寒冷地區(qū)農(nóng)村民居熱環(huán)境調(diào)節(jié)策略

朱賽鴻　蘇珊　李爽

摘 要：當(dāng)今社會(huì)越來越關(guān)注環(huán)境和能源問題，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)成了重中之重，熱環(huán)境調(diào)節(jié)是其設(shè)計(jì)重點(diǎn)。本文通過對(duì)農(nóng)村民居建筑現(xiàn)狀調(diào)查，分析了農(nóng)村民居現(xiàn)存的問題及發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)民居建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)手段的研究，總結(jié)了寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅熱環(huán)境“被動(dòng)式”設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞：熱環(huán)境；農(nóng)村地區(qū)；調(diào)節(jié)策略；被動(dòng)式

1 農(nóng)村民居現(xiàn)狀及存在的問題

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，隨之提高的也有農(nóng)村居民對(duì)生活質(zhì)量及生存環(huán)境的要求，但是其中能耗問題是不可忽略的。根據(jù)資料顯示，目前，我國農(nóng)村住宅面積占全國建筑總面積的46.7%，能耗約占建筑總能耗的24.8%。熱舒適差，資源能源浪費(fèi)等問題普遍存在在缺乏節(jié)能環(huán)保意識(shí)的農(nóng)村地區(qū)。

首先，大部分農(nóng)村民居的建設(shè)缺乏科學(xué)規(guī)劃和技術(shù)指導(dǎo)。由于農(nóng)村民居停留在傳統(tǒng)的粗放型建造模式上，沒有經(jīng)過合理規(guī)劃，建筑的建造習(xí)慣一直沿用傳統(tǒng)的方式，沒有技術(shù)含量，導(dǎo)致占地面積大且零散分布，浪費(fèi)了大量土地資源。

最后，在缺乏節(jié)能環(huán)保意識(shí)，受經(jīng)濟(jì)條件制約的農(nóng)村對(duì)可再生能源的應(yīng)用處于初級(jí)的階段，可再生資源沒有得到充分的利用。此外，農(nóng)村存在大拆大建現(xiàn)象，進(jìn)一步增加了資源能源的浪費(fèi)。

2 農(nóng)村民居建筑發(fā)展趨勢(shì)

近年，人們比較集中研究民居建筑熱環(huán)境技術(shù)設(shè)計(jì)檢測(cè)上，集中在不同地域條件下如何實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)民居的綠色可持續(xù)發(fā)展的問題上。本文重點(diǎn)是民居建筑熱環(huán)境如何進(jìn)行“被動(dòng)式”設(shè)計(jì)。

為了營造室內(nèi)熱環(huán)境不同區(qū)域內(nèi)的民居建筑各有獨(dú)特的設(shè)計(jì)手法。運(yùn)用“被動(dòng)式”建筑設(shè)計(jì)方式，選擇本地適宜的建筑材料，合理的組織空間布局，充分運(yùn)用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源能源，建造出適合當(dāng)?shù)貧夂蛱厣拿窬印?/p>

在綠色環(huán)保節(jié)能方面，被動(dòng)式調(diào)節(jié)方式比主動(dòng)式調(diào)節(jié)方式有著的明顯環(huán)境優(yōu)勢(shì)，但被動(dòng)調(diào)節(jié)方式存在室溫波動(dòng)較大、調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確程度無法精確等缺點(diǎn)。針對(duì)這些問題，通過被動(dòng)技術(shù)加以改造和完善，室內(nèi)舒適度是可以滿足居民需求的。本文重點(diǎn)研究民居建筑熱環(huán)境如何進(jìn)行“被動(dòng)式”設(shè)計(jì)的問題。

3 民居建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)手段

3.1 自然通風(fēng)與建筑氣密性

風(fēng)壓通風(fēng)：比如穿堂風(fēng)就是運(yùn)用風(fēng)壓作用的自然通風(fēng)手段。房間的迎洞口進(jìn)風(fēng)、背風(fēng)洞口排風(fēng)產(chǎn)生自然通風(fēng)，強(qiáng)度主要與室外風(fēng)速、通風(fēng)口的朝向等因素有關(guān)。

熱壓通風(fēng)：很多傳統(tǒng)民居都運(yùn)用天井來增強(qiáng)通風(fēng)。由房間的下部洞口進(jìn)風(fēng)、上部洞口排風(fēng)形成的自然通風(fēng)，強(qiáng)度主要與室內(nèi)外溫差、室內(nèi)余熱量、上下通風(fēng)口高差有關(guān)。

