藏族傳統民居透明圍護結構優化設計研究

陶光炎+++李姍姍+++楊靜+++邵健飛

摘 要：通過對四川阿壩州藏族傳統民居的調研表明，其冬季室內舒適度不佳。考慮到當地經濟發展水平相對較低，文章在不增加主動式調節設備的情況下，充分利用當地太陽輻射大、日照時間長的氣候特點對阿壩州藏族傳統民居透明圍護結構進行了優化設計。文章的優化設計是基于Ecotect Analysis軟件開展的，首先對軟件的計算準確性進行了評估，證明其可用于該項目的設計，其次基于Ecotect Analysis 軟件對優化設計后室內熱環境和光環境進行了分析，表明優化后的民居舒適性顯著提升。所采用的優化設計構造簡單、易于改造、經濟造價低，具有在藏族地區推廣的高可行性。

關鍵詞：藏族傳統民居；Ecotect Analysis 軟件；透明圍護結構

前言

四川阿壩藏族羌族自治州，簡稱阿壩州，是四川省的一個自治州，位于四川省西北部，與青海省、甘肅省交界。當地氣候復雜，以高山氣候為主，太陽輻射強度大、日照時間長，冬季嚴寒。通過對阿壩州藏族民居的調研表明，冬季透過窗戶的冷風滲透量和熱損失較大，房屋的設計沒有考慮對當地充足太陽輻射的利用，僅依靠電爐和煤爐采暖，室內舒適度不佳。考慮到藏族地區經濟發展水平相對較低，本文擬不增加主動調節設備，通過對于窗、陽光房等透明圍護結構的優化設計去改善室內舒適性，并力求經濟成本低、改造簡單易行，適宜阿壩州藏族傳統民居使用。

1 Ecotect Analysis軟件準確度評估

本文對于阿壩州藏族傳統民居透明圍護結構的優化設計是基于Ecotect Analysis軟件開展的，在數值模擬之前，首先對于Ecotect Analysis軟件在采光和熱輻射計算方面的準確度進行了評估。

實驗以大連民族大學土木樓某辦公室作為實驗對象，測點布置詳見圖1，利用照度計和太陽輻射表對各測點的照度值和太陽輻射強度進行測試，其中太陽輻射強度為1小時內的累積輻射強度。表1和2為各測點照度與太陽輻射強度實驗值與理論值的比較，可見，Ecotect Analysis軟件照度模擬值與實驗值偏差在25%以內，采光計算準確度較高。測點4-9的太陽輻射強度模擬值與實驗值吻合較好，而測點1-3太陽輻射強度模擬值與實驗值差異較大，測點1-3與窗的距離最遠，太陽輻射強度相對較低，因此雖然其計算值偏小，但對于整個房間總的太陽輻射強度影響較小，因此可利用Ecotect Analysis軟件進行太陽輻射計算。

2 優化設計方案

本文基于所測繪的藏族民居實際尺寸及構造建模，在實際房屋的基礎上進行更新設計。該藏族民居共三層，首層為客廳、廚房及儲物室，二層為三個臥室及儲物間，三層為藏經堂及熟食加工間，屋頂為大面積平臺，詳細布局見圖2。藏族民居墻體是由當地盛產的石材搭建的，透明圍護結構采用單層玻璃，詳見圖3和4。

將模型帶入Ecotect Analysis軟件中進行室內熱環境及天然采光光環境的模擬，當地氣象數據采用阿壩州州府馬爾康氣象數據。對于室內熱環境的評價包括：最冷日太陽輻射量及最冷月不舒適度分析，光環境的評價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結構，達到在冬季能充分利用太陽輻射改善室內熱舒適性，同時要求在夏季室內不能過熱，并且能夠提高冬、夏季天然采光效果，減少主動式采暖及人工照明的能源消耗。

2.1 優化方案介紹

根據現有建筑室內采光及熱環境的特點及經濟考慮，提出了如下的優化方案（詳見圖5）：

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

（2）優化設計利用二樓1200mm的陽臺，在一、二樓增設陽光房，二樓陽光房頂部不透明。

（3）為了讓陽光房加熱的空氣能進入西側的廚房和臥室，在西側廚房和二樓臥室一的門上增設與門同寬的900×400的小窗，使得整個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，以增加客廳的被動式采暖和采光效果。

2.2 優化設計前后的室內熱環境與光環境分析

優化前后的室內熱環境對比見圖6-7，冬至日房間天然采光的對比見圖8-11。從圖6和7可見優化后的民居在最冷日總的太陽輻射得熱比優化前顯著提升，最冷月不舒適度顯著減少，冬季被動式采暖的效果增加明顯，從以上結果可知，優化設計后的民居冬季室內舒適性顯著提高。從圖8-11可見冬至日客廳采光系數顯著增加，臥室一的門上方開有小窗，故采光系數也有所增加，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為有門分隔，因此臥室二和三采光系數變化不大，如果要增加本部分的采光，需要對臥室二和三重新開窗，考慮到經濟因素及施工復雜性，不再對本部分進行改造。綜上，在對房間的透明圍護結構采用2.1所述優化設計方案后，房間冬季室內熱舒適性及客廳、臥室一的采光效果顯著增加。

2.3 經濟分析

在此對所采用的優化設計方案進行簡單的造價分析，其中：陽光房、客廳、廚房、臥室一和二需要增加玻璃面積約6m2，還需對廚房及臥室一的門進行改造，總造價約為3000元。陽光房每平米面積上一年內接受太陽輻射總量是5016～5852MJ，相當于170～200Kg標準煤燃燒所發出的熱量[4]。一頓標準煤市場價500～600元，一平米陽光房一年節約85～120元燃煤費。優化后的藏族傳統民居一年可為居民節約1892.95～2672.4元的燃煤費，在兩年左右即可回收改造的投資，這對于我國經濟發展落后的地區，具有良好的經濟效益。

3 結束語

本文對藏族傳統民居進行了綠色建筑更新設計，充分利用當地太陽輻射強度大，日照時間長的特點，通過對窗、陽光房等關鍵構造的更新設計顯著改善室內舒適性及采光效果。所采用的優化設計方案經濟成本低、改造簡單易行，適宜少數民族地區使用，具有很高的社會效益、經濟效益及環境效益。

參考文獻

[1]陳湛，張三明.中國傳統民居的被動節能技術[J].華中建筑，2008， 26.

[2]張櫻子.藏族傳統居住建筑氣候適宜性研究[J].西安建筑科技大學，2008.

[3]姜海勇.中國能源現狀及未來發展戰略[J].深圳特區科技，2006，4：29.

[4]李明.北方采暖地區鄉鎮住宅太陽能設計研究[D].西安建筑科技大學，2009.