山西村鎮(zhèn)住宅整體性節(jié)能技術(shù)分析

溫 曉 英

(太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

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山西村鎮(zhèn)住宅整體性節(jié)能技術(shù)分析

溫 曉 英

(太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

基于山西地區(qū)的氣候條件，闡述了該地區(qū)村鎮(zhèn)住宅的建筑節(jié)能要求與節(jié)能現(xiàn)狀，并分析了山西寒冷地區(qū)住宅的選址、朝向及體型設(shè)計(jì)方式，以提高山西村鎮(zhèn)住宅的節(jié)能特性，降低建筑能耗，改善村鎮(zhèn)居民的居住環(huán)境。

村鎮(zhèn)住宅，整體性，節(jié)能技術(shù)，氣候條件

1 概述

我國(guó)正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鄉(xiāng)面貌變化巨大。對(duì)于人們所面對(duì)的飛速發(fā)展的村鎮(zhèn)建房與無(wú)限膨脹的資源、能源消耗等問(wèn)題，必須給予高度的重視[1]。先富的一批村鎮(zhèn)居民強(qiáng)烈渴望更高的生活質(zhì)量，非常重視住宅內(nèi)外部環(huán)境的改善，享受更佳的居住舒適度[2]。肖忠玉[3]在其研究中指出，我國(guó)絕大多數(shù)的村鎮(zhèn)居民依舊保持著千百年間形成的生活習(xí)慣，基礎(chǔ)設(shè)施十分落后，居民房設(shè)計(jì)和建設(shè)技術(shù)極其不先進(jìn)，如果要實(shí)現(xiàn)城市居民級(jí)別的舒適度，必須消耗更多的能源，村鎮(zhèn)居民房存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象；村鎮(zhèn)建筑節(jié)能技術(shù)指的是從房屋和其所處的環(huán)境兩個(gè)角度評(píng)價(jià)房屋的節(jié)能性，從場(chǎng)地選擇、體型控制技術(shù)方面著手，是決定房屋和環(huán)境能量往來(lái)關(guān)系的重要因素。然而，盡管政府早已建立了村鎮(zhèn)居民房節(jié)能規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，村鎮(zhèn)居民房節(jié)能政策力度雖然很大，但由于村民自建房屋的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際執(zhí)行效果基本上還是很欠缺。

節(jié)能建筑經(jīng)常應(yīng)用到的技術(shù)有很多，主要是針對(duì)整體設(shè)計(jì)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能保溫、照明系統(tǒng)、綠色能源應(yīng)用等方面。建筑節(jié)能是村鎮(zhèn)建筑發(fā)展的主要方向之一，但在朝著這一方向前進(jìn)的過(guò)程中，我們不能忽視經(jīng)濟(jì)投入，尤其是對(duì)村鎮(zhèn)住宅而言，更應(yīng)該重視經(jīng)濟(jì)因素。因此從住宅整體設(shè)計(jì)上來(lái)考慮村鎮(zhèn)節(jié)能技術(shù)是目前較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。

2 整體性設(shè)計(jì)——場(chǎng)地控制

村鎮(zhèn)住宅建筑基地的方位、風(fēng)向和風(fēng)速等區(qū)域氣候條件從客觀上影響住宅節(jié)能的效果，而區(qū)位因素比如土壤結(jié)構(gòu)、綠化、水體等，都會(huì)給村鎮(zhèn)居民房節(jié)能表現(xiàn)造成一定的影響。在建筑選址方面，必須從科學(xué)的角度思考建筑節(jié)能問(wèn)題，綜合建筑附近資源和環(huán)境條件考量，最好選擇能夠形成提高建筑節(jié)能性的局地氣候的地方。除了選址之外，村鎮(zhèn)居民房的布置同樣不能忽視當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)。以山西村鎮(zhèn)住宅寒冷地區(qū)為例，在設(shè)計(jì)房屋選址、朝向時(shí)，盡量讓房屋在冬季獲取充足的陽(yáng)光，同時(shí)達(dá)到防風(fēng)的效果，而在夏季可以充分利用自然風(fēng)調(diào)節(jié)室溫。

其次盡量選擇海拔相對(duì)較高、地下水位低、光照充足的地方，切忌選擇存在安全隱患的地帶，比如曾經(jīng)發(fā)生過(guò)各種自然災(zāi)害、土壤曾經(jīng)嚴(yán)重污染的地帶。村民自建房屋時(shí)，盡量選擇平坦開闊的地段，盡量減少土石方的開挖填埋量。