冬季，減少室內(nèi)熱量流向室外是建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)的主要方法，而冷風(fēng)滲透和門窗開啟通風(fēng)造成房間溫度降低，熱量損耗。因此，在北方寒冷地區(qū)為了減少能耗損失主要通過增加維護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性，降低自然通風(fēng)量等手段。

在民居建筑成長過程中，對(duì)應(yīng)不同地域的氣候特征，形成的通風(fēng)手段也各具特色。南方，民居院落的圍護(hù)結(jié)構(gòu)普遍通透，門窗寬大，如干欄式民居、雅安民居、麗江民居和江浙民居等，夏季開啟門窗，利用穿堂風(fēng)進(jìn)行室內(nèi)外熱量傳遞，熱量從室內(nèi)向室外流動(dòng)。北方寒冷地區(qū)的傳統(tǒng)民居院落多封閉四周圍合，門窗面積小，增加房間的密閉性，如藏族碉房和甘肅、青海、新疆等地的土坯房，冬季運(yùn)用增加門窗的氣密性減少室內(nèi)熱量的散失。

干欄式民居以竹、木為支撐結(jié)構(gòu)，建成下層架空的閣樓，建筑四周通透，各個(gè)方向都可以形成自然通風(fēng)。

雅安民居和麗江民居利用熱壓形成的自然通風(fēng)原理，房門高大，上設(shè)通風(fēng)椋，頂部建有通風(fēng)閣樓。

江浙、皖南傳統(tǒng)民居多依水而建，不封閉，開窗面積多并設(shè)有閣樓，同樣運(yùn)用熱壓作用將水面上的冷空氣引入室內(nèi)，增加空氣流動(dòng)使室內(nèi)溫度降低。

北京、山西、陜西關(guān)中等地的四合院民居院落封閉，是由建筑四面圍合而成，院落內(nèi)部形成穩(wěn)定的氣流，并且內(nèi)外維護(hù)結(jié)構(gòu)的開窗面積及尺寸不同，減少了風(fēng)壓作用，降低室內(nèi)能耗的損失。

藏族碉房院落的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)多為石墻，減少冷風(fēng)入侵；房間低矮平整，降低受風(fēng)面積，外墻很少開窗或開窗面積小，或減少冷風(fēng)入侵導(dǎo)致室內(nèi)溫度降低。甘肅、青海和新疆等地的土坯房與藏族碉房相似，圍護(hù)結(jié)構(gòu)由土坯建成，有些外窗為雙層窗。

3.2 建筑遮陽與太陽能利用

陽光通過窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)造成室內(nèi)溫度過高。所以，遮陽是防熱最直接而有效的辦法。民居建筑常見的遮陽措施如下表。

冬季，北方室外溫度低，由于熱傳遞作用導(dǎo)致室內(nèi)熱量流失從而造成房間溫度下降，所以北方地區(qū)民居盡可能充分利用太陽能源。利用措施：通過調(diào)整建筑的朝向，增加接受太陽輻射的圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積；在陽面外墻上設(shè)置面積較大的外窗，陰面不設(shè)外窗或減小窗戶面積；為減少對(duì)太陽輻射的遮擋盡可能地調(diào)整屋檐的出挑尺度等。

南方民居建筑的屋檐一般都挑出比較長，減少太陽輻射造成的室內(nèi)溫度過高。當(dāng)屋檐出挑長度增加到一定尺度形成緩沖過渡空間，遮陽效果更加明顯，室內(nèi)熱環(huán)境受到外部環(huán)境的影響明顯減少。

某地域的傳統(tǒng)外窗上設(shè)置支撐式遮陽板和平開式遮陽外扇，夏天正午撐起遮陽板，形成水平遮陽；當(dāng)平開式外扇打開時(shí)起到垂直遮陽的作用。冬季夜間，為了提高房間的保溫性能，降低熱量散失，此時(shí)遮陽板和遮陽外扇關(guān)閉形成雙層外窗。

居民在院內(nèi)種植花草樹木。夏季植物枝葉既可以對(duì)太陽輻射形成遮擋，又可以運(yùn)用自身的蒸騰作用在院內(nèi)形成了小型的微氣候環(huán)境。在北方冬季，植物葉子落下只剩枝杈減少對(duì)太陽輻射的遮擋，有利于建筑接受太陽輻射。

