自然通风采光技术在下沉式窑洞改造的应用

路艳红

（太原理工大学轻纺工程与美术学院，山西 太原 030600）

下沉式窑洞是陕西地区的特色建筑类型，历史悠久，且符合生态可持续发展的要求。它在人与自然的关系中表现出人工与自然的结合，是人与大自然和谐共生的典型范例。在倡导绿色节能、可持续发展的今天，大量现存且仍在使用的窑洞民居只要经过用心改造便能重焕生机。

1 陕西三原县柏社村地坑窑

柏社村位于陕西省咸阳市三原县新兴镇，关中北部黄土苔原区，因广种柏树而得名“柏社”，距今已有1 600多年的发展历史。目前保留窑洞780院，地坑窑255口，整体以下沉式窑洞为主。

1.1 地坑式窑洞现状

随着我国人民生活水平的提高，原生态的窑洞逐渐与贫穷、落后相联系。人们认为住在窑洞有失身分，因此，村中大量窑洞遗弃荒废，年久失修濒临毁坏。使用中的窑洞仍然具有采光不良、空气不畅、阴暗潮湿、清洁能源利用率不高、院内环境恶劣、窑洞中排污系统不健全、窑洞室内格局单调、缺乏合理规划等诸多问题。

1.2 地坑式窑洞缺点

①自然缺点：雨水渗顶，塌方严重；室内阴暗潮湿，采光通风不畅；②生活缺点：上下交通不方便；牲畜养殖不方便；屋内没有卫生间；③设计缺点：各功能空间相互间没有联通；布局单一；窑脸简陋；院内景观单调。

1.3 地坑窑洞优点

①节能：生土本身是生态的原始材料，成本低、节能环保；②宜居：冬暖夏凉、安静宜人、抗震性能强；③文脉：地坑窑是黄土高原的精神文化符号，是先民穴居生活的活化石。

2 自然通风原理

自然通风是低碳建筑中广泛采用的一项技术措施，目的是降低能耗、减少污染，主要有以下几种方式。

2.1 利用风压的自然通风

利用风压的自然通风也就是我们常说的“穿堂风”。当风吹向建筑物的时候，受到建筑物的阻挡而在迎风面产生正压区，气流绕过建筑物在背面形成负压，风压就是利用建筑物两面的压力差，使气流从高的一侧向低的一侧流动。

2.2 利用热压的自然通风

空气密度会随着温度的变化而变化。当室外气温较低时，室外空气密度增加，较重的冷空气会通过建筑物的底部被吸入，而室内的气温较高时，室内的气体密度会变小，热空气上升，从建筑物上部的窗口排出去。进入室内的冷空气又会被加热，变轻上升，从而形成自下而上周而复始的循环流动。热压通风通常需要借助建筑物的中庭、阳光间和烟囱等装置的作用。

2.3 风压与热压结合的混合自然通风

热压通风和风压通风会不同程度地影响建筑物，室内的气流通常是在二者的综合作用下形成的。热压和风压可以在同一方向上起作用，增强通风效果；也可以相互削弱，影响到实际的通风效果。一般而言，热压作用相对稳定，可以人为地创造烟囱效应拔风的条件；而风压则常受到气流、建筑形状、周边环境等因素的影响。

2.4 机械辅助的自然通风

机械通风是指采用电力设备例如风扇、风机来实现新风的进与排。这在一些大型公共建筑场所是很必要的。机械通风可以保障连续和稳定的新风，很好地控制室内的湿度，在保障进入室内空气清洁度的同时，还能减少室外噪声以及污染物的影响。

3 柏社村地坑窑的采光措施

3.1 建筑物朝向与采光

柏社村属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋时有连阴雨天气出现。夏季太阳直射角度大于冬季，因此，窑洞坐北朝南宜于居住，有的在南面开三口窑洞都是为了最大程度的采光。

3.2 屋面与采光

窑洞四面为坡屋顶，坡度一般在27°～30°之间，围合的坡屋面形成漏斗状，且出檐很短，这样可以使更多的阳光照射到建筑物的间隙，以及天井和庭院之内，方便采光。坡屋顶的四周结束处为檐口，檐口上大部分设有拦马墙，除了能阻止地面上的人掉入院中之外，拦马墙在坡屋面上的投影也有防晒遮阳的功能。

3.3 门窗与采光

侧向采光是建筑物最常见的采光方式，根据窗位置的不同，侧向采光还可以分为双向采光和单向采光。由于下沉式窑洞自身构建方式的特殊性，建筑物只能单向接受采光，所以其室内采光受到建筑进深和开间的直接影响，即使整个开间均设为门窗，室内光线仍然不足。为了解决室内的采光问题，可以在保证窑洞坚固的基础之上适当地增大开间尺寸，这样可以加大窑洞单侧窗户的面积，进而增加采光量。同时，在窑洞后部增加竖向天井，设置反光板，利用折射可以将阳光引入室内。

4 自然通风在下沉式窑洞中的应用

自然通风技术在应用过程中，要充分结合当地自然环境，采取相应的措施，才能保证自然通风达到良好的生态效能。很多因素都会影响建筑物室内的自然通风，如建筑物的朝向，所以要综合考虑其采光、太阳辐射等来确定其角度。另外，建筑的进深与开间对自然通风也有很大的影响，房间的自然通风量会因为进深的增加和开间的减小而大大降低。传统窑洞的开间往往是面宽3～3.3 m，进深6.5～10 m，从安全角度考虑窑洞自身的稳定性，可以尝试在房后开孔，从地面向下挖6 m做房中庭院，利用中庭空间对其进行通风改造设计，见图1，积极地引入新鲜空气并促进房间中的空气流通。

图1 通风改造设计

当夏季室内空气潮湿时，可以打开窑洞上设置的太阳能烟囱的可控百叶，室内空气会在热压作用下向外排出，当室外太阳辐射强烈时，吸热板吸收更多的热量，使得太阳能烟囱内更热，加速了热压通风的作用。如果室内湿度过大，热压作用满足不了通风需要，这时可以打开风机来加强通风，以达到降温通风除湿的作用。而且夏季室外热湿空气通过土壤预冷，再进入室内就不易结露，能够有效降低室内的湿度，见图2。

图2 降底室内湿度

5 结论

自然通风采光是实现生态建筑的一项重要技术，可以提高室内品质，降低建筑物的能耗，实现建筑结构与环境的有机结合，使人置身于生态型通风的氛围，是实现建筑与自然环境和谐共生的重要因素。

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