路艷紅

（太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院，山西 太原 030600）

下沉式窯洞是陜西地區(qū)的特色建筑類型，歷史悠久，且符合生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的要求。它在人與自然的關(guān)系中表現(xiàn)出人工與自然的結(jié)合，是人與大自然和諧共生的典型范例。在倡導(dǎo)綠色節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的今天，大量現(xiàn)存且仍在使用的窯洞民居只要經(jīng)過用心改造便能重?zé)ㄉ鷻C(jī)。

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(zhèn)，關(guān)中北部黃土苔原區(qū)，因廣種柏樹而得名“柏社”，距今已有1 600多年的發(fā)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(xiàn)狀

隨著我國人民生活水平的提高，原生態(tài)的窯洞逐漸與貧窮、落后相聯(lián)系。人們認(rèn)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(nèi)環(huán)境惡劣、窯洞中排污系統(tǒng)不健全、窯洞室內(nèi)格局單調(diào)、缺乏合理規(guī)劃等諸多問題。

1.2 地坑式窯洞缺點(diǎn)

①自然缺點(diǎn)：雨水滲頂，塌方嚴(yán)重；室內(nèi)陰暗潮濕，采光通風(fēng)不暢；②生活缺點(diǎn)：上下交通不方便；牲畜養(yǎng)殖不方便；屋內(nèi)沒有衛(wèi)生間；③設(shè)計缺點(diǎn)：各功能空間相互間沒有聯(lián)通；布局單一；窯臉簡陋；院內(nèi)景觀單調(diào)。

1.3 地坑窯洞優(yōu)點(diǎn)

①節(jié)能：生土本身是生態(tài)的原始材料，成本低、節(jié)能環(huán)保；②宜居：冬暖夏涼、安靜宜人、抗震性能強(qiáng)；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(fēng)原理

自然通風(fēng)是低碳建筑中廣泛采用的一項技術(shù)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(fēng)壓的自然通風(fēng)

利用風(fēng)壓的自然通風(fēng)也就是我們常說的“穿堂風(fēng)”。當(dāng)風(fēng)吹向建筑物的時候，受到建筑物的阻擋而在迎風(fēng)面產(chǎn)生正壓區(qū)，氣流繞過建筑物在背面形成負(fù)壓，風(fēng)壓就是利用建筑物兩面的壓力差，使氣流從高的一側(cè)向低的一側(cè)流動。

2.2 利用熱壓的自然通風(fēng)

空氣密度會隨著溫度的變化而變化。當(dāng)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(nèi)的氣溫較高時，室內(nèi)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(jìn)入室內(nèi)的冷空氣又會被加熱，變輕上升，從而形成自下而上周而復(fù)始的循環(huán)流動。熱壓通風(fēng)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(fēng)壓與熱壓結(jié)合的混合自然通風(fēng)

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

2.4 機(jī)械輔助的自然通風(fēng)

機(jī)械通風(fēng)是指采用電力設(shè)備例如風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)來實現(xiàn)新風(fēng)的進(jìn)與排。這在一些大型公共建筑場所是很必要的。機(jī)械通風(fēng)可以保障連續(xù)和穩(wěn)定的新風(fēng)，很好地控制室內(nèi)的濕度，在保障進(jìn)入室內(nèi)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(fēng)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(xiàn)。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(nèi)，方便采光。坡屋頂?shù)乃闹芙Y(jié)束處為檐口，檐口上大部分設(shè)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(cè)向采光是建筑物最常見的采光方式，根據(jù)窗位置的不同，側(cè)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(gòu)建方式的特殊性，建筑物只能單向接受采光，所以其室內(nèi)采光受到建筑進(jìn)深和開間的直接影響，即使整個開間均設(shè)為門窗，室內(nèi)光線仍然不足。為了解決室內(nèi)的采光問題，可以在保證窯洞堅固的基礎(chǔ)之上適當(dāng)?shù)卦龃箝_間尺寸，這樣可以加大窯洞單側(cè)窗戶的面積，進(jìn)而增加采光量。同時，在窯洞后部增加豎向天井，設(shè)置反光板，利用折射可以將陽光引入室內(nèi)。

4 自然通風(fēng)在下沉式窯洞中的應(yīng)用

自然通風(fēng)技術(shù)在應(yīng)用過程中，要充分結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，采取相應(yīng)的措施，才能保證自然通風(fēng)達(dá)到良好的生態(tài)效能。很多因素都會影響建筑物室內(nèi)的自然通風(fēng)，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(jìn)深與開間對自然通風(fēng)也有很大的影響，房間的自然通風(fēng)量會因為進(jìn)深的增加和開間的減小而大大降低。傳統(tǒng)窯洞的開間往往是面寬3～3.3 m，進(jìn)深6.5～10 m，從安全角度考慮窯洞自身的穩(wěn)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(jìn)行通風(fēng)改造設(shè)計，見圖1，積極地引入新鮮空氣并促進(jìn)房間中的空氣流通。

圖1 通風(fēng)改造設(shè)計

當(dāng)夏季室內(nèi)空氣潮濕時，可以打開窯洞上設(shè)置的太陽能煙囪的可控百葉，室內(nèi)空氣會在熱壓作用下向外排出，當(dāng)室外太陽輻射強(qiáng)烈時，吸熱板吸收更多的熱量，使得太陽能煙囪內(nèi)更熱，加速了熱壓通風(fēng)的作用。如果室內(nèi)濕度過大，熱壓作用滿足不了通風(fēng)需要，這時可以打開風(fēng)機(jī)來加強(qiáng)通風(fēng)，以達(dá)到降溫通風(fēng)除濕的作用。而且夏季室外熱濕空氣通過土壤預(yù)冷，再進(jìn)入室內(nèi)就不易結(jié)露，能夠有效降低室內(nèi)的濕度，見圖2。

圖2 降底室內(nèi)濕度

5 結(jié)論

自然通風(fēng)采光是實現(xiàn)生態(tài)建筑的一項重要技術(shù)，可以提高室內(nèi)品質(zhì)，降低建筑物的能耗，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)與環(huán)境的有機(jī)結(jié)合，使人置身于生態(tài)型通風(fēng)的氛圍，是實現(xiàn)建筑與自然環(huán)境和諧共生的重要因素。

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