璃顶内侧设置了电动遮阳百叶，阻止大量阳光进入中庭，避免了夏天出现温室效应造成过热从而增加空调能耗的现象。

玻璃采用隔热性能好的low-e玻璃。

另外，建筑在玻璃层面之间留有一定高度的间隙，利用热空气上长的原理，自然排出中庭热量。

又起到一定的通风效果，不会让室内过于闷热。

武汉市美术馆所有展厅均采用滑轨式的活动展板和展墙，使得陈列方式更加灵活，作品展示更富有空间感。

按照国际标准建造的武汉美术馆，具有恒温恒湿、中央监控、消防报警系统的配备，能满足艺术大师作品展出的要求，顶级的进口灯具可由电脑控制调节光源，为观众营造出高雅的艺术氛围。

图4中国五大气候区划分

4五大气候区气候特征分析及其气候适应性建筑

不同的气候条件对房屋建筑提出不同的要求。

炎热地区需要通风、遮阳、隔热，以防止室内过热。

寒冷地区需要采暖、防寒和保温。

为了明确建筑和气候两者的科学联系，使建筑可以充分地利用和适应气候条件，做到因地制宜，我国和世界分别进行了气候分区。

图5气候分区与其基本建筑规范

4.1严寒地区——乌鲁木齐

严寒地区是全年每天平均气温低于－15℃或以下的气候地区。

建筑物必须充分满足冬季防寒、保温、防冻等要求，夏季可不考虑防热。

总体规划、单体设计和构造处理应使建筑物满足冬季日照和防御寒风的要求；

建筑物应采取减少外露面积，加强冬季密闭性，合理利用太阳能等节能措施；

结构上应考虑气温年差较大及大风的不利影响；

屋面构造应考虑积雪及冻融危害；

施工应考虑冬季漫长严寒的特点，采取相应的措施。

4.1.1乌鲁木齐气候特征

属中温带大陆性干旱气候，春秋两季较短，冬夏两季较长，昼夜温差大。

年平均降水量为194毫米，最暖的七、八月平均气温为25.7℃，最冷的一月平均气温为-15.2℃。

极端气温最高47.8℃，最低-41.5℃。

乌鲁木齐深处大陆腹地，属于中温带大陆干旱气候区。

气候特点是：

温差大，寒暑变化剧烈；

降水少，且随高度垂直递增；

冬季寒冷漫长，四季分配不均，冬季有逆温层出现。

每年6至10月是乌鲁木齐旅游的黄金季节,因为这段时间花木争艳,瓜果溢香。

4.1.2乌鲁木齐老城民居

乌鲁木齐市区三面环山，北部平原开阔。

东部有博达山、喀拉塔格山、东山；

西部有喀拉扎山、西山；

南部有伊连哈比尔尕山东段（天格尔山）、土格达坂塔格等。

辖区地势由东南向西北降低，大致分为三个梯级：

第一级为山地，海拔2500-3000米或更高；

第二级为山间盆地与丘陵，海拔1000-2000米；

第三级为平原，海拔在600米以下。

乌鲁木齐的昼夜温差大，白天很热，晚上很冷。

因此，乌鲁木齐的传统民居的外墙都是厚厚的生土墙，窗洞开得很小，这样厚土墙隔热很好，室内的温度不会随外界的温度变化而有过大的变化。

而因为本地的自然风力很足，因此传统建筑会有开小洞的晾葡萄的风干房。

4.2寒冷地区——北京

最冷月平均气温在－10℃与－3℃之间的地区。

图6乌鲁木齐老城民居

建筑物应满足冬季防寒、保温、防冻等要求，夏季部分地区应兼顾防热。

总体规划、单体设计和构造处理应满足冬季日照并防御寒风的要求，主要房间宜避西晒；

应注意防暴雨；

建筑物应采取减少外露面积，加强冬季密闭性且兼顾夏季通风和利用太阳能等节能措施；

结构上应考虑气温年较差大、多大风的不利影响；

建筑物宜有防冰雹和防雷措施；

施工应考虑冬季寒冷期较长和夏季多暴雨的特点。

4.2.1北京气候特征

北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。

2007年为例，全年平均气温14.0℃（北京市气象局）。

1月-7至-4℃，7月25至26℃。

极端最低-27.4℃，极端最高42℃以上。

全年无霜期180至200天，西部山区较短。

2007年平均降雨量483.9毫米，为华北地区降雨最多的地区之一。

降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月有大雨。

4.2.2北京四合院

图7北京四合院

