淺談節能住宅設計中對可再生能源—風能的利用

曲曉嵐

（寧波大學建筑設計研究院有限公司，浙江 寧波 315211）

隨著社會的發展，人口的劇增及人們對高品質生活質量的不斷追求，建筑給我們賴以生存的地球環境及資源帶來了沉重的負擔。而我國正處在城鎮化快速發展階段，大量新建的低比例節能住宅已成了現階段急需解決的問題。大力推廣節能住宅的設計與建設已成為我國的基本國策。

對于節能住宅的設計而言，對可再生能源—自然能源的利用可謂是最具意義的。其優越的節能減排效果，使建筑最大限度地避免了對地球環境的破壞。根據我國的氣候特征及住宅的特性，住宅建筑可以在風能、太陽能、地熱能等可再生能源方面加以利用。其中，對風能及太陽能的利用是其中非常重要的一環。

隨著社會、科技的進步，人類對自然能源的利用技術日益成熟，現代科技不僅能把風能轉換電能、空氣壓縮能，還實現直接轉換為熱能，高效利用應用于日常生活中。空氣能熱水產生設備，因其只需要相當于電熱水器的1/4、燃氣熱水器的1/3的使用成本的優越性令其迅速占領了熱水器市場。相當于1/5電熱水器、1/6煤氣熱水器、2/3普通太陽能熱水器的耗能，令空氣能熱水器對環保事業做出了巨大的貢獻。由于它的能效比與空氣源的溫度有關，應因地制宜的分析場地的自然環境情況做出選擇，以發揮其最大效益，這是設計時需要考慮的要點。

作為自古以來傳統民居設計的重點——自然通風設計，現代社會的高科技又賦予它新的設計理念。自然通風的目的是在夏季夜晚和過度季節等室外溫度宜人的條件下，通過各種技術措施將自然風引入室內，并組織好室內空氣的流通，為室內提供溫、濕度適宜的舒適環境，并為居住空間提供高質量的新鮮空氣，保證居住者的身體健康。其設計手法多種多樣，以下將具體分析各種技術措施的節能效果及設計的注意點。

1 加強室內各室通風效果的措施

住宅的平面布置對通風路徑影響重大。縱觀我國各民族的傳統民居，穿堂風的設計是獲得舒適的室內風環境的重要手段。計算機模擬顯示，客廳、餐廳、廚房等共用空間的南北貫通設計，各居室、書房等私密性用房出入口的對稱布置，利用交通面積形成有效通風槽等設計手法，是組織穿堂風的有效手段，對改善自然通風效果明顯[1]。另外，據研究室內每小時的換氣次數是隨著房間維護結構開放程度的增大而增大的。設計可通過門下留縫、門上設楣窗、可移動內墻等逐漸加大通風口面積的手段來加減小通風阻礙，加強各居室的通風效果。

通風路徑的確保在住宅設計中是實現自然通風的基礎。盡量減小通風阻礙以獲取良好自然通風效果的手法，常常會與居住建筑的平面使用功能、私密性設計產生矛盾，如何協調、平衡它們之間的關系進行設計，是實現健康舒適居住空間的設計要點。

2 直接獲取自然風的技術措施

根據場地風環境情況，合理布局平面，根據夏季及過度季節的主導風向，調整建筑物的朝向，使開口位置盡可能的直接撲捉到自然風。模擬證明，建筑物在與主導風向有一定角度時，建筑迎風與背風面的風壓壓差會增大，室內的自然通風效果就越好[2]。由于每個場地的地貌、周圍環境不同，使每個項目的建筑所處的室外風環境差異巨大。設計切忌生搬硬套，一定要因地制宜的仔細分析所處場地的風環境狀況，運用計算機模擬配合設計，確定最優自然通風的朝向與建筑群體的排布形式是設計的要點。根據經驗，在室內各居室通風良好的條件下，此項技術措施將可能給節能設計帶來10%左右的貢獻預期。

3 間接獲取自然風的技術措施

研究表明，垂直導風板的設置，可以將平行建筑物窗面的氣流引入室內，加強通風效果。如圖1所示：

圖1

設計可采取結合立面設置導風墻、利用平開門、窗扇做導風板的形式進行設計。在別墅設計中還可以結合景觀設計設置合適的植栽起到誘導風向，將自然風引入室內加強自然通風效果的作用。導風板設置的位置及其與風向的夾角與引入室內的風量有著直接的關系[3]，設計時結合場地風環境的實際情況，利用計算機模擬配合設計的手段來確定最佳自然通風效果的方案。根據經驗，在室內各居室通風良好的條件下，此項技術措施將可能給節能設計再帶來10%左右的貢獻預期。

4 利用坡屋面加強通風的技術措施

在別墅設計中，還可以在坡屋頂設置天窗，利用外墻面與坡屋頂的風壓差，形成對流加強自然通風效果。如圖2所示。

圖2

坡屋頂的坡度與風壓大小有關，當坡屋面的坡度小于19°時，坡屋頂的風壓就會變為負值，可組織由外窗流入天窗流出氣流，進而加強自然通風效果。設計的關鍵點是合理坡度的坡屋頂的確定。本項技術雖然自身節能效果不是很明顯，但結合利用溫差加強自然通風效果措施后，會使節能效果顯著提高。

5 溫差加強自然通風的技術措施

眾所周知，氣流都是由低溫向高溫方向流動的。利用這一原理，在別墅設計中，可利用室內外溫差組織氣流，形成良好的自然通風效果。我們可在屋頂設置天窗，在太陽輻射下，天窗頂部空氣的溫度就會升高，而在建筑室內，陰涼的環境使得空氣室內溫度低于室外溫度。它們之間的溫差，即使是在無風的條件下，也會形成由下向上的氣流，加強了自然通風效果。結合適宜坡度的坡屋面設計，其在室內各居室通風良好的條件下，將可能給節能設計帶來10%左右的貢獻預期。

6 結論

綜合采用了以上各項技術措施的，一個成功優秀的設計將在不增加建筑成本的條件下，其創造的具有良好風環境的居住空間，能最大限度的利用自然能源中的風能，以改善建筑物室內通風效果，達成會減少空調負荷的30%預期。

[1]郭飛，王時原.上海高層住宅自然通風節能設計研究[R].建筑學報，2008-11:46-49.

[2]陳念祖，江哲鈱，周伯丞，林沂品，陳正玲.垂直導風板對室內自然通風效果影響之研究.中華民國建筑學會第十七屆第二次建筑研究成果[C].發表會論文集，2005-11-26.

[3]陳璐璐，王怡.建筑朝向對自然通風的分析[M].山西建筑，2009，35（27）: 30-31.