自然通風采光技術在下沉式窯洞改造的應用

路艷紅

（太原理工大學輕紡工程與美術學院，山西 太原 030600）

下沉式窯洞是陜西地區的特色建筑類型，歷史悠久，且符合生態可持續發展的要求。它在人與自然的關系中表現出人工與自然的結合，是人與大自然和諧共生的典型范例。在倡導綠色節能、可持續發展的今天，大量現存且仍在使用的窯洞民居只要經過用心改造便能重煥生機。

1 陜西三原縣柏社村地坑窯

柏社村位于陜西省咸陽市三原縣新興鎮，關中北部黃土苔原區，因廣種柏樹而得名“柏社”，距今已有1 600多年的發展歷史。目前保留窯洞780院，地坑窯255口，整體以下沉式窯洞為主。

1.1 地坑式窯洞現狀

隨著我國人民生活水平的提高，原生態的窯洞逐漸與貧窮、落后相聯系。人們認為住在窯洞有失身分，因此，村中大量窯洞遺棄荒廢，年久失修瀕臨毀壞。使用中的窯洞仍然具有采光不良、空氣不暢、陰暗潮濕、清潔能源利用率不高、院內環境惡劣、窯洞中排污系統不健全、窯洞室內格局單調、缺乏合理規劃等諸多問題。

1.2 地坑式窯洞缺點

①自然缺點：雨水滲頂，塌方嚴重；室內陰暗潮濕，采光通風不暢；②生活缺點：上下交通不方便；牲畜養殖不方便；屋內沒有衛生間；③設計缺點：各功能空間相互間沒有聯通；布局單一；窯臉簡陋；院內景觀單調。

1.3 地坑窯洞優點

①節能：生土本身是生態的原始材料，成本低、節能環保；②宜居：冬暖夏涼、安靜宜人、抗震性能強；③文脈：地坑窯是黃土高原的精神文化符號，是先民穴居生活的活化石。

2 自然通風原理

自然通風是低碳建筑中廣泛采用的一項技術措施，目的是降低能耗、減少污染，主要有以下幾種方式。

2.1 利用風壓的自然通風

利用風壓的自然通風也就是我們常說的“穿堂風”。當風吹向建筑物的時候，受到建筑物的阻擋而在迎風面產生正壓區，氣流繞過建筑物在背面形成負壓，風壓就是利用建筑物兩面的壓力差，使氣流從高的一側向低的一側流動。

2.2 利用熱壓的自然通風

空氣密度會隨著溫度的變化而變化。當室外氣溫較低時，室外空氣密度增加，較重的冷空氣會通過建筑物的底部被吸入，而室內的氣溫較高時，室內的氣體密度會變小，熱空氣上升，從建筑物上部的窗口排出去。進入室內的冷空氣又會被加熱，變輕上升，從而形成自下而上周而復始的循環流動。熱壓通風通常需要借助建筑物的中庭、陽光間和煙囪等裝置的作用。

2.3 風壓與熱壓結合的混合自然通風

熱壓通風和風壓通風會不同程度地影響建筑物，室內的氣流通常是在二者的綜合作用下形成的。熱壓和風壓可以在同一方向上起作用，增強通風效果；也可以相互削弱，影響到實際的通風效果。一般而言，熱壓作用相對穩定，可以人為地創造煙囪效應拔風的條件；而風壓則常受到氣流、建筑形狀、周邊環境等因素的影響。

2.4 機械輔助的自然通風

機械通風是指采用電力設備例如風扇、風機來實現新風的進與排。這在一些大型公共建筑場所是很必要的。機械通風可以保障連續和穩定的新風，很好地控制室內的濕度，在保障進入室內空氣清潔度的同時，還能減少室外噪聲以及污染物的影響。

3 柏社村地坑窯的采光措施

3.1 建筑物朝向與采光

柏社村屬于典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時有連陰雨天氣出現。夏季太陽直射角度大于冬季，因此，窯洞坐北朝南宜于居住，有的在南面開三口窯洞都是為了最大程度的采光。

3.2 屋面與采光

窯洞四面為坡屋頂，坡度一般在27°～30°之間，圍合的坡屋面形成漏斗狀，且出檐很短，這樣可以使更多的陽光照射到建筑物的間隙，以及天井和庭院之內，方便采光。坡屋頂的四周結束處為檐口，檐口上大部分設有攔馬墻，除了能阻止地面上的人掉入院中之外，攔馬墻在坡屋面上的投影也有防曬遮陽的功能。

3.3 門窗與采光

側向采光是建筑物最常見的采光方式，根據窗位置的不同，側向采光還可以分為雙向采光和單向采光。由于下沉式窯洞自身構建方式的特殊性，建筑物只能單向接受采光，所以其室內采光受到建筑進深和開間的直接影響，即使整個開間均設為門窗，室內光線仍然不足。為了解決室內的采光問題，可以在保證窯洞堅固的基礎之上適當地增大開間尺寸，這樣可以加大窯洞單側窗戶的面積，進而增加采光量。同時，在窯洞后部增加豎向天井，設置反光板，利用折射可以將陽光引入室內。

4 自然通風在下沉式窯洞中的應用

自然通風技術在應用過程中，要充分結合當地自然環境，采取相應的措施，才能保證自然通風達到良好的生態效能。很多因素都會影響建筑物室內的自然通風，如建筑物的朝向，所以要綜合考慮其采光、太陽輻射等來確定其角度。另外，建筑的進深與開間對自然通風也有很大的影響，房間的自然通風量會因為進深的增加和開間的減小而大大降低。傳統窯洞的開間往往是面寬3～3.3 m，進深6.5～10 m，從安全角度考慮窯洞自身的穩定性，可以嘗試在房后開孔，從地面向下挖6 m做房中庭院，利用中庭空間對其進行通風改造設計，見圖1，積極地引入新鮮空氣并促進房間中的空氣流通。

圖1 通風改造設計

當夏季室內空氣潮濕時，可以打開窯洞上設置的太陽能煙囪的可控百葉，室內空氣會在熱壓作用下向外排出，當室外太陽輻射強烈時，吸熱板吸收更多的熱量，使得太陽能煙囪內更熱，加速了熱壓通風的作用。如果室內濕度過大，熱壓作用滿足不了通風需要，這時可以打開風機來加強通風，以達到降溫通風除濕的作用。而且夏季室外熱濕空氣通過土壤預冷，再進入室內就不易結露，能夠有效降低室內的濕度，見圖2。

圖2 降底室內濕度

5 結論

自然通風采光是實現生態建筑的一項重要技術，可以提高室內品質，降低建筑物的能耗，實現建筑結構與環境的有機結合，使人置身于生態型通風的氛圍，是實現建筑與自然環境和諧共生的重要因素。

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