冀东地区农村住宅优化设计策略研究

2017-10-23

福建质量管理 2017年18期

(河北建筑工程学院建筑与艺术学院河北张家口 075024)

冀东地区农村住宅优化设计策略研究

任志坤孙健成帅陆炳燕

(河北建筑工程学院建筑与艺术学院河北张家口075024)

通过对冀东地区乡村民居的调研、分析、总结，提炼当地乡村民居气候适宜性设计经验，并在冀东地区乡村民居的调研中发现其室内环境存在的问题，以及热舒适的调研，得出当地人的热舒适区间，从而提出冀东地区乡村民居的新建以及改造过程中可采用被动式设计策略。

冀东地区；农村住宅；软件模拟；热舒适

一、冀东地区农村的现状

为深入了解冀东地区农村住房建筑现状，对唐山、秦皇岛典型村镇的农村住宅进行问卷调研和实地考察。通过对农宅空间布局现状调研发现,冀东地区农村现有住宅以传统庭院形式为主，绝大多数为独立院落式，沿袭了北方传统合院民居的形式，建筑层数一般为1层。功能布局一般为三开间，中间为堂屋，堂屋两侧布置卧室。体型系数普遍较大，一般在0.6～0.8之间。

合理的平面布局可以节省建筑能耗，被动式建筑不仅应着眼于构造技术，也应着眼于形体以及平面功能。在寒冷地区开窗和朝向还应该考虑到建筑的通风，面向最有利于通风和接受日照的方向。

1.室内风环境

住宅的室内风环境与所处的当地气候是密不可分的,当地的住宅朝向、主导方向、院落形式都是影响住区风环境的因素。影响室内主要风环境的因素是窗的位置、开口大小、开启方式等。房间通风尽量采用穿堂型布置或错位型布置,尽量减少单侧布置，减小风向阻力,提高室内空气品质。房间开口位置与窗户位置直接影响进风量和风速。根据测定,当开口位置与窗户位置相对的时候通风效果最佳。

室内热湿环境和空气品质影响自然通风，其中房间室内热湿环境的主要影响因素是各种外扰和内扰。外扰主要包括室外气候参数(如室外空气温、湿度,太阳辐射,风速,风向变化等以及邻室的空气温度、湿度等),它们均可通过围护结构的传热、传湿以及空气渗透来影响室内热湿环境。内扰主要包括室内设备,照明,人员等室内热源、湿源。影响自然通风房间室内空气品质的主要原因有室内污染物和室外空气品质。农村地区一般室外空气新鲜、无污染,因此提高室内空气品质的首要任务是增加通风换气量。

图1 模拟计算模型

2.建筑朝向

光是人类赖以生存的保障。阳光照射促进生物体的新陈代谢，引起动植物的各种光反应。而对于寒冷地区，争取日照对建筑采暖节能效益更为重要。争取日照需要合理的朝向、合理的排列布局方式等等，笔者运用DeST软件对不同朝向的农宅进行模拟分析，从而得出最优化(考虑自然光)室内照明朝向。

二、软件模拟

1.建筑体形的设定

如图1所示，计算模型平面面积为(东西长：12m、南北宽：7m)，层高为3m，共1层。单一房间面积为28m2(东西长：4m、南北宽：7m)，共3间房。建筑南向设置了四个窗户，卧室南向窗户面积为4.5m2(横向长：3m、高度：1.5m)，客厅南向窗户面积为1.5m2(横向长：1m、高度：1.5m)。东向、西向和北向没有设置窗户。

2.建筑热工性能的设定

南向窗传热系数K值设定5.7W/m2·h,遮阳系数SC值为0.85，太阳能的热系数SHGC为0.739,太阳能透过率和反射率均为70%，可见光透过率78%，可见光反射率80%。

3.人员与设备热工因素的设定

卧室和客厅的灯光热扰最大功率设置为6W。卧室的最低照度设置为75Lx，客厅的最低照度设置为100Lx。选用DeST软件中默认的卧室和客厅人员作息和客房灯光作息(如图2所示)。

图2 卧室自然满足小时数(h)

4.计算模拟结果

通过图3可知，卧室的自然采光满足小时数在正东时为最低，为2971h。当朝向从正东向南偏西50°转动时，全年考虑自然光全年照明电耗基本呈现线性升高的趋势。在南偏西50°照明电耗为最高，为3244h。而朝向从南偏西50°向正西转动时，全年考虑自然光全年照明电耗基本呈现线性降低的趋势。

图3 卧室自然采光满足小时数(h)

通过图4可知，客厅的自然采光满足小时数在正东时为最低，为2053h。当朝向从正东向正南转动时，全年考虑自然光全年照明电耗基本呈现曲线升高的趋势。在正南朝向时照明电耗为最高，为2649h。而朝向从正南向正西转动时，全年考虑自然光全年照明电耗基本呈现曲线降低的趋势。

图4 客厅自然采光满足小时数(h)

通过表1可知，冀东地区当建筑朝向为正东时，全年考虑自然光全年照明电耗最低，为852.01kW·h，此时的节约照明电耗百分比为4.18%。当建筑朝向从南偏东10°到南偏西10°时，考虑自然光全年照明电耗最高，为868.14kW·h，此时的节约照明电耗百分比为2.36%。当朝向由正东向正南转动时，由于卧室和客厅人员的作息时间的限定、太阳方位角和太阳高度角的改变，自然采光满足小时数会呈现曲线性降低。但考虑自然光全年照明电耗整体变化幅度相对较小。