鮮卓麟

【摘要】本文以湖北黃石地區(qū)某設(shè)計競賽項目為例，針對夏熱冬冷地區(qū)的氣候條件和農(nóng)村住宅現(xiàn)狀，根據(jù)建筑節(jié)能的基本原理， 提出滿足居住環(huán)境熱濕質(zhì)量條件的被動式太陽能技術(shù)。意圖展示先進適用的住宅設(shè)計理念和建筑技術(shù)，傳播中部地區(qū)住宅文化，從而提高生產(chǎn)效率和農(nóng)村住房質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】夏熱冬冷地區(qū)；農(nóng)宅；被動式太陽能；節(jié)能

一、研究背景

長江流域?qū)儆谙臒岫涞貐^(qū)，由于夏季太陽輻射強烈，陽光直射到室內(nèi)將嚴重影響建筑室內(nèi)熱環(huán)境。城市住宅夏季需要降溫，而冬季需要采暖，由于空調(diào)設(shè)備的普及，能源消耗增大和城市熱環(huán)境惡化等后果也一一凸顯。夏熱冬冷地區(qū)建筑太陽能被動式設(shè)計對于建筑節(jié)能減排和優(yōu)化人居環(huán)境等方面有重大意義，但涉及問題太多，要想面面俱到且深入透徹恐非本篇論文能夠?qū)崿F(xiàn)。本文以湖北黃石地區(qū)某設(shè)計競賽為案例，針對該地區(qū)的氣候條件和住宅現(xiàn)狀，對其進行地域性的被動式太陽能設(shè)計，意圖提出滿足居住環(huán)境熱濕質(zhì)量條件的建筑方式。

二、場地概況

黃石市地跨北緯29°30′～30°15′，東經(jīng)114°31′～115°30′，位于中國湖北省東南部，長江中游南岸，是武漢經(jīng)濟圈內(nèi)重要城市。本項目位于黃石西塞山區(qū)中國住谷核心區(qū)內(nèi)，緊鄰太白湖，占地面積約13.3公頃。本項目將在住宅公園中擇地建設(shè)，承擔農(nóng)村住房展示、體驗、推廣等功能。目前，黃石地區(qū)電力資源充沛，鋼材、水泥、石膏、沙、石等材料資源豐富，可以建造鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)、砌塊等形式農(nóng)村住房。住宅公園給水、電市政管網(wǎng)均齊全，無集中燃氣管網(wǎng)，無集中排水管網(wǎng)。

三、項目簡介

本項目為典型單體居住建筑設(shè)計，每戶占地面積150平方米，農(nóng)村住房為二層，以當?shù)剞r(nóng)村住房為原型，每戶均有自家小院，建筑面積200～250平方米，戶型設(shè)計以滿足日常生活使用為基礎(chǔ)，農(nóng)村住房外觀色彩整體協(xié)調(diào)，與當?shù)丨h(huán)境、特色建筑相呼應(yīng)，體現(xiàn)本地區(qū)地域特征。

本項目試圖利用當?shù)靥柲苜Y源較豐富的特點，結(jié)合建筑設(shè)計及夏熱冬冷地區(qū)氣候特點，分析農(nóng)村住房使用能耗及應(yīng)用特點，因地制宜地應(yīng)用太陽能系統(tǒng)，探索與被動式太陽能系統(tǒng)結(jié)合的農(nóng)村住房建造方式，重點表達技術(shù)、產(chǎn)品與建筑結(jié)合的設(shè)計方法與建造方式。結(jié)合建筑方案的特點，通過對太陽能在建筑中的被動利用技術(shù)的合理選擇和應(yīng)用，著重解決建筑冬季采暖、夏季降溫和空氣潮濕等問題。

四、關(guān)鍵問題

在中國5個建筑熱工設(shè)計分區(qū)中，夏熱冬冷地區(qū)是唯一對采暖與空調(diào)均有較長時間要求的地區(qū)。隨著人們經(jīng)濟條件迅速改善，對生活質(zhì)量的要求越來越高，伴隨著空調(diào)與暖氣進入家庭，能耗問題、污染問題、城市熱島問題迅速加劇。

由于歷史的原因，夏熱冬冷地區(qū)基本上沒有集中供暖系統(tǒng)，建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能均不佳，圍護結(jié)構(gòu)中透明部分（窗、玻璃幕墻、玻璃采光頂?shù)龋┑膯栴}尤其嚴重。目前家家戶戶采用獨立的雙制式空調(diào)，這種采暖、制冷模式極為浪費能源。

