藏族傳統(tǒng)民居透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

陶光炎+++李?yuàn)檴?++楊靜+++邵健飛

摘 要：通過對(duì)四川阿壩州藏族傳統(tǒng)民居的調(diào)研表明，其冬季室內(nèi)舒適度不佳。考慮到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，文章在不增加主動(dòng)式調(diào)節(jié)設(shè)備的情況下，充分利用當(dāng)?shù)靥栞椛浯蟆⑷照諘r(shí)間長(zhǎng)的氣候特點(diǎn)對(duì)阿壩州藏族傳統(tǒng)民居透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。文章的優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于Ecotect Analysis軟件開展的，首先對(duì)軟件的計(jì)算準(zhǔn)確性進(jìn)行了評(píng)估，證明其可用于該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，其次基于Ecotect Analysis 軟件對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后室內(nèi)熱環(huán)境和光環(huán)境進(jìn)行了分析，表明優(yōu)化后的民居舒適性顯著提升。所采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于改造、經(jīng)濟(jì)造價(jià)低，具有在藏族地區(qū)推廣的高可行性。

關(guān)鍵詞：藏族傳統(tǒng)民居；Ecotect Analysis 軟件；透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)

前言

四川阿壩藏族羌族自治州，簡(jiǎn)稱阿壩州，是四川省的一個(gè)自治州，位于四川省西北部，與青海省、甘肅省交界。當(dāng)?shù)貧夂驈?fù)雜，以高山氣候?yàn)橹鳎栞椛鋸?qiáng)度大、日照時(shí)間長(zhǎng)，冬季嚴(yán)寒。通過對(duì)阿壩州藏族民居的調(diào)研表明，冬季透過窗戶的冷風(fēng)滲透量和熱損失較大，房屋的設(shè)計(jì)沒有考慮對(duì)當(dāng)?shù)爻渥闾栞椛涞睦茫瑑H依靠電爐和煤爐采暖，室內(nèi)舒適度不佳。考慮到藏族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，本文擬不增加主動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，通過對(duì)于窗、陽光房等透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)去改善室內(nèi)舒適性，并力求經(jīng)濟(jì)成本低、改造簡(jiǎn)單易行，適宜阿壩州藏族傳統(tǒng)民居使用。

1 Ecotect Analysis軟件準(zhǔn)確度評(píng)估

本文對(duì)于阿壩州藏族傳統(tǒng)民居透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于Ecotect Analysis軟件開展的，在數(shù)值模擬之前，首先對(duì)于Ecotect Analysis軟件在采光和熱輻射計(jì)算方面的準(zhǔn)確度進(jìn)行了評(píng)估。

實(shí)驗(yàn)以大連民族大學(xué)土木樓某辦公室作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)點(diǎn)布置詳見圖1，利用照度計(jì)和太陽輻射表對(duì)各測(cè)點(diǎn)的照度值和太陽輻射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，其中太陽輻射強(qiáng)度為1小時(shí)內(nèi)的累積輻射強(qiáng)度。表1和2為各測(cè)點(diǎn)照度與太陽輻射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較，可見，Ecotect Analysis軟件照度模擬值與實(shí)驗(yàn)值偏差在25%以內(nèi)，采光計(jì)算準(zhǔn)確度較高。測(cè)點(diǎn)4-9的太陽輻射強(qiáng)度模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，而測(cè)點(diǎn)1-3太陽輻射強(qiáng)度模擬值與實(shí)驗(yàn)值差異較大，測(cè)點(diǎn)1-3與窗的距離最遠(yuǎn)，太陽輻射強(qiáng)度相對(duì)較低，因此雖然其計(jì)算值偏小，但對(duì)于整個(gè)房間總的太陽輻射強(qiáng)度影響較小，因此可利用Ecotect Analysis軟件進(jìn)行太陽輻射計(jì)算。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

本文基于所測(cè)繪的藏族民居實(shí)際尺寸及構(gòu)造建模，在實(shí)際房屋的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新設(shè)計(jì)。該藏族民居共三層，首層為客廳、廚房及儲(chǔ)物室，二層為三個(gè)臥室及儲(chǔ)物間，三層為藏經(jīng)堂及熟食加工間，屋頂為大面積平臺(tái)，詳細(xì)布局見圖2。藏族民居墻體是由當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的石材搭建的，透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用單層玻璃，詳見圖3和4。

