新疆大学 830047
摘要：吐鲁番地区气候冬季寒冷夏季酷热，空气及其干燥。随着经济发展，吐鲁番地区建筑建设工程日益活跃，但出现了许多不适合当地气候的建筑，建筑冷热负荷过，能耗增加，极不节能。本文从吐鲁番的气候特点出发，探讨适合当地特殊气候的建筑设计策略，并将之合理组合运用，试图找出适合吐鲁番当地气候的设计手段，使建筑设计顺应本土气候，为当地的居民创造较舒适的居住环境。
关键词：吐鲁番；特殊气候；地域建筑；设计策略；
0 前言
吐鲁番位于新疆维吾尔自治区中东部，天山支脉博格达峰南麓，吐鲁番盆地中部。地势北高南低中间凹，火焰山自西而东横贯盆地中部，山前是戈壁、中部是低洼平原，南部山丘、戈壁、荒漠三种类型兼有，属典型温带大陆性气候，全年干燥少雨，太阳辐射强，夏季酷热，冬季寒冷。夏季日最高气温高于35℃的炎热日年均100天以上，高于40℃的酷热日年均35-40天，最高气温达到过49.6℃，地表温度达到过89.2℃，素有“火洲”之称；冬季过于寒冷，最低温度可达-28℃；全年极少雨水，年降水量仅360mm；风向多为北偏东或西北偏西，平均风速1.7m/s，风口最大达7~8级，百里风可达10级，而吐鲁番正处于沙漠中，刮大风往往是沙尘暴。
1 现有建筑存在的问题
随着经济的发展，吐鲁番地区建筑建设工程日益活跃。大多数建筑工程在设计和施工阶段只解决业主要求的使用功能，过于追求现代造型，忽略了建筑与气候结合的问题，建筑冷热负荷过大，建筑能耗增加。
（1）大量采用玻璃幕墙，而不考虑幕墙的朝向；
（2）夏季南向和西向室内过热，加大空调能耗；
（3）大面积玻璃幕墙在冬季散热量大，加大采暖能耗；
（4）吐鲁番地区属于多风地带，玻璃幕墙易老化或损坏，产生安全隐患；
（5）建筑外窗无遮阳措施，进入室内的太阳辐射增加，导致夏季室内热舒适环境低，冬季采暖能耗增加；
（6）建筑室内采光质量差，室内光舒适环境不理想；
2 气候适应性设计策略
因吐鲁番地区气候特殊，建筑师需要解决的问题也复杂。为了使建筑适应当地气候，需要解决保温、隔热、防风沙等问题。而这些问题在设计过程中往往会相互矛盾，因此需要通过合理的设计手法来协调解决各种问题。
2.1 自然通风的应用
自然通风能够创造良好的室内热舒适环境，且自然通风带来的热舒适度优于空调带来的热舒适度。吐鲁番地区夏季因太阳辐射强烈并空气极其干燥，使得建筑南北向空气和外墙外表面温度差距大，最高可达10度；这种特殊条件提供了夏季可利用的通风能源，即把北向凉爽的空气引导室内形成诱导通风；降低室内空气温度；提高舒适度；减少建筑的冷负荷。
诱导通风的方式有两种：
（1）直接采用南北向的窗户形成自然通风。此种形式适合南北向板楼形式的建筑。即在设计时采用南北向 通透的室内空间形式，以便于室内气流通畅。但这种气流在室内易形成回流，南向窗户顶部会出现逆流并把南向热空气引入室内，影响降温效果（如图1）。解决办法为：在南向窗户的洞口（窗扇）尽量设在顶部，并缩小洞口面积；北向的洞口（窗扇）设在底部；可有效地减少热空气回流进入室内，增加室内风速，提高房间舒适度【1】。
图1某建筑热压差自然通风气流分析图
（2）专设通风道。即在南向设子母风道。将每一层的室内热空气通过子风道引入到母风道；母风道顶部设置烟囱；通过烟囱效应，热空气上升原理来实现排除室内热空气。这种形式中室内子风道通风口设在顶部时风速最大，效果最好【2】。