此外夏熱冬冷地區(qū)的另一大氣候特點就是空氣潮濕，以至于夏季悶熱而冬季濕冷。

因此如何處理夏季減少太陽輻射與冬季對太陽能需求這一矛盾，如何平衡保溫隔熱與通風除濕之間的關(guān)系，成為設(shè)計的兩大關(guān)鍵問題。

五、方案介紹

（一）綜合介紹

本文的基本目標是兼顧冬夏的可能性，在比較的基礎(chǔ)上尋找適合夏熱冬冷地區(qū)氣候特點的被動式太陽能裝置?；趯ο臒岫涞貐^(qū)氣候的理解，本文認為，解決該問題的核心是設(shè)計應(yīng)該具有動態(tài)調(diào)節(jié)的可能性。

如圖1所示，本方案在不同的部位采取了包括種植屋面、采光通風天井、陽光間、隔熱窗、底層架空、特朗勃墻等一攬子被動式太陽能設(shè)計技術(shù)，其中最核心的兩大部分為天井系統(tǒng)和陽光間系統(tǒng)。而它們的最終模型也集中體現(xiàn)了可變式的設(shè)計理念。

（二）陽光間系統(tǒng)

在夏季的能耗損失中，太陽輻射是其主要因素。因此，采取適當?shù)恼陉柎胧?，防止直射陽光的不利影響，將會大大降低建筑能耗。由于夏季陽光直射是造成室?nèi)得熱的主要途徑，除墻體外保溫和門窗節(jié)能之外，建筑外門窗遮陽也成為建筑節(jié)能的重要手段之一 。

如圖2所示，陽光間系統(tǒng)由導風窗、Low-E玻璃、蓄熱樓板、導風板、通風屋頂?shù)炔糠纸M成。其工作原理如下：夏季白天導風窗開啟，空氣經(jīng)由水池降溫，從導風窗進入陽光間。同時頂部導風板開啟，玻璃窗關(guān)閉，整個陽光間形成煙囪效應(yīng)，將冷空氣由底部拔到頂部并排出，通過此過程帶走熱量；夏季夜晚，再將玻璃窗打開，以達到通風降溫的目的。冬季白天，底部導風窗、頂部導風板以及玻璃窗全部關(guān)閉，利用陽光間的溫室效應(yīng)通過蓄熱樓板存儲熱量，并把熱量傳到室內(nèi)。并且，在冬天夜晚，通過白天用蓄熱墻體存儲的熱量為室內(nèi)傳熱。

（三）天井系統(tǒng)

如圖4所示，方案中設(shè)計了一個室內(nèi)小天井系統(tǒng)，其頂部為玻璃板和可開閉式的遮陽百葉雙層屋頂，并在下方增加了一個可開啟的高側(cè)窗。其工作原理如下：在夏季，百葉關(guān)閉以阻擋過多的太陽輻射，同時高側(cè)窗開啟，形成煙囪拔風效應(yīng)，以帶走室內(nèi)熱量，并降低濕度；在冬季，高側(cè)窗關(guān)閉，避免熱量外流，減少室內(nèi)熱損失，并且白天將遮陽百葉開啟，增加太陽輻射，夜晚將百葉關(guān)閉，鎖住室內(nèi)熱量。

（四）其他被動式設(shè)計

遮陽設(shè)計

遮陽采用固定式遮陽，其出挑長度經(jīng)過計算，采用秋分日的太陽高度角為基準，以使盡量避免夏季太陽直射，同時又不影響冬天的陽光。

通風屋頂

屋頂設(shè)計為通風屋頂，在檐口下方做成通風花格，以增強室內(nèi)通風效果。

植物的利用

方案增加了對植物的靈活運用。如圖5所示，在一層臥室南向設(shè)計了一個植物網(wǎng)架，夏季可做遮陽，而冬季植物枯萎，可以使房間享受太陽照射。另外，利用同樣的原理，在西曬墻外部做了一個植物防曬金屬架。

總結(jié)：

本文認為，利用被動式太陽能設(shè)計可以改善室內(nèi)微氣候環(huán)境，從而真正達到節(jié)能減排的目的。綜合考慮夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點、材料的生態(tài)特性及耐候性、構(gòu)件的成本及中國的國情，本文設(shè)計了一系列被動式太陽能技術(shù)以適合夏熱冬冷地區(qū)復(fù)雜的太陽能利用需求。這些“可調(diào)節(jié)附加構(gòu)件”在解決建筑之舒適性及能耗問題的同時，也將對建筑的立面產(chǎn)生重要影響，從類型學角度看，這也是一個值得建筑師探討的領(lǐng)域。本文雖以農(nóng)村住宅為研究對象，但其部分原理同樣適用于的公共建筑。

注：本文所有圖片均來源于作者自制。

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