(河北建筑工程學院建筑與藝術(shù)學院 河北 張家口 075024)

冀東地區(qū)農(nóng)村住宅優(yōu)化設(shè)計策略研究

任志坤孫健成帥陸炳燕

(河北建筑工程學院建筑與藝術(shù)學院河北張家口075024)

通過對冀東地區(qū)鄉(xiāng)村民居的調(diào)研、分析、總結(jié)，提煉當?shù)剜l(xiāng)村民居氣候適宜性設(shè)計經(jīng)驗，并在冀東地區(qū)鄉(xiāng)村民居的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)其室內(nèi)環(huán)境存在的問題，以及熱舒適的調(diào)研，得出當?shù)厝说臒崾孢m區(qū)間，從而提出冀東地區(qū)鄉(xiāng)村民居的新建以及改造過程中可采用被動式設(shè)計策略。

冀東地區(qū)；農(nóng)村住宅；軟件模擬；熱舒適

一、冀東地區(qū)農(nóng)村的現(xiàn)狀

為深入了解冀東地區(qū)農(nóng)村住房建筑現(xiàn)狀，對唐山、秦皇島典型村鎮(zhèn)的農(nóng)村住宅進行問卷調(diào)研和實地考察。通過對農(nóng)宅空間布局現(xiàn)狀調(diào)研發(fā)現(xiàn),冀東地區(qū)農(nóng)村現(xiàn)有住宅以傳統(tǒng)庭院形式為主，絕大多數(shù)為獨立院落式，沿襲了北方傳統(tǒng)合院民居的形式，建筑層數(shù)一般為1層。功能布局一般為三開間，中間為堂屋，堂屋兩側(cè)布置臥室。體型系數(shù)普遍較大，一般在0.6～0.8之間。

合理的平面布局可以節(jié)省建筑能耗，被動式建筑不僅應(yīng)著眼于構(gòu)造技術(shù)，也應(yīng)著眼于形體以及平面功能。在寒冷地區(qū)開窗和朝向還應(yīng)該考慮到建筑的通風，面向最有利于通風和接受日照的方向。

1.室內(nèi)風環(huán)境

住宅的室內(nèi)風環(huán)境與所處的當?shù)貧夂蚴敲懿豢煞值?當?shù)氐淖≌?、主導方向、院落形式都是影響住區(qū)風環(huán)境的因素。影響室內(nèi)主要風環(huán)境的因素是窗的位置、開口大小、開啟方式等。房間通風盡量采用穿堂型布置或錯位型布置,盡量減少單側(cè)布置，減小風向阻力,提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。房間開口位置與窗戶位置直接影響進風量和風速。根據(jù)測定,當開口位置與窗戶位置相對的時候通風效果最佳。

室內(nèi)熱濕環(huán)境和空氣品質(zhì)影響自然通風，其中房間室內(nèi)熱濕環(huán)境的主要影響因素是各種外擾和內(nèi)擾。外擾主要包括室外氣候參數(shù)(如室外空氣溫、濕度,太陽輻射,風速,風向變化等以及鄰室的空氣溫度、濕度等),它們均可通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱、傳濕以及空氣滲透來影響室內(nèi)熱濕環(huán)境。內(nèi)擾主要包括室內(nèi)設(shè)備,照明,人員等室內(nèi)熱源、濕源。影響自然通風房間室內(nèi)空氣品質(zhì)的主要原因有室內(nèi)污染物和室外空氣品質(zhì)。農(nóng)村地區(qū)一般室外空氣新鮮、無污染,因此提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的首要任務(wù)是增加通風換氣量。

圖1 模擬計算模型

2.建筑朝向

光是人類賴以生存的保障。陽光照射促進生物體的新陳代謝，引起動植物的各種光反應(yīng)。而對于寒冷地區(qū)，爭取日照對建筑采暖節(jié)能效益更為重要。爭取日照需要合理的朝向、合理的排列布局方式等等，筆者運用DeST軟件對不同朝向的農(nóng)宅進行模擬分析，從而得出最優(yōu)化(考慮自然光)室內(nèi)照明朝向。

二、軟件模擬

1.建筑體形的設(shè)定

如圖1所示，計算模型平面面積為(東西長：12m、南北寬：7m)，層高為3m，共1層。單一房間面積為28m2(東西長：4m、南北寬：7m)，共3間房。建筑南向設(shè)置了四個窗戶，臥室南向窗戶面積為4.5m2(橫向長：3m、高度：1.5m)，客廳南向窗戶面積為1.5m2(橫向長：1m、高度：1.5m)。東向、西向和北向沒有設(shè)置窗戶。

2.建筑熱工性能的設(shè)定

南向窗傳熱系數(shù)K值設(shè)定5.7W/m2·h,遮陽系數(shù)SC值為0.85，太陽能的熱系數(shù)SHGC為0.739,太陽能透過率和反射率均為70%，可見光透過率78%，可見光反射率80%。

3.人員與設(shè)備熱工因素的設(shè)定

臥室和客廳的燈光熱擾最大功率設(shè)置為6W。臥室的最低照度設(shè)置為75Lx，客廳的最低照度設(shè)置為100Lx。選用DeST軟件中默認的臥室和客廳人員作息和客房燈光作息(如圖2所示)。

圖2 臥室自然滿足小時數(shù)(h)

4.計算模擬結(jié)果

通過圖3可知，臥室的自然采光滿足小時數(shù)在正東時為最低，為2971h。當朝向從正東向南偏西50°轉(zhuǎn)動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現(xiàn)線性升高的趨勢。在南偏西50°照明電耗為最高，為3244h。而朝向從南偏西50°向正西轉(zhuǎn)動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現(xiàn)線性降低的趨勢。

圖3 臥室自然采光滿足小時數(shù)(h)

通過圖4可知，客廳的自然采光滿足小時數(shù)在正東時為最低，為2053h。當朝向從正東向正南轉(zhuǎn)動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現(xiàn)曲線升高的趨勢。在正南朝向時照明電耗為最高，為2649h。而朝向從正南向正西轉(zhuǎn)動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現(xiàn)曲線降低的趨勢。

圖4 客廳自然采光滿足小時數(shù)(h)

通過表1可知，冀東地區(qū)當建筑朝向為正東時，全年考慮自然光全年照明電耗最低，為852.01kW·h，此時的節(jié)約照明電耗百分比為4.18%。當建筑朝向從南偏東10°到南偏西10°時，考慮自然光全年照明電耗最高，為868.14kW·h，此時的節(jié)約照明電耗百分比為2.36%。當朝向由正東向正南轉(zhuǎn)動時，由于臥室和客廳人員的作息時間的限定、太陽方位角和太陽高度角的改變，自然采光滿足小時數(shù)會呈現(xiàn)曲線性降低。但考慮自然光全年照明電耗整體變化幅度相對較小。

表1 朝向與能耗的關(guān)系

三、結(jié)論

當只考慮自然光對室內(nèi)照明能耗的影響時，冀東地區(qū)照明能耗最低的朝向為正東方向。而南偏東10°至南偏西10°時，朝向的變化對考慮自然光室內(nèi)照明的能耗沒有影響。但與不考慮自然光的室內(nèi)照明能耗相比，朝向的變化對于整體照明能耗的變化較小，變化率都在4.18%～2.36%之間。

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校級A“農(nóng)村住宅被動式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究——以冀東地區(qū)為例”，項目編號XA201714

任志坤(1987-)，男，研究生在讀。

孫健(1990-)，男，研究生在讀。