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：當今社會越來越關(guān)注環(huán)境和能源問題，建筑節(jié)能設計成了重中之重，熱環(huán)境調(diào)節(jié)是其設計重點。本文通過對農(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。通過對民居建筑熱環(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“被動式”設計策略。

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

1 農(nóng)村民居現(xiàn)狀及存在的問題

隨著經(jīng)濟的發(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，資源能源浪費等問題普遍存在在缺乏節(jié)能環(huán)保意識的農(nóng)村地區(qū)。

首先，大部分農(nóng)村民居的建設缺乏科學規(guī)劃和技術(shù)指導。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，建筑的建造習慣一直沿用傳統(tǒng)的方式，沒有技術(shù)含量，導致占地面積大且零散分布，浪費了大量土地資源。

最后，在缺乏節(jié)能環(huán)保意識，受經(jīng)濟條件制約的農(nóng)村對可再生能源的應用處于初級的階段，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，進一步增加了資源能源的浪費。

2 農(nóng)村民居建筑發(fā)展趨勢

近年，人們比較集中研究民居建筑熱環(huán)境技術(shù)設計檢測上，集中在不同地域條件下如何實現(xiàn)傳統(tǒng)民居的綠色可持續(xù)發(fā)展的問題上。本文重點是民居建筑熱環(huán)境如何進行“被動式”設計。

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

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

3 民居建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)手段

3.1 自然通風與建筑氣密性

風壓通風：比如穿堂風就是運用風壓作用的自然通風手段。房間的迎洞口進風、背風洞口排風產(chǎn)生自然通風，強度主要與室外風速、通風口的朝向等因素有關(guān)。

熱壓通風：很多傳統(tǒng)民居都運用天井來增強通風。由房間的下部洞口進風、上部洞口排風形成的自然通風，強度主要與室內(nèi)外溫差、室內(nèi)余熱量、上下通風口高差有關(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，而冷風滲透和門窗開啟通風造成房間溫度降低，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結(jié)構(gòu)的氣密性，降低自然通風量等手段。

在民居建筑成長過程中，對應不同地域的氣候特征，形成的通風手段也各具特色。南方，民居院落的圍護結(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，利用穿堂風進行室內(nèi)外熱量傳遞，熱量從室內(nèi)向室外流動。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，各個方向都可以形成自然通風。

雅安民居和麗江民居利用熱壓形成的自然通風原理，房門高大，上設通風椋，頂部建有通風閣樓。

江浙、皖南傳統(tǒng)民居多依水而建，不封閉，開窗面積多并設有閣樓，同樣運用熱壓作用將水面上的冷空氣引入室內(nèi)，增加空氣流動使室內(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)外維護結(jié)構(gòu)的開窗面積及尺寸不同，減少了風壓作用，降低室內(nèi)能耗的損失。

藏族碉房院落的外圍護結(jié)構(gòu)多為石墻，減少冷風入侵；房間低矮平整，降低受風面積，外墻很少開窗或開窗面積小，或減少冷風入侵導致室內(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結(jié)構(gòu)面積；在陽面外墻上設置面積較大的外窗，陰面不設外窗或減小窗戶面積；為減少對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；當平開式外扇打開時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太陽輻射形成遮擋，又可以運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，通風屋頂多為閣樓形式，通風屋頂?shù)捻斆嫖仗栞椛錈?，通風間層通過自然通風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，所以建筑外圍護結(jié)構(gòu)因為四周建筑的相互遮擋受到太陽直射作用很小，既形成了緩沖空間又減少了太陽輻射。

3.3 維護結(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)控制圍護結(jié)構(gòu)熱量由內(nèi)向外散失。

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

南方民居建筑為有利于圍護結(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熱性能差的材料作為外圍護結(jié)構(gòu)，室內(nèi)熱環(huán)境不會受到室外環(huán)境變化而產(chǎn)生較大的影響。

3.4 被動蒸發(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)民居建筑運用被動蒸發(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

減少外圍護結(jié)構(gòu)的表面積；采用的圍護結(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置大面積的外窗，背陽面不設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，達到降溫的目的；運用建筑外檐出挑的方式遮陽或者加建陽光間；外圍護結(jié)構(gòu)的建筑材料要隔熱性能良好；注意建筑朝向與主導風向的關(guān)系。

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

蘇珊（1990—），女，河北邢臺人，碩士，研究方向：綠色建筑設計與技術(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。