浅谈节能住宅设计中对可再生能源—风能的利用

2013-12-03曲晓岚

中国建筑金属结构 2013年12期

曲晓岚

（宁波大学建筑设计研究院有限公司，浙江宁波 315211）

随着社会的发展，人口的剧增及人们对高品质生活质量的不断追求，建筑给我们赖以生存的地球环境及资源带来了沉重的负担。而我国正处在城镇化快速发展阶段，大量新建的低比例节能住宅已成了现阶段急需解决的问题。大力推广节能住宅的设计与建设已成为我国的基本国策。

对于节能住宅的设计而言，对可再生能源—自然能源的利用可谓是最具意义的。其优越的节能减排效果，使建筑最大限度地避免了对地球环境的破坏。根据我国的气候特征及住宅的特性，住宅建筑可以在风能、太阳能、地热能等可再生能源方面加以利用。其中，对风能及太阳能的利用是其中非常重要的一环。

随着社会、科技的进步，人类对自然能源的利用技术日益成熟，现代科技不仅能把风能转换电能、空气压缩能，还实现直接转换为热能，高效利用应用于日常生活中。空气能热水产生设备，因其只需要相当于电热水器的1/4、燃气热水器的1/3的使用成本的优越性令其迅速占领了热水器市场。相当于1/5电热水器、1/6煤气热水器、2/3普通太阳能热水器的耗能，令空气能热水器对环保事业做出了巨大的贡献。由于它的能效比与空气源的温度有关，应因地制宜的分析场地的自然环境情况做出选择，以发挥其最大效益，这是设计时需要考虑的要点。

作为自古以来传统民居设计的重点——自然通风设计，现代社会的高科技又赋予它新的设计理念。自然通风的目的是在夏季夜晚和过度季节等室外温度宜人的条件下，通过各种技术措施将自然风引入室内，并组织好室内空气的流通，为室内提供温、湿度适宜的舒适环境，并为居住空间提供高质量的新鲜空气，保证居住者的身体健康。其设计手法多种多样，以下将具体分析各种技术措施的节能效果及设计的注意点。

1 加强室内各室通风效果的措施

住宅的平面布置对通风路径影响重大。纵观我国各民族的传统民居，穿堂风的设计是获得舒适的室内风环境的重要手段。计算机模拟显示，客厅、餐厅、厨房等共用空间的南北贯通设计，各居室、书房等私密性用房出入口的对称布置，利用交通面积形成有效通风槽等设计手法，是组织穿堂风的有效手段，对改善自然通风效果明显[1]。另外，据研究室内每小时的换气次数是随着房间维护结构开放程度的增大而增大的。设计可通过门下留缝、门上设楣窗、可移动内墙等逐渐加大通风口面积的手段来加减小通风阻碍，加强各居室的通风效果。

通风路径的确保在住宅设计中是实现自然通风的基础。尽量减小通风阻碍以获取良好自然通风效果的手法，常常会与居住建筑的平面使用功能、私密性设计产生矛盾，如何协调、平衡它们之间的关系进行设计，是实现健康舒适居住空间的设计要点。

2 直接获取自然风的技术措施

根据场地风环境情况，合理布局平面，根据夏季及过度季节的主导风向，调整建筑物的朝向，使开口位置尽可能的直接扑捉到自然风。模拟证明，建筑物在与主导风向有一定角度时，建筑迎风与背风面的风压压差会增大，室内的自然通风效果就越好[2]。由于每个场地的地貌、周围环境不同，使每个项目的建筑所处的室外风环境差异巨大。设计切忌生搬硬套，一定要因地制宜的仔细分析所处场地的风环境状况，运用计算机模拟配合设计，确定最优自然通风的朝向与建筑群体的排布形式是设计的要点。根据经验，在室内各居室通风良好的条件下，此项技术措施将可能给节能设计带来10%左右的贡献预期。

3 间接获取自然风的技术措施

研究表明，垂直导风板的设置，可以将平行建筑物窗面的气流引入室内，加强通风效果。如图1所示：

图1

设计可采取结合立面设置导风墙、利用平开门、窗扇做导风板的形式进行设计。在别墅设计中还可以结合景观设计设置合适的植栽起到诱导风向，将自然风引入室内加强自然通风效果的作用。导风板设置的位置及其与风向的夹角与引入室内的风量有着直接的关系[3]，设计时结合场地风环境的实际情况，利用计算机模拟配合设计的手段来确定最佳自然通风效果的方案。根据经验，在室内各居室通风良好的条件下，此项技术措施将可能给节能设计再带来10%左右的贡献预期。

4 利用坡屋面加强通风的技术措施

在别墅设计中，还可以在坡屋顶设置天窗，利用外墙面与坡屋顶的风压差，形成对流加强自然通风效果。如图2所示。

图2

坡屋顶的坡度与风压大小有关，当坡屋面的坡度小于19°时，坡屋顶的风压就会变为负值，可组织由外窗流入天窗流出气流，进而加强自然通风效果。设计的关键点是合理坡度的坡屋顶的确定。本项技术虽然自身节能效果不是很明显，但结合利用温差加强自然通风效果措施后，会使节能效果显著提高。

5 温差加强自然通风的技术措施

众所周知，气流都是由低温向高温方向流动的。利用这一原理，在别墅设计中，可利用室内外温差组织气流，形成良好的自然通风效果。我们可在屋顶设置天窗，在太阳辐射下，天窗顶部空气的温度就会升高，而在建筑室内，阴凉的环境使得空气室内温度低于室外温度。它们之间的温差，即使是在无风的条件下，也会形成由下向上的气流，加强了自然通风效果。结合适宜坡度的坡屋面设计，其在室内各居室通风良好的条件下，将可能给节能设计带来10%左右的贡献预期。