湘北農(nóng)村住宅自然通風(fēng)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,住宅節(jié)能已成為可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。農(nóng)村住宅由于其龐大的面積基數(shù),未來的能耗增長不容小覷。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),農(nóng)村住宅節(jié)能的工作重點(diǎn)應(yīng)是盡量利用被動式技術(shù),減少能源消耗和能源需求的增加。被動式技術(shù)的運(yùn)用決定于良好的設(shè)計(jì),而大部分農(nóng)村住宅的設(shè)計(jì)粗糙,缺乏對被動式技術(shù)的科學(xué)理解和利用,是值得提升的重要環(huán)節(jié)。
　　 文章首先從可持續(xù)建筑實(shí)現(xiàn)途徑和障礙入手,認(rèn)為最重要的一個障礙在于建筑技術(shù)研究

2、成果難以為設(shè)計(jì)人員(主要是建筑師)所用。分析了中國可持續(xù)建筑發(fā)展的現(xiàn)狀,提出中國可持續(xù)建筑發(fā)展重點(diǎn)在設(shè)備材料技術(shù)、設(shè)計(jì)和教育三方面,其中設(shè)計(jì)是實(shí)施的技術(shù)保障。認(rèn)為需要采用設(shè)計(jì)師理解的方式促進(jìn)技術(shù)成果的應(yīng)用,并將此融入教育體系中,三者相輔相成不可分割。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合建筑符號學(xué)觀點(diǎn),提出在中國可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)方法上需要將傳統(tǒng)的“圖形化思維”與可持續(xù)建筑技術(shù)的定量化方法融合,首次提出“定量化符號”的設(shè)計(jì)方法,分析了該方法在農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)用的

3、可能性。
　　 文章對湘北3個縣共128棟農(nóng)村住宅的能耗進(jìn)行了普查,并以岳陽縣張谷英村為重點(diǎn),在傳統(tǒng)民居和現(xiàn)代住宅中各選取1棟為樣本對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)測試。能耗普查的結(jié)果表明,湘北農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),住宅能耗僅為城市住宅的2/3,電耗僅為城市住宅的2/5。通過室內(nèi)環(huán)境分析可看出,傳統(tǒng)民居綜合利用遮陽、良好保溫隔熱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、選址等多種被動式技術(shù)獲得相對較好的夏季室內(nèi)熱環(huán)境與風(fēng)環(huán)境,而現(xiàn)代住宅較少采用被動式技術(shù),冬夏熱環(huán)境均較差。但

4、遮陽設(shè)計(jì)造成傳統(tǒng)民居室內(nèi)采光遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代農(nóng)村住宅。因此,湘北農(nóng)村住宅的研究應(yīng)著重于無運(yùn)行能耗、成本低廉的被動式技術(shù)。被動式技術(shù)的運(yùn)用還需考慮不同季節(jié)的需求。在難以兼顧時,應(yīng)首要考慮夏季需求,在可能的情況下兼顧冬季需求。自然通風(fēng)是湘北農(nóng)村住宅夏季降溫主要被動式技術(shù)之一,具有很強(qiáng)的研究價值。
　　 在明確了研究對象后,文章先從選址對住宅自然通風(fēng)的影響入手,采用CFD方法模擬了住宅結(jié)合丘陵地形的選址模式、平原地形下住宅結(jié)合綠化的選址模

5、式、聯(lián)排住宅結(jié)合道路的選址模式下不同工況的自然通風(fēng)效果,獲得了最有利于自然通風(fēng)的選址模式,以及相應(yīng)的“定量化符號”。模擬結(jié)果表明:在丘陵地形下,不管丘陵高度是50m還是150m,當(dāng)建筑和丘陵間距為12m時,建筑冬夏季自然通風(fēng)最符合要求;在平原地形下,當(dāng)綠化喬木存北側(cè)與建筑相隔12m,綠化種植范圍超過建筑東西側(cè)邊墻各4m時,冬夏季自然通風(fēng)最符合要求;在聯(lián)排住宅結(jié)合道路的選址模式中,當(dāng)南北側(cè)建筑間距為12m時,北側(cè)建筑夏季自然通風(fēng)效果最佳。

6、此時,南側(cè)建筑可以采用北向種植綠化或其他技術(shù)措施來遮蔽北風(fēng)。
　　 文章進(jìn)一步從建筑平面設(shè)計(jì)的角度出發(fā),對農(nóng)村住宅平面設(shè)計(jì)中,內(nèi)門設(shè)計(jì)、附屬空間設(shè)計(jì)和天井設(shè)計(jì)三種情況下不同工況的自然通風(fēng)效果進(jìn)行了模擬,并獲得利于夏季自然通風(fēng)的最佳模式,以及相應(yīng)的“定量化符號”。在內(nèi)門設(shè)計(jì)方面,相對開門的模式能夠有效的改善建筑北側(cè)房間的自然通風(fēng)。在附屬空間設(shè)計(jì)方面,附屬空間東西向布置、向內(nèi)擠壓的模式既能促進(jìn)室內(nèi)自然通風(fēng),又能節(jié)約土地。在天井設(shè)置上

7、,當(dāng)天井南北向距離為2m時,建筑室內(nèi)各個房間在夏季均能獲得較好的自然通風(fēng)效果。
　　 文章通過對住宅結(jié)合丘陵地形選址模式的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),測試了不同間距和不同來流角度共10中工況下建筑表面風(fēng)壓系數(shù),并與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)與模擬吻合程度較好,平均誤差基本在15％以內(nèi),單個測點(diǎn)誤差大部分在20％以內(nèi),極少數(shù)在20-25％之間。從工程實(shí)際應(yīng)用與設(shè)計(jì)運(yùn)用的角度出發(fā),這樣的模擬精度滿足應(yīng)用要求,模擬結(jié)果可以運(yùn)用在湘北地區(qū)農(nóng)村住宅自

8、然通風(fēng)設(shè)計(jì)中。
　　 為了在設(shè)計(jì)中應(yīng)用上文提出的最佳模式,文章在調(diào)研的基礎(chǔ)上總結(jié)了湘北農(nóng)村住宅的特點(diǎn),提出了包括選址——周邊環(huán)境——朝向——平面布置——細(xì)部調(diào)整等5個步驟在內(nèi)的迭代設(shè)計(jì)流程,并采用層次分析法和專家小組法,確定了農(nóng)村住宅自然通風(fēng)設(shè)計(jì)評價標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重系數(shù),提出了農(nóng)村住宅自然通風(fēng)設(shè)計(jì)評價等級的劃分,以此作為決策的基礎(chǔ)。
　　 本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于:
　　 (1)針對可持續(xù)建筑相關(guān)研究成果難以為設(shè)計(jì)所用的現(xiàn)

9、狀,結(jié)合西方建筑符號學(xué)理論,首次提出了在可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)上可采用“定量化符號”的設(shè)計(jì)方法。
　　 (2)首次對湘北農(nóng)村住宅(含現(xiàn)代住宅和傳統(tǒng)民居)的能耗與室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行了測試。在測試結(jié)果的基礎(chǔ)上,分析了農(nóng)村住宅能耗特點(diǎn),對比了傳統(tǒng)民居和現(xiàn)代農(nóng)村住宅室內(nèi)熱、光、風(fēng)環(huán)境,分析了其在被動式技術(shù)運(yùn)用方面的優(yōu)劣勢。
　　 (3)采用模擬分析自然通風(fēng)效果的方法,研究了住宅結(jié)合丘陵選址模式、住宅結(jié)合綠化選址模式、聯(lián)排住宅沿道路布置選址模式