建筑物理在设计中的运用.docx

1、建筑物理在设计中的运用1.在建筑设计中是如何考虑建筑的热环境、声环境和光环境影响的：以大三上学期课程设计作业“旧厂房改造和建筑系馆设计”方案具体说明： 热环境1) 遮阳：阅览室和教学楼部分西向采用竖向遮阳板，当时考虑到是给儿童使用的建筑，于是选择了黄色和红色比较活泼的颜色。但是学习了建筑物理后觉得应该采用浅色的遮阳板效果更好。此处的遮阳板可以手动调节角度，可以根据季节天气的不同自由控制，同时活动的遮阳板增加了建筑的趣味性，符合小学的特性。2) 利用太阳能：在教学楼屋顶上放置太阳能电池板，收集和利用太阳能。夏天的时候可以给室内制冷系统或风扇部分供电。3) 保温墙体：外保温墙体，可以有效保暖隔热，

2、维护室内热环境的舒适，减少能源的使用。4) 合理开窗：使用断热桥铝合金窗框高绝热、高透光Low-E玻璃窗框：传热系数k = 1.61 w/m2k玻璃：传热系数k = 0.85 1.7 w/m2k太阳得热SHGC = 0.32 0.62遮阳系数SC = 0.28 0.71透光率V.C = 61% 73%窗实际传热系数：k = 1.42 1.70 w/m2k5) 屋顶、外墙绿化：当建筑朝向为正西时,建筑室内热环境受太阳辐射的影响最为明显,太阳辐射得热量最大。因此,分别建立西向外墙有绿化和西向外墙无绿化房间模型,外墙绿化模式为植物贴附建筑表面。对于西安地区,夏季室外空调设计参数为:干球温度td =

3、3512 ,湿球温度ts = 26 ,焓值hw =80184 kJPkg。可知外墙绿化平均气温下降幅度为35 ,本文取最低值3 ,即tw = 3212 。可得hw = 77172 kJPkg6 。设室内空气干球温度tn = 26 ,相对湿度=65 % ,则hn = hn = 61163 kJPkg ,由此,可以看出当采用墙体绿化后,空调负荷降低率至少有10 %。6) 热缓冲中庭：冬季，该中庭是一个全封闭的大暖房。在“温室作用”下，成为大开间部室的热缓冲层，有效地改善了教室热环境并节省供暖的能耗。在春秋季节，它是一个开敞空间，室内和室外保持良好的空气流通，有效的改善了工作室的小气候。 光环境1)

4、 建筑朝向：根据建筑不同的功能朝向布置也不同。教学楼南北向布置，教室南向采光光线充足。卫生间配电室开水房等服务性用房北向布置。2) 建筑间距：两排教学楼之间最小间距25m，保证北边的教学底层教室的正常采光。 声环境1) 建筑间距：两排教学楼之间最小间距25m，一方面是为了采光，还有一个重要原因是相邻教学楼的噪声间距，两栋教学楼之间声音互不相干扰。2) 植被隔声：操场、篮球场和教学区用一排数目间隔开来，可以减少噪声对教室和办公的干扰。2.大师如何在设计中考虑和处理建筑物理环境：这个问题所涉及的内容太广泛了，建筑物理环境包括声、光、热，而建筑大师也是数不胜数。所以我就举我最喜欢的建筑师安藤忠雄他对

5、“光”出神入化的运用，不愧光影魔术师的称号。光是世间万物之源，建筑与光历来有着极其密切的关系。“建筑是对阳光下的各种体量的精确的、正确的和卓越的处理。”早在60多年前，现代建筑大师勒柯布西耶就这样赞叹过光对建筑设计和造型的重要作用。安藤忠雄，这位日本的传奇建筑师，在他的建筑生涯中如痴如醉地对光进行着探索。安藤忠雄仿佛是操纵光的魔术师，他运用光，使他的作品震撼人心。 痴迷之源： 安藤忠雄的经历是一段传奇历史。1965年，24岁的安藤终于来到了欧洲，然而他向往已久的建筑大师勒柯布西耶却刚刚去世。老天爷仿佛安排了一次交接，在柯布西耶的朗香教堂对安藤的建筑之魂进行了最初的启迪。柯布西耶在朗香教堂呈现出