村鎮(zhèn)住宅建設(shè)在有一定傾斜角的地面上時(shí)，房屋布置方式對(duì)其節(jié)能性能的影響更為突出，坡向以及地面傾斜角度會(huì)直接影響到光照和通風(fēng)條件。村鎮(zhèn)居民房坡向朝南時(shí)，在冬季房屋能夠得到更加充足的光照，而且村鎮(zhèn)居民房容積率也會(huì)因此而提高(見圖1)，這對(duì)節(jié)約土地資源來(lái)說(shuō)非常重要。夏季主導(dǎo)風(fēng)向應(yīng)該與村鎮(zhèn)規(guī)劃布局中基地的坡向方向一致(控制在60°范圍之內(nèi))，對(duì)夏季的自然通風(fēng)降溫能起到很好的效果，如果建筑用地環(huán)境的坡向?yàn)楸毕蚧蚓啾毕蛟?0°范圍之內(nèi)，基地內(nèi)建筑布局宜以點(diǎn)式為主，可以減少村鎮(zhèn)住宅之間對(duì)其北面建筑的日照遮擋[5]。坡地選址可分為在山頂、山腰、山腳三種情況。從日照、防排水、村鎮(zhèn)之間的交通等條件考慮，最佳的房屋建筑用地是朝陽(yáng)、近水的山腰地帶。如果選擇在山頂建設(shè)房屋，盡管夏季通風(fēng)效果極佳，但同時(shí)在冬季也會(huì)受到冷風(fēng)的不利影響。

寒冷地區(qū)農(nóng)村住房選擇朝向時(shí)應(yīng)主要考慮以下兩個(gè)方面：1)村鎮(zhèn)建筑群的規(guī)劃設(shè)計(jì)，單體建筑平面、立面設(shè)計(jì)和門窗的設(shè)置應(yīng)保證在冬季有效的利用日照，并且避開冬季主要的風(fēng)向，風(fēng)向是決定冬季房屋保暖、夏季房屋通風(fēng)的關(guān)鍵因素。2)在北方寒冷地區(qū)建設(shè)村鎮(zhèn)房屋時(shí)，從房屋冬季保暖方面考慮，在布置功能房間時(shí)，盡量避開主要風(fēng)向，從而起到節(jié)能、保護(hù)房屋舒適度的效果。以太原市為例，該地區(qū)冬季主要為北風(fēng)、西北風(fēng)，為了提高房屋防寒性，最好選擇南偏東至東的朝向。

村鎮(zhèn)住宅周圍的小環(huán)境也可以改善環(huán)境的小氣候，比如設(shè)置大面積的綠化、水體以及景觀花園；已有研究表明：地表材料不同，對(duì)光、熱輻射的反射率亦不同，水分的平衡、蒸發(fā)亦受到影響。房屋附近綠化在夏季能夠起到降溫、提高濕度的作用。現(xiàn)有的理論研究成果顯示，綠化面積提高10%，晝、夜氣溫降幅最高分別為2.6 ℃和2.8 ℃；綠化面積為50%時(shí)，環(huán)境溫度降幅達(dá)到13 ℃[6]。村鎮(zhèn)建筑受場(chǎng)地布局的局限較小，能夠用于綠化種植的面積比城市更大，采用這種性價(jià)比極高的節(jié)能方法，發(fā)揮環(huán)境的優(yōu)勢(shì)性作用，由此產(chǎn)生的節(jié)能效果更加理想，為實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能目標(biāo)奠定更加扎實(shí)的基礎(chǔ)。另外，要提高村鎮(zhèn)居民房夏季的通風(fēng)效果，可以利用居民房及其附近的房屋和綠化在溫度變化速率方面有所不同而造成的局地風(fēng)，從而降低房屋能源消耗。而且，植物、水體能夠降低空氣中粉塵量，在凈化空氣的同時(shí)提高了空氣透明度，增強(qiáng)了光照效果和強(qiáng)度，對(duì)提高房屋舒適度來(lái)說(shuō)是很有幫助的。在房屋附近建設(shè)水塘，有助于減緩周圍溫度變化速率，縮小溫度波動(dòng)范圍，而且還能形成局地風(fēng)，夏季給人感覺(jué)更加涼爽。

房屋的造型、高度、風(fēng)朝向、進(jìn)深，以及房屋群體的排列方式，都會(huì)影響到房屋所處區(qū)域環(huán)境中的氣流狀況，而氣流是決定房屋熱環(huán)境的關(guān)鍵因素。所以，在進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)和建造時(shí)，要充分利用氣流規(guī)律，對(duì)降低房屋溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)耗能來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。