將模型帶入Ecotect Analysis軟件中進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境及天然采光光環(huán)境的模擬，當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)采用阿壩州州府馬爾康氣象數(shù)據(jù)。對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)包括：最冷日太陽輻射量及最冷月不舒適度分析，光環(huán)境的評(píng)價(jià)為天然采光下房間不同位置的照度值分布。擬通過改造透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到在冬季能充分利用太陽輻射改善室內(nèi)熱舒適性，同時(shí)要求在夏季室內(nèi)不能過熱，并且能夠提高冬、夏季天然采光效果，減少主動(dòng)式采暖及人工照明的能源消耗。

2.1 優(yōu)化方案介紹

根據(jù)現(xiàn)有建筑室內(nèi)采光及熱環(huán)境的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)考慮，提出了如下的優(yōu)化方案（詳見圖5）：

（1）西側(cè)朝南向和二樓朝東向的三扇窗改為雙層玻璃，以減少冷風(fēng)滲透和導(dǎo)熱損失。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)利用二樓1200mm的陽臺(tái)，在一、二樓增設(shè)陽光房，二樓陽光房頂部不透明。

（3）為了讓陽光房加熱的空氣能進(jìn)入西側(cè)的廚房和臥室，在西側(cè)廚房和二樓臥室一的門上增設(shè)與門同寬的900×400的小窗，使得整個(gè)房屋都能獲得比較好的舒適性。

（4）客廳的窗戶由1200mm×1500mm改為1600mm×1500mm，以增加客廳的被動(dòng)式采暖和采光效果。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的室內(nèi)熱環(huán)境與光環(huán)境分析

優(yōu)化前后的室內(nèi)熱環(huán)境對(duì)比見圖6-7，冬至日房間天然采光的對(duì)比見圖8-11。從圖6和7可見優(yōu)化后的民居在最冷日總的太陽輻射得熱比優(yōu)化前顯著提升，最冷月不舒適度顯著減少，冬季被動(dòng)式采暖的效果增加明顯，從以上結(jié)果可知，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的民居冬季室內(nèi)舒適性顯著提高。從圖8-11可見冬至日客廳采光系數(shù)顯著增加，臥室一的門上方開有小窗，故采光系數(shù)也有所增加，客廳和臥室一房間天然采光效果增加明顯。雖然二層增加了陽光房，但是陽光房與臥室二和三之間因?yàn)橛虚T分隔，因此臥室二和三采光系數(shù)變化不大，如果要增加本部分的采光，需要對(duì)臥室二和三重新開窗，考慮到經(jīng)濟(jì)因素及施工復(fù)雜性，不再對(duì)本部分進(jìn)行改造。綜上，在對(duì)房間的透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用2.1所述優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，房間冬季室內(nèi)熱舒適性及客廳、臥室一的采光效果顯著增加。

2.3 經(jīng)濟(jì)分析

在此對(duì)所采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的造價(jià)分析，其中：陽光房、客廳、廚房、臥室一和二需要增加玻璃面積約6m2，還需對(duì)廚房及臥室一的門進(jìn)行改造，總造價(jià)約為3000元。陽光房每平米面積上一年內(nèi)接受太陽輻射總量是5016～5852MJ，相當(dāng)于170～200Kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量[4]。一頓標(biāo)準(zhǔn)煤市場(chǎng)價(jià)500～600元，一平米陽光房一年節(jié)約85～120元燃煤費(fèi)。優(yōu)化后的藏族傳統(tǒng)民居一年可為居民節(jié)約1892.95～2672.4元的燃煤費(fèi)，在兩年左右即可回收改造的投資，這對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后的地區(qū)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

本文對(duì)藏族傳統(tǒng)民居進(jìn)行了綠色建筑更新設(shè)計(jì)，充分利用當(dāng)?shù)靥栞椛鋸?qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，通過對(duì)窗、陽光房等關(guān)鍵構(gòu)造的更新設(shè)計(jì)顯著改善室內(nèi)舒適性及采光效果。所采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)成本低、改造簡(jiǎn)單易行，適宜少數(shù)民族地區(qū)使用，具有很高的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)

[1]陳湛，張三明.中國(guó)傳統(tǒng)民居的被動(dòng)節(jié)能技術(shù)[J].華中建筑，2008， 26.

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[4]李明.北方采暖地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)住宅太陽能設(shè)計(jì)研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2009.