6、了神圣脱俗的氛围，使得步入之人无不感到圣洁的力量。柯布西耶对光的运用给了安藤忠雄极大的震撼。在游历欧洲的过程中，安藤对欧洲建筑进行了深入地解读。谈起他在充溢着自然光线的罗马万神庙的感受时，安藤说过一句着名的话：“我想把这种感动着我的力量称为建筑。”欧洲之游对安藤意义重大，让安藤感受到了建筑的魅力与光的震撼力，使他在后来的建筑生涯中信仰般地追求着对光的运用。朗香教堂 自然之光： 安藤的住吉长屋体现了安藤对自然光线的追求。安藤设计这所关西民居时，将自然光、风、雨等元素融入到了空间中，他在中间设计了一个庭院，让光从上方漏下，充满整个空间。照在墙体和庭院里的光辉使得原本狭小的空间显得宽敞、大气、柔和而

7、且富有生命力。进入这样简洁自然的空间，人的身体和精神都会很舒适。安藤说：“建筑其实上就是向空间导入光线的工作，所以如何用光在一开始就是一个重要的课题，而且我知道当人们进入某一个空间时，如对面有光线照来，这时候心境是最放松的，因此我在进行设计师时脑海中会一直考虑光线和空间容量的因素。” 住吉长屋 神圣之光： 安藤在建筑实践生涯中，最让人印象深刻的设计手法是，利用单纯的混凝土材料创造大面积的明暗对比产生富有动感的光影变化，特别是用黑暗来反衬光，突出了场所意义。光之教堂在这座由清水混凝土建筑的教堂里，安藤巧妙地运用光来呈现“十字架”。光透过墙体上的十字切口渗透进来，在地面和墙壁上留下了细长的光影。在

8、这里，光不再用于照明，而是具有了神圣的象征意义。虔诚的信徒置身于黑暗的空间中，面对光的十字，仿佛看到了天堂的光辉。安藤用光之教堂纪念了朗香教堂带给他的关于神圣的记忆。光之教堂水御堂大厅位于地下，其上是一个覆满绿莲的椭圆形大水池。当人们沿着水池中央的楼梯向下走，会有柳暗花明的感觉。水御堂大厅在水面下。大厅内部是一个用木头柱子做格网分割的圆形空间。室内和柱子漆成朱红色。安藤在水御堂大厅西侧设置了侧高窗,每当傍晚时分,夕阳余辉从大厅西侧的光庭映入水御堂,列柱投下长长的影子,大厅便充满红光,给人一种静寂神秘和超凡脱俗的深刻体验。水御堂普拉默在日本建筑的光中曾写道：“水御堂中体验到的这种空间序列，并不仅

9、仅意味着要达到一种内在精神，而且也通过一种光色逐渐引导变化，最终给参拜者以理想境界的感受。这种礼仪化的行程实际上是神秘而迷茫的，它构成了一种精神上的探险，而这对灵魂的洗礼是必要的。这一行程始于一纯化的白色通道，它使人们摆脱尘世，进入一个空灵的世界；接着，伴随着微弱的蓝色光线和主见加重的黑色，人们进入到地面以下，在这里，最终出现了一种象征性的死亡和再生，我们的世界沉没在黑暗之中，而当我们突然看到一片强烈的、超自然的明媚红光时，顿时死而复苏” 变幻之光： 光在安藤眼中充满着变幻之美。“建筑空间之中一束独立的光线停留在物体的表面，在背景中拖下阴影，随着时间的变幻和季节的更替，光的强度发生着变化，物体

10、的形象也随之改变”。正是在这种不断变幻之中，光重塑了我们的世界。 在以自然光为唯一光源、被称为“日落闭馆”的织田广喜美术馆中，安藤在天顶和墙面交界处留出一条细长的空隙，自然光从此处漏入室内，柔和地照亮了墙上的绘画作品。随着时间的推移，这束光不断变化，以致画作也时刻呈现出不同的样貌。 小筱住宅是安藤对光的运用的又一佳作。小筱住宅的起居室顶棚有两层高,安藤采用了顶部采光的方法，阳光从顶部上渗透下来,倾泻在“纤柔若丝”的混凝土墙面，产生的动感的光影效果。小筱住宅 安藤的精神源泉 在我眼中，安藤忠雄是极典型的日本人，他身上拥有日本人普遍的性格特点：勤奋、工作狂、严谨、沉默以及执着的追求。日本的文化观、

11、思想观和审美观在安藤的作品中得到了充分的体现。他的作品雅致、细腻、纯粹、韵味十足且富有感召力，让我联想到了日本的艺术传统和日本的禅学思想。虽然表现形式截然不同，可是细细品味后可以发现，安藤的作品在意境和韵味上与后两者有很多异曲同工之妙。安藤的设计思想与日本文化、禅学思想以及他自己独特的经历和性格密切相关。 首先，是日本文化。日本是一个汪洋环绕的多山岛国，多样的地形地貌和莫测的气象变化带来了丰富的自然美景，大自然被赋予一层神秘而优美的面纱。日本民族自古相信“万物有灵”，这种对自然的崇拜与追求，在日本随处可见。在茶道中，无论是庭院之中装垃圾的尘穴还是不均齐的茶碗，处处体现着“自然之美”。日本人在造