3 整體性設(shè)計(jì)——體型控制

根據(jù)寒冷地區(qū)的區(qū)域氣候特征，村鎮(zhèn)住宅設(shè)計(jì)和建造的首要考慮因素即為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，確保房屋在冬季的保暖性和夏季的隔熱性；采用更小的體型系數(shù)，合理設(shè)計(jì)窗墻比、提高外墻和屋頂及外窗的保溫性能，并且盡最大可能利用太陽(yáng)能。減小體型系數(shù)可以有效降低舒適空間的平均成本。圍護(hù)結(jié)構(gòu)是與其所處環(huán)境展開能量往來(lái)的介質(zhì)。在房屋體積相同的情況下，房屋能量損失和其外表面積之間成正相關(guān)關(guān)系。房屋體型系數(shù)為其外表面積和體積的比值，即K=A/V，這一系數(shù)是衡量房屋熱工性能的關(guān)鍵指標(biāo)。將房屋的K值控制在更低范圍內(nèi)，平、立面不宜出現(xiàn)過(guò)多的凹凸面，可以有效降低冬季能耗；研究成果顯示，房屋外表面積和能耗之間存在正比例關(guān)系，在建筑體積擴(kuò)大時(shí)，較小的能耗增量即可獲得舒適空間增量[7]。

山西寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)住宅形式一般都是以獨(dú)立的戶為單位，受木結(jié)構(gòu)支撐體系的限值，以3間、5間、7間等基數(shù)開間為主，1層為主，建筑面積在60 m2～140 m2之間，較大的體型系數(shù)對(duì)建筑的節(jié)能不利。如果把村鎮(zhèn)住宅規(guī)劃為2層，每戶2開間，聯(lián)排布局，統(tǒng)一建造，體型系數(shù)減小。從房屋資源條件和成本兩個(gè)方面綜合而言，國(guó)內(nèi)村鎮(zhèn)居民房最好采取多層合式住宅形式。所以，在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)條件基礎(chǔ)上，建設(shè)多層住宅可以節(jié)約能源，同時(shí)節(jié)約土地。

對(duì)平面功能進(jìn)行合理分區(qū)。將起居室、臥室熱環(huán)境要求相近的房間，布置于南向區(qū)域，以保證冬季室溫；將次要房間安排在房屋北側(cè)，盡量縮小朝北面窗戶面積，合理設(shè)計(jì)東西面窗墻比以及窗戶大小，使能源得到充分利用，可在院內(nèi)布置輔助房間，布置成院落形式，形成氣候的緩沖區(qū)。

總體而言，場(chǎng)地的選擇以及體型設(shè)計(jì)，是決定房屋能夠在多大程度上發(fā)揮氣候、環(huán)境、資源優(yōu)勢(shì)作用，房屋能否通過(guò)調(diào)節(jié)微氣候?qū)崿F(xiàn)降低能耗目的的關(guān)鍵因素。

[1] 揚(yáng)子江.村鎮(zhèn)住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].可再生能源，2003(5):21-23.

[2] 王 媛.夏季自然通風(fēng)對(duì)運(yùn)城地區(qū)農(nóng)宅室內(nèi)熱環(huán)境的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D].太原：太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010:2-3.

[3] 肖忠玉.北方寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)住宅節(jié)能技術(shù)適宜度評(píng)價(jià)研究[J].城市，2008(3):3-5.

[4] 林 濤.夏熱冬冷地區(qū)城市住宅節(jié)能整體設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)博碩論文，2006：11-13.

[5] 任國(guó)輝.寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)住宅節(jié)能技術(shù)研究[D].天津：天津大學(xué)博碩論文，2011:27-30.

[6] 王金寨.淺談住宅綠地對(duì)緩解城市熱島效應(yīng)的作用[J].林業(yè)科技情報(bào)，2010(42):91-93.

[7] 何南溪.探討如何使建筑與外界環(huán)境統(tǒng)一的設(shè)計(jì)[J].四川建材，2007(5)：72-74.

Appropriate technology of energy-saving for the rural residence in Shanxi Province

Wen Xiaoying

(CollegeofBuilding&CivilEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Combined with the climatic condition of chill regions in Shanxi， the current requirements and energy saving in building the rural residence is described in the chill region of Shanxi． In the view of the residential location， type design, the application of some relevant building energy-saving technology is introduced especially for the chill region of Shanxi， in order to improve the performance of energy saving of the rural residence in Shanxi， so that to reduce the building energy consumption and to improve the living condition for the rural residents．

rural residence, integrality, energy-saving technology， climatic condition

1009-6825(2016)30-0185-02

2016-08-15

溫曉英(1976- )，女，工程師

TU201.5

A