浙中山地联排农居节能设计探索

0 引言山地农居是适应浙江中部山丘地质、地貌、气候等自然因素，并在一定的社会和经济条件下产生的一种建筑形式。但存在室内通风不良、自然采光不足、阴暗潮湿、卫生条件差、造型和空间单一呆板等缺陷，在时代背景下，面临着巨大挑战。随着农村经济的发展，农村住宅建设进入一个快速发展的时期。同时，农民生活水平的提高，对居住环境质量提出更高要求，而提高住宅室内热环境就是其中重要的一项，但是我国能源紧缺，提高农村住宅室内热环境不能完全走城市发展的道路。农村住宅技能应考虑其适宜性。1 设计思路浙江中部地区夏季炎热，冬季寒冷，住宅冬夏两季的室内热环境差。但这一地区不属于法定的采暖区，夏季一般也只靠通风降温。许多居民购买了空调和电采暖器改善住宅冬夏两季的室内热环境，但这耗费大量电能。适宜的节能技术应与地方经济水平相匹配。技术水平高的节能技术，它的长期经济效益比较好，但可能导致很高的前期投入，超出农居居民的经济承受能力。而技术水平较低的节能技术，虽然经济效益不是最佳，但由于生产成本较小使得该种技术可能符合农村地区的经济承受能力。通过改进农居结构形态，结合节能设计理念，最大限度发挥建筑构造的功能，从太阳光、自然风、雨水、植被、水井等自然环境因素着手，充分利用空气热作用原理，实现夏季通风散热、冬季采暖保温、节约土地、节能降耗的良好效果。2 节能环保设计创新点2.1 联排布局节约土地资源；空间合理分区，最大限度发挥房间使用功能浙中山地农居常见布局形态有独立式和联排式。独立式农居间留有消防间距，不利于提高土地的利用率，而联排式农居又未能很好地解决靠山一侧房间的采光和通风问题。本设计的山地联排农居房间功能安排，在满足农村居民的传统居住习惯的基础上，对房间布局进行合理划分，不仅有效节约土地资源且达到良好的采光和通风效果。农居充分结合山地自然环境，采用退台式的空间造型。农居一层中部保留传统的天井，满足东西两侧厨房、卫生间、工具间的采光通风取暖需求；北侧设计为厅堂，是农户就餐、会客的场所，靠北面山体的墙体增设了通风间，补充厅堂的通风与采光。出于采光、取暖和防潮的考虑，2 层北侧安排了卧室；阳光间布置在中间、露台在南侧，满足农户生活舒适性的需求(见图 1、2)。2.2 利用空气热作用原理及形成室内空气循环路径太阳辐射能是一种低能流密度且仅能间歇利用的能源。利用太阳能进行采暖，可以提高和改善冬季室内热环境质量，节约常规能源，保护生态环境，是一项绿色技术[1]。阳光间得到阳光照射被加热，其内部温度高于室外环境温度。白天，通过阳光间获取太阳能，通过传导、辐射和对流方式把热量供给房间；夜间，阳光间又可作为缓冲区以减少房间热损失。2 层南侧设计阳光间(见图 3)，通风间设计在建筑北侧。阳光间内空气温度高、通风间内空气温度低，而这两个空间是连通的。这样，建筑自身巧妙地利用了阳光间和通风间冷热空气相互作用的原理，进行室内空气循环,达到了节能降耗的目的。2.2.1 冬季采暖冬季上午阳光逐渐变强，室外气温升高。当室外气温高于室内温度时，这时打开建筑南侧窗户，在温差作用下，室外热空气与室内冷空气进行交换对流，室内温度逐渐升高(见图 4)。冬季下午阳光强度逐渐变弱，关闭阳光间窗户A、B 和通风间的窗户 E，阳光间通过太阳的持续照射后空气温度继续升高，热空气的上升作用使得暖气流通过窗户 C 进入卧室。同时由于压力减小使得 1 层厅堂的冷空气通过窗户 G 进入阳光间继续受热升温。这样，室内空气通过阳光间→卧室→通风间→厅堂→阳光间的途径在建筑内部形成空气循环，以达继续升温的目的(见图 5)。2.2.2 夏季降温夏季上午利用室内外自然通风以散热。室外自然风在 1 层大门—庭院—客厅门窗—客厅—通风间—建筑后面的山体，及 2 层阳光间—卧室—通风间—山体之间形成直接通风系统，利用自然风流动带走室内热量，从而达到散热目的(见图 6)。夏季下午室外温度较高时，关闭阳光间窗户 A 并放下百叶窗，百叶窗起到较好的隔热作用。但由于阳光间受到阳光的继续照射后，内部温度还会上升，这时关闭卧室窗户 C 并打开阳光间顶部的排气窗 B，空气受热上升，压强减弱，迫使厅堂气流流入阳光间继续受热上升，最终建筑北侧山坡上的凉爽空气经过通风间→厅堂→阳光间→室外，形成一个循环，保证卧室、厅堂始终处于较舒适的低温效果(见图 7)。2.3 增设节能降耗辅助构造在农居天井内挖一水井，利用井水冬暖夏凉的特性来调节建筑局部气候。水井的上部设计一环形储藏间，水井具有的温控特点使储藏间成为住户存放粮食的天然冰箱(见图 8)。屋顶是承受气候要素作用最强的建筑构件，如夏季的太阳辐射热、冬季及夜间的长波辐射热以及雨、雪等的影响。对于两层的农村住宅，屋顶在整个围护结构中，所占的比例较大。屋顶也是造成室内热损失的主要通路，热损失量的多少决定于屋顶的热阻。露台覆盖植被，植被表面具有较高的反射率，减缓了与室内温度温差下的传热；而且由于植物的蒸腾作用，甚至可以实现在室内外温差下的零传热与负传热，从而有效地改善建筑室内的温度舒适性(见图 9)。建立雨水收集系统。下雨时，屋顶雨水经大口径集水管汇集，通过滤网进入地面蓄水池，用于庭院洒水、浇灌花草、洗刷、冲厕等，从而节约用水。3 结语由于建筑节能工作牵涉面十分广泛，特别是农村居民缺乏利益驱动，政府缺乏强有力的激励引导政策，同时建筑节能设计标准执行、监管能力低下，尚未形成有效的信息扩散体系，全社会建筑节能意识淡薄。随着农村经济的发展，农村住宅会加快更新。农村住宅建设是新农村建设的一部分，新农村住宅应是适应农村生产、生活，富有地域特色，符合可持续发展的实用型住宅。本文在传统民居布局的基础上进行创新，利用自然通风，实现自然环境因素与建筑构造之间的互动，提高农居建筑节能降耗的效果。这对多山地区农村民居建设具有一定的应用价值。