（3）通过中庭改善室内空气。体形大并功能复杂的建筑可以采用中庭来提高建筑内部空气的舒适度。建筑各功能空间以中庭为中心布置。建筑底层北向留通风通道直接通往中庭；中庭顶部设置玻璃顶和通风口；中庭和各房间之间的隔墙设通风口。夏季开启底层北向通风通道和中庭顶部通风口，太阳辐射加热玻璃顶内的空气，形成烟囱效应；热气上升并从通风口排除室外，形成气流将建筑北面的凉爽空气引入中庭；周围各房间关闭外窗，通过中庭和房间之间的隔墙上的通风口换气，达到室内降温的效果。为了便于控制风速、风量和方向，顶部通风口设置辅助通风风机盘管。冬季太阳短波辐射透过中庭玻璃顶，形成温室效应，加高中庭空气温度，达到节约采暖能耗的目的。
（4）减少窗户面积。吐鲁番地区传统建筑外墙一般都是大面积实体墙，很少开窗或开设小窗，而不考虑充分的采光。基于当地的特殊气候，隔热问题往往重于采光问题。因此设计时应外墙尽量少开设大窗，多采用小窗或条形窗。以达到夏季隔热冬季保温的目的。
2.2自然光的应用
（1）窗户遮阳构件的设计。开大窗时要充分考虑遮阳构件的利用。遮阳构件应按窗户的朝向来选择；南向窗户宜采用水平遮阳挑板、水平百叶遮阳等形式；东西向窗户宜选用垂直遮阳挑板、垂直遮阳百叶等形式。遮阳构件在夏季天气酷热日期正午时要完全遮挡照射窗户的阳光；冬季正午则需要让阳光完全照射到窗户上。因此需要通过模拟软或几何算法来找出最佳遮阳构件尺寸。比如，本文通过Sketchup软件模拟，得到高宽为1.5m*1.8m的南向窗户最佳的水平遮阳挑板尺寸，即挑出长度为0.8m，遮阳板离窗顶的距离为0.4m。
（2）自然遮阳。吐鲁番四级分明，适合种植落叶树。在建筑东向、南向和西向种植落叶乔木，避免东、南、西向窗户的暴晒，有助于墙表面温度的降低，起到隔热作用；冬季落叶树落叶，大部分阳光会透过树枝之间，保证窗户上有充足的日照；吐鲁番的气候适合葡萄的生长，可在建筑南向和西向建葡萄架，形成自然景观，实现农产和建筑遮阳的双重效率。
（3）假幕墙。如需要采用玻璃幕墙来达到美观要求，可以采用假幕墙的形式。这样可以同时满足现代、美观、保温和隔热等多个要求。也可将玻璃换成光伏板；吐鲁番充足的日照条件会使光伏发电板的效率得到充分发挥，且光伏板可以做出奇特的装饰效果。
（4）增加绿化空间，改善建筑微气候。相关研究数据表示，建筑西墙外表面温度在垂直方向温差较大；最大可达2度以上；一层外墙外表面温度最高；主要是因为受到周围地面的长波辐射【3】。草坪的表面温度低于水泥路面的表面温度越8-10度，因此在南墙和西墙附近种草夏季可以降低建筑墙表面的温度。草坪植物种类也要适合吐鲁番的干热气候。树阴下的空气温度比阳光直射出的空气温度低月3-5度，因此建筑周围种树，增加绿化可以改善周围的空气质量并降温。
3 结语
适应气候就是吐鲁番地区建筑应有的特色。本文的目的在于根据吐鲁番的气候状况，处理建筑夏季隔热、冬季保温、通风、防风沙等问题；在各个问题之间找到一个平衡点，已达到室内的能耗最低，舒适度最高的目的。为以后吐鲁番建筑的设计手法提供一些借鉴性的思路，而不是盲目追求现代化造型，使得建筑失去应有的特色。
参考文献：
【1】杨妩姗.新疆气候条件下的建筑节能措施运用研究.新疆大学硕士论文.2008.
【2】阿迪力江•赛买提，王万江.CFD在夏季室内自然通风中的应用.低温建筑技术.2012-6.
【3】林波荣，李晓锋，朱颖心.太阳辐射下建筑外微气候的实验研究.太阳能学报.2001-7.
【4】夏云，夏葵，施燕.生态与可持续建筑.中国建筑工业出版社.2010.10.
论文作者:斯依提艾力•艾麦提,张亚茹
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第10期
论文发表时间:2018/11/27
标签：吐鲁番论文; 建筑论文; 气候论文; 中庭论文; 遮阳论文; 室内论文; 南向论文; 《建筑细部》2018年第10期论文;