四合院是因为北京的气候而产生出来的建筑造型的依据——北京的四合院为一种高级文化形态的民居类型，在明清时期达到鼎盛。

四合院由于其四合形制，四周建房，以房的外墙体为围，呈方形平面。

正方坐北向南，可以采到充足的阳光，南房由于南墙体就是整座四合院的南围墙，所以不设门，不开窗，只有向北开门，设窗，成为坐南朝北的逆向姿态，故将其称为“倒座”。

整个院落的布局是依据“风水”设计的，正房最重要，一般为主人所居；

东厢为家庭中男性儿辈所居；

西厢为家庭中女性儿辈所居；

男房多为男仆所居，或兼放杂物；

后罩房是女仆的居所。

北京四合院的大门常设在整个四合院的东南角上，此处在”风水“中是巽位，意为“入“，是吉利的。

北京的主导风向，冬季是西北风，为了御寒，主要房屋的朝向向南，是必然的。

而且中国的文化传统，也是以面南为上。

北京有句老话，“有钱不住东南房”，四合院中的东南房，一般就是身份较低的人使用的。

4.3温和地区——昆明

最冷月平均气温高于－3℃的地区。

温和地区，冬暖夏凉，四季如春，如：

昆明、西昌、元江等。

建筑物应满足湿季防雨和通风要求，可不考虑防热。

总体规划、单体设计和构造处理宜使湿季有较好自然通风，主要房间应有良好朝向；

建筑物应注意防潮、防雷击；

施工应有防雨的措施。

4.3.1昆明气候特征

昆明四季温暖如春，全年温差较小，市区年平均气温在15℃左右，最热时月平均气温19℃左右，最冷时月平均气温8℃左右。

历史上年极端气温最高30.4℃，最低-7.8℃。

由于温度、湿度适宜，日照长，霜期短，所以鲜花常年不谢，草木四季长青，昆明“春城”的美誉由此得来。

4.3.2云南省博物馆

云南省博物馆位于昆明市,总用地面积约为91000m2,用地东侧为艺术中心建设用地,南侧为市政道路,西侧为新宝象河,北侧为广福路。

主体建筑为云南省博物馆（5层）,主体建筑博物馆建筑面积为58000m2,地上5层（地下二层）,建筑高度为30.3m。

该建筑集中反映了云南的悠久历史和灿烂

图8云南省博物馆

云南省博物馆工程在设计中充分考虑了大型公建的用水特点,将屋面雨水及生活排水处理后回用于园林绿化、浇洒路面及景观补水等,再生水回用率达到76%,具有良好的社会效益和经济效益。

介绍了该博物馆的节水与水资源再利用设计,主要包括生活污水的生化处理工艺,屋面雨水的混凝沉淀/消毒处理工艺,以及景观水的ANCS循环处理使用技术。

该项目的实施符合绿色建筑最大限度节约资源、减少污染和保护环境的可持续发展理念。

4.4夏热冬冷地区——合肥

夏热冬冷地区的共同特点是：

夏季气温高，最热月平均气温25℃～30℃．最高气温达40℃以上，空气湿度大，相对湿度在70％～80％，而冬季天气比较阴冷，最冷月平均气温4℃，最冷气温达-10℃以下。

建筑节能发展的重点领域对新型低能耗的围护，以及夏季遮阳隔热的一些措施。

4.4.1合肥的气候特征

合肥属亚热带湿润季风气候。

全年气候特点是：

四季分明，气候温和，雨量适中，春温多变，秋高气爽，梅雨显著，夏雨集中。

年平均气温15.7度，降雨量近1000毫米，日照2100多个小时。

4.4.2合肥大剧院

图9合肥大剧院

合肥大剧院具有极高的技术含量，该建筑钢架外围的中间隔层就多达11层，其中屋盖采用加厚岩棉金属体系，以起到良好的保温隔热隔音效果。

“大剧院”内部方正，外部则采用了不少弧形结构，加上建成后流线型的顶棚，就像一片“波浪”，和天鹅湖畔的地理环境非常协调。

合肥地处夏热冬冷地区，因此整个生态节系统的设计都以当地的气候特点为依据，尽量利用其气候优势。

合肥地区太阳辐射强度大，根据项目的地理位置，提出南向和西向设置智能太阳追踪可调机翼板式外遮阳板设施。

通过这项技术，能够有效遮挡80%的太阳辐射。

既提高了室内舒适度，又有效避免了高辐射带来的室内升温所导致的能量消耗。

结合项目自身屋面大的特点，铺设太阳能积热器，，在排除太阳辐射带来的不利因素的同时，扬长避短，又充分利用太阳辐射强的特点。

合肥大剧院南临天鹅湖，在设计时充分考虑这一自然优势的，设计了水源热泵系统，该系统机组同时可以实现供冷和供热，由于其较高的运行效率，比常规冷热源系统节能20%－40%。