南方地區(qū)的傳統(tǒng)民居中，為了降低傳入室內(nèi)的熱量，通風(fēng)屋頂多為閣樓形式，通風(fēng)屋頂?shù)捻斆嫖仗栞椛錈幔L(fēng)間層通過自然通風(fēng)形成的氣流帶走頂面吸收傳遞下來的熱量，大大降低了傳入室內(nèi)的熱量。

南方地區(qū)的院落尺度較小，建筑物高度相對(duì)較高，所以形成具有地域特色的空間?——天井，由于天井尺度小，所以建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)因?yàn)樗闹芙ㄖ南嗷フ趽跏艿教栔鄙渥饔煤苄。刃纬闪司彌_空間又減少了太陽輻射。

3.3 維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱

南方地區(qū)，為了改善傳統(tǒng)民居建筑的室內(nèi)環(huán)境舒適度，就要降低太陽輻射熱的吸收，所以需要提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面換熱系數(shù)。北方地區(qū)，室內(nèi)溫度比室外高，熱量由室內(nèi)向室外流失，所以通過增加外表面的太陽輻射吸熱系數(shù)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量由內(nèi)向外散失。

增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱熱阻能有效地降低室內(nèi)外的傳熱量，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，可以保持室內(nèi)的熱環(huán)境相對(duì)的穩(wěn)定，降低其受室外環(huán)境波動(dòng)的影響。

南方民居建筑為有利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱，可增加坡屋頂?shù)谋砻鎿Q熱面積，前提是不增大太陽輻射接受面積。干熱地區(qū)和寒冷地區(qū)都普遍采用厚重的具有良好蓄熱能力或者導(dǎo)熱性能差的材料作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，室內(nèi)熱環(huán)境不會(huì)受到室外環(huán)境變化而產(chǎn)生較大的影響。

3.4 被動(dòng)蒸發(fā)降溫

在炎熱地區(qū)，水蒸發(fā)吸收周圍的熱量，因此，液態(tài)水氣化可以降低周圍空氣的溫度。在南方多雨、多水的地區(qū)，傳統(tǒng)民居建筑運(yùn)用被動(dòng)蒸發(fā)作用調(diào)節(jié)建筑熱環(huán)境。因此，在南方許多民居依水而建，或在住宅旁、院落內(nèi)人工創(chuàng)造水體。在炎熱季節(jié)，水體蒸發(fā)需要熱量，所以周圍空氣溫度降低，建筑周圍的環(huán)境溫度也隨之降低，所以室內(nèi)環(huán)境溫度得到了有效的調(diào)節(jié)，溫度不會(huì)過高。

4 寒冷地區(qū)農(nóng)村熱環(huán)境調(diào)節(jié)手段

4.1 冬季保溫策略

減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積；采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料需保溫性能良好；建筑朝向多坐北朝南，增大接受太陽輻射的面積；在朝陽面的外墻上設(shè)置大面積的外窗，背陽面不設(shè)外窗或減小窗戶面積，增加窗戶之間的距離；提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性。

4.2 夏季隔熱策略

建筑周圍多種植綠化，并且需要有高有低，達(dá)到降溫的目的；運(yùn)用建筑外檐出挑的方式遮陽或者加建陽光間；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑材料要隔熱性能良好；注意建筑朝向與主導(dǎo)風(fēng)向的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 江億.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2014[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：25-26.

[2] 張繼良.傳統(tǒng)民居建筑熱過程研究[D].西安建筑科技大學(xué)博士論文，2006.

[3] 夏偉.被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的適用性研究[J].建筑學(xué)報(bào)，2009（S1）：9-11.

[4] 石峰，王紹森.被動(dòng)式建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)策略分析[J].新建筑，2014（01）.

[5] 郝瑞生.中國傳統(tǒng)古建筑對(duì)北方寒冷地區(qū)氣候適應(yīng)性探究[J].建筑技藝，2014（06）.

作者簡介：朱賽鴻（1962—），男，河北承德人，博士，教授，研究方向：綠色建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)，太陽能建筑與低能耗建筑等。

蘇珊（1990—），女，河北邢臺(tái)人，碩士，研究方向：綠色建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)，太陽能建筑等。

李爽（1988—），男，黑龍江人，碩士，研究方向：綠色建筑，BIM等。