12、园布石是也是“应石之求，顺石之势”，不愿切割石头，破环其自然之处4。热爱自然、赞美自然和表现自然，成为了日本人文化心理中挥之不去的情结。安藤继承了日本传统文化的精魄所在，在他的作品中展示了自然元素丰富的表现力。正如1995年普利策凯奖的评委们在给与获奖者评价中指出：“安藤忠雄的设计理念与材料的使用连接了国际现代主义与日本美学传统。（他）在追寻自己设定的目标-恢复建筑与自然的统一”。其次，是禅宗思想。禅宗思想对日本民族影响深远。禅宗认为世间处处有禅机，“花开花落，鸟飞叶落”，万物的禅机和佛性等待着人们去体验、去顿悟。日本人的审美情趣中贯穿着禅的思想，人们追求纯净而幽玄的氛围，在这种氛围中，人们可

13、以忘却烦恼，抛开尘世束缚，专注地进行禅悟。安藤是禅学思想很好的诠释者。他赋予混凝土以素雅、洗练、质朴的东方禅意美感，使建筑没有华贵的材料和精巧的装饰仍然耐人寻味。他用单纯而简洁的光，以及清水混凝土墙面的冷灰色色调，营造出一种沉静安宁和寂静的氛围。人在这样一种空间中，情绪会得到纯粹，心灵会得到净化，在精神上的修行也得以提升。安藤是将禅文化与现代主义建筑语言相嫁接的实践者，他使禅对于空间的理解和态度，对于世界的哲学思考超越了民族和地域的界限，最终开花结果。最后，是安藤自身经历与其性格。安藤没有进过大学，也没有受过正规的建筑教育，是通过旅游和其它途径学习建筑。早年对建筑艰难的追寻、求而不得的经历可能

14、促使安藤对建筑工作有着超过他人的热爱和珍惜。安藤对自己的工具倾注着深刻的感情，对创造更是抱着虔诚的态度和宗教般的信念。安藤在建筑精神上执着的追求着自己理想的境界，当拳击手的经历在他的性格中留下了永不服输、屡败屡战的烙印，不会为了作品中标而改变自己的想法去迎合业主。他的作品呈现出了最纯净最打动人的生命力和质感。多余的装饰，在这样的境界中显得无力且不协调。安藤忠雄曾感慨：“当去除了空间中一切装饰和外在的物体之后，我们在其中只能感受到插入黑暗世界的外界光线和自己踏过石板地的声音。正是如此，胜过了任何奢侈的建筑上的表现，创造出内涵无穷的空间。我在此处体验的全部，早已超越了对空间本身的感动，他带给我的是

15、一个崭新的发现，启示了建筑的真谛”。安藤的作品给我最大的感触是他渴望用光营造一种氛围，让参观其作品的人对生命有所反思。或许安藤平日经常思考生命，获得了很多深刻的感悟，所以也希望人们都能常常思考。又或许在他的作品表达的正是他本人独特的精神体验。当然，这只是我的猜测。不过，从他的作品中，我能够感受到这位伟大的建筑家对自然、对生命的敬意。另一方面，我感觉到安藤很想将光用到极致。这种对极致的追求其实只是他建筑理想的一部分。在他执着的追寻着建筑理想的过程中，安藤忠雄上升到一种纯粹和超然的精神境界，他的建筑所呈现的纯粹和超然或许也是安藤精神境界的体现。体味安藤忠雄的作品，我感受到了光所带给我的震撼，只是遗

16、憾没有机会身临其境。闭上眼，我想象着进入安藤的建筑时的情景：周围一片黑暗，突然前方出现了耀眼的十字，立刻感到有种感动的力量在心中流淌，心情变得平静而安宁，耳边仿佛响起了唱诗班的歌声。我仿佛依稀体味到了安藤在万神庙穹顶泄入的天光中所获得的力量。我感动于安藤的作品，更感动于安藤作品所传达的意义。这位光与影的魔术师，和他的作品一样，耐人寻味，震撼人心。安藤忠雄3.当前先进的建筑技术：1) 地源热泵系统：地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转

17、移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。原理：地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，热泵是利用逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，通常都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季把热量从地下土壤中转移到建筑物内部，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内部，只是冬夏两季工作的温度范围不同而已。 制冷模式在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷

18、媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13以下的冷风的形式为房间供冷。 制热模式在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35以上热风的形式向室内供暖。优点： 高效节能，稳定可靠地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳

19、定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%60%，因此要节能和节省运行费用40%50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。 无环境污染地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排。 一机多用地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。 维护费用低地源热泵系统运动部件要比常

20、规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。 使用寿命长地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。要比普通空调高35年使用寿命。 节省空间没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。 实现水资源的循环利用地源

21、热泵热源的形式多样化，无论是干净清澈的地下水，资源量大而无法高效利用的海水，还是生活和工业生产废水，抑或者地表水，都可以高效的加以利用，实现太阳能量的转移。提高了水资源的循环利用率，一度解决了我国污水处理困难和淡水资源匮乏难题。同时避免了可再生资源的消耗，实现可持续绿色环保的发展战略。应用分类： 直接利用地下井水的地源热泵系统其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；符合标准。 地下埋管的地源热泵系统对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用

22、者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。 地表水式热泵其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。 混合型地源热泵系统适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。参考文献：1朱惠雯. 安藤忠雄-诗性的格斗家. 21世纪商业评论J , 2007(05)2王建国 张彤. 国外建筑史丛书-安藤忠雄. 中国建筑工业出版

23、社.19993 尹海鹰,凌陵,李异. 安藤忠雄的用光之道. 建筑论坛与建筑设计J, 2007(02)4滕军. 日本艺术5杨澜. 杨澜访谈录. 北京新星出版社. 20076杨惜春. 气候资源的法律概念及其属性探讨J. 气象与环境学报，2007，23（1）：39-44.7张旭. 热泵技术M. 北京：化学工业出版社，2007.8吴治坚，叶枝全. 新能源和可再生能源的利用M. 北京：机械工业出版社，2006.9于华深. 辽宁省太阳能资源分布及区划初探J. 气象与环境学报，2008，24（2）：18-22.10杨小南，李宇斌. 辽宁省大气污染对人体健康的危害及研究J. 气象与环境学报，2007，23（1

24、）：60-63.11谢艳兵，贾庆宇. 盘锦湿地芦苇群落土壤呼吸作用动态及其影响因子分析J. 气象与环境学报，2006，22（4）：53-58.PS：对建筑物理课程的认识、建议和意见1) 通过形象教学手段，加强对基础知识的理解。a. 建筑物理实验基础知识主要包括三个方面，建筑热工学、建筑光学和建筑声学。教学过程中，建筑内部的热传递与采光计算比较繁琐，可用计算机建模的方法让学生更加形象和具体地理解记忆。比如可利用欧特克公司的“ECOTEC”软件建模，模拟实际出现的不同建筑内部和外部物理环境，然后分析建筑内部的声光热环境，形象又易懂。b. 结合实际工程和项目设计进行说明，而不仅仅是用抽象的数字和公式

25、。讲解到某个概念时，如果能举更多实际的例子，学生会更感兴趣也会更形象地理解。c. 更多的实际测验体会。例如建筑声学上有提到厅堂音质设计方面，有条件的话可以到学校的报告厅等地方测量音质效果，理解混响、混响半径等概念，从而让学生更好地理解厅堂音质的相关理论知识。2) 更加注重与建筑设计的结合当我们学习到一个新的建筑物理知识，我们应该更多地想到运用所学的到建筑实践当中。例如可以让学生自行测量所在专业教室在天然采光和人工光源照射下的光环境，并将计算结果与规范、标准进行比对，以此分析设计中的问题。然后结合计算机建模软件建模，通过改变窗户开洞大小、位置或增减室内灯具个数的手段，模拟室内光环境的变化。虽然这

26、样比较复杂，但是我觉得同学们的兴趣会比现在高，学到的也会更多。3) 改进实验物理是一门实验性很强的学科，需要一定量的实验才能学得更深入。但我们目前实验的课时太少了，而且实验目的性不强，基本上就是随意测量温度、湿度、风速、照度、声音强度等几个物理量然后记录下来。有的时候我们都不知道为什么要测量这些数据，只是照着实验要求来，这样的实验只是为了实验而实验，与实际脱节。比如课程可以设计某些综合性实验，例如要求检测校园声环境质量。同学们可以分组，一部分负责校园旁边的交通干道对学校产生噪声影响的监测，一部分负责不同时段校园内教学活动对校内敏感点的噪声影响，然后汇总数据，各自编写实验报告，并提出我们学校校园规划存在什么问题，是否可以通过某些措施例如加强绿化带设置等改善校园声环境质量的建议和措施。在整个实验过程当中，大家通过团队协作，既提高了动手操作仪器、分析处理实验数据的能力，又提高了查询文献，改良规划的意识。最重要的是我们知道为什么要测量获得那些实验数据。知其然，知其所以然。附录：24班小学方案设计图纸