冀東地區農村住宅優化設計策略研究

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院 河北 張家口 075024)

冀東地區農村住宅優化設計策略研究

任志坤孫健成帥陸炳燕

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院河北張家口075024)

通過對冀東地區鄉村民居的調研、分析、總結，提煉當地鄉村民居氣候適宜性設計經驗，并在冀東地區鄉村民居的調研中發現其室內環境存在的問題，以及熱舒適的調研，得出當地人的熱舒適區間，從而提出冀東地區鄉村民居的新建以及改造過程中可采用被動式設計策略。

冀東地區；農村住宅；軟件模擬；熱舒適

一、冀東地區農村的現狀

為深入了解冀東地區農村住房建筑現狀，對唐山、秦皇島典型村鎮的農村住宅進行問卷調研和實地考察。通過對農宅空間布局現狀調研發現,冀東地區農村現有住宅以傳統庭院形式為主，絕大多數為獨立院落式，沿襲了北方傳統合院民居的形式，建筑層數一般為1層。功能布局一般為三開間，中間為堂屋，堂屋兩側布置臥室。體型系數普遍較大，一般在0.6～0.8之間。

合理的平面布局可以節省建筑能耗，被動式建筑不僅應著眼于構造技術，也應著眼于形體以及平面功能。在寒冷地區開窗和朝向還應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.室內風環境

住宅的室內風環境與所處的當地氣候是密不可分的,當地的住宅朝向、主導方向、院落形式都是影響住區風環境的因素。影響室內主要風環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,盡量減少單側布置，減小風向阻力,提高室內空氣品質。房間開口位置與窗戶位置直接影響進風量和風速。根據測定,當開口位置與窗戶位置相對的時候通風效果最佳。

室內熱濕環境和空氣品質影響自然通風，其中房間室內熱濕環境的主要影響因素是各種外擾和內擾。外擾主要包括室外氣候參數(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構的傳熱、傳濕以及空氣滲透來影響室內熱濕環境。內擾主要包括室內設備,照明,人員等室內熱源、濕源。影響自然通風房間室內空氣品質的主要原因有室內污染物和室外空氣品質。農村地區一般室外空氣新鮮、無污染,因此提高室內空氣品質的首要任務是增加通風換氣量。

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。而對于寒冷地區，爭取日照對建筑采暖節能效益更為重要。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宅進行模擬分析，從而得出最優化(考慮自然光)室內照明朝向。

二、軟件模擬

1.建筑體形的設定

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、西向和北向沒有設置窗戶。

2.建筑熱工性能的設定

南向窗傳熱系數K值設定5.7W/m2·h,遮陽系數SC值為0.85，太陽能的熱系數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.人員與設備熱工因素的設定

臥室和客廳的燈光熱擾最大功率設置為6W。臥室的最低照度設置為75Lx，客廳的最低照度設置為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(h)

4.計算模擬結果

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

圖3 臥室自然采光滿足小時數(h)

通過圖4可知，客廳的自然采光滿足小時數在正東時為最低，為2053h。當朝向從正東向正南轉動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現曲線升高的趨勢。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動時，全年考慮自然光全年照明電耗基本呈現曲線降低的趨勢。

圖4 客廳自然采光滿足小時數(h)

通過表1可知，冀東地區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，此時的節約照明電耗百分比為2.36%。當朝向由正東向正南轉動時，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會呈現曲線性降低。但考慮自然光全年照明電耗整體變化幅度相對較小。

表1 朝向與能耗的關系

三、結論

當只考慮自然光對室內照明能耗的影響時，冀東地區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照明的能耗沒有影響。但與不考慮自然光的室內照明能耗相比，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“農村住宅被動式節能技術的應用研究——以冀東地區為例”，項目編號XA201714

任志坤(1987-)，男，研究生在讀。

孫健(1990-)，男，研究生在讀。