同时在过部分过渡季的冬季，直接利用冰冷湖水作为辅助冷源，大幅降低了能耗。

该项目利用太阳能光伏电力提供大剧院应急照明、景观照明及其他部分日常工作的能源。

大剧院的太阳能光伏并网电站将采用三站合一的整体布局，总面积为1352平方米，总容量118.4kWp。

项目竣工后，预计年发电量12万kW以上，按使用寿命30年计，总共可发电360万kWh，电站直接投资584.73万元，直接费效比1.624元/kWh，可减少CO2污染排放3772.8吨，减少SO2污染排放12.24吨，减少氮氧化物污染排放10.66吨，减少废渣排放288吨。

使用期间，不再需要任何投入，电站控制也是采用无人值守的全自动化方式，无论从经济效益还是社会效益来看都非常可观。

4.5夏热冬暖地区——广州

夏热冬暖地区是指累年最热月平均温度为25~29°

C,累年最冷月平均温度大于10°

C，累年日平均温度大于等于25°

C的天数为100~200天的地区。

从地理位置来说，夏热冬暖地区在北纬27°

以南，东经97°

以东。

从行政区划分来看，夏热冬暖地区包括广东大部，广西大部、福建南部、海南、香港、澳门、台湾全部。

夏热冬暖地区建筑热工和空调暖通设计，必须采取节能措施，在保证室内热环境舒适的下，将空调和采暖能耗控制在规定的范围内。

4.5.1广州的气候特征

广州地处亚热带，夏无酷暑，冬无严寒，四季气候宜人，是除昆明之外全国年平均温差最小的大城市。

春季的广州潮湿多雨，夏季稍稍炎热，时常会有台风；

秋季温度适宜，凉爽多风，好天气可持续到11、12月份，最适宜于旅游，因此10至12月是旅游的最佳季节；

冬季稍寒但时间短，当北方大雪纷飞时，在广州穿一件毛衣即可过冬。

4.5.2广州的典型商业建筑

图11模型平面图

图10模型轴测图

本文采用的建筑模型是一栋位于广州的典型商业建筑，其立体图和平面图如图1、2所示，该建筑长40m，宽35m，南北朝向，共有8层，总建筑面积11200m2。

整个建筑包括电梯间、走廊、卫生间等构成的建筑核心筒区域以及周边办公室区域，建筑中的每个房间都可以设置遮阳控制装置和夜间通风控制装置。

在广州冷负荷远大于热负荷，因此冷负荷是影响全年能耗的主要因素。

遮阳设备对于尖峰负荷的影响比较明显，各种设置了遮阳的方案的最大冷负荷均比没有设置遮阳的低；

遮阳时间越长（9>

7>

5），全年累计冷负荷以及冷负荷的峰值就越小，其中遮阳时间最长的比起无遮阳的全年累计耗冷量降低了12％。

在广州由于昼夜温差较小，夜间通风的效果并不十分明显。

遮阳设备能够有效减小冷负荷，采用遮阳设备的方案，其空调系统和照明设备的总运行费用比不用遮阳设备的方案少7%~13%。

遮阳设备能够极大改善室内光环境，避免室内照度过高而产生眩光，但同时也增加了维持室内照度所需的照明能耗。

图12广州商业楼

应用了自控系统的遮阳设备能够使室内照度的改变更加均匀。

当室内照度偏高的时候，遮阳设备关闭以减少进入室内的自然光；

当室内照度偏低的时候，遮阳设备打开以更多地利用自然光进行照明。

带自控的遮阳设备能减小空调系统和照明系统的能耗，并由于降低了尖峰负荷能减小空调系统设备的选型从而减小初投资。

相对于遮阳设备的经济性，遮阳自控系统的投资回收期较短，投资回报高。

夏季采用夜间通风能够减小冷负荷，但在广州地区由于室外气温较高，节能效果不明显。

通风窗的投资回收期为20~23年。

综合比较各方案，总的来说，内遮阳+控制系统+夜间通风的方案（方案8和10）最为有利，不仅在运行费用方面低于外遮阳装置，其对于建筑光环境也有很大的改善。

5总结

建筑节能是一个复杂的综合问题,建筑节能技术涉及到建筑热工、设备、材料等诸多方面,各个方面与气候要素的适应关系各不相同。

构建各地的建筑节能体系,加强各地及国内外的交流,都不能忽视气候差异性的影响。

合理地利用当地气候资源,构建适宜不同气候的建筑节能技术路线和关键技术,需要按建筑节能体系和建筑节能气候要素进行分区。

6参考文献

●中国建筑科学研究院.GB50178—93　建筑气候区划标准[S].北京:

中国计划出版社,1993

●中国建筑科学研究院.JGJ75-2003夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准北京:

●鲁慧敏寒冷地区居住建筑节能设计研究[D].西安：

建筑科技大学，2005

●陈晓拨，仲德崑.地方性建筑与适宜技术[M].北京：

中国建筑工业出版社，2007