1、寒冷地区农宅设计策略实测分析摘要：本文通过对寒冷地区某处典型农宅的冬季室内热环境物理参数进行了现场实测、分析，得出充分利用太阳能资源是改善本地区冬季室内热环境状况的有效措施之一，并提出了切实可行的太阳房农宅设计方案，为寒冷地区新农村建设和新形势下农宅的可持续发展提供技术支持。 关键词：寒冷地区；农村住宅；室内热环境；太阳能资源 中图分类号：U292.4+4 文献标识码： A 文章编号： 引言 寒冷地区建筑热工设计要求应满足冬季保温，部分地区兼顾夏季防热。大部分农宅只有遮风挡雨的作用，农民居住状况和冬季室内环境的热舒适性都比较差，农民的经济状况是限制农村采暖措施的主要因素。通过对寒冷地区某个村庄
2、的农宅进行冬季室内建筑热环境的现场实测，分析数据得出有效的、关键的、经济可行的改善措施，对新农村的建设、旧村改造的实施、改善农宅的室内热环境具有指导意义。 试验结果与分析 实测地点位于山东省济宁市，测试时间为最冷月的某一天。本地区每户农宅的占地面积、围护结构做法及建筑材料基本相同，典型房测试数据具有一定的代表性。 1.1 典型房测点布置及室内气温测试结果分析（如下图 1-2） 图 1 典型农宅平图及测点布置图 图 2 代表房间室内气温比较曲线 从图 2 可以看出：三个代表房间的室内气温都在 3以下，房间1（西侧）室内气温最低。三个房间的气温在上午 10:00 太阳出来后，都有明显的上升，特别是
3、日照外墙面积比较大的房间 1 和房间 2。 1.2 室内、外壁面温度结果分析（如下图 3-4） 从图 3 可以看出：各壁面温度都在 2.6以下，冷辐射现象严重。在太阳 10:00 出来后，屋面受高度角较大的太阳辐射，内顶面壁面温度上升幅度大，相应的南侧和东侧内壁面温度也有所上升；而全天无太阳照射的西侧内壁面温度最低。从图 4 可以看出：南外壁面温度在上午10:00 太阳出来后，上升变化幅度很大，受太阳辐射影响明显。北外壁温受太阳辐射影响幅度不大，温度一天中都比较低。西外壁和东外壁温度变化符合太阳辐射强度的变化，13:00 以前东外壁面温度受太阳 16:00 以后辐射的影响比西外壁面温度高且逐步
4、上升，不过幅度很小；13:00 后西外壁温度高于东外壁温，下降到 0以下。 2.测试分析结论 2.1 该地区室内冬季室内气温低，冷辐射严重，可以选用保温材料和蓄热系数小的内壁面围护结 图 3 典型农宅室内各壁面温度比较曲线图 4 室外气温和室外各壁面温度比较曲线 构材料提高壁面温度和合理设计功能分区确定人活动范围降低冷辐射，同时加强门窗的密闭性减小冷风渗透，改善室内热环境和热舒适性。2.2 该地区太阳能丰富，太阳辐射对南墙、东墙、屋顶的壁面温度影响很大，可采用非光滑的、颜色深、吸收系数大的材料，吸收、增强辐射能力，改善室内热环境。通过被动式太阳房提供冬季的供暖热能，改善农宅的热环境。 3、农宅
5、概念设计 从以上测试分析中，农宅的概念设计可以从庭院布局、建筑单体设计、构造做法，材料选择和太阳能利用四个方面着重考虑。 图 5 农宅平面概念设计 图 6 农宅剖面概念设计 3.1 节能概念设计：主要房间布置在南向，如堂屋（客厅） 、卧室等；北向冬季接受太阳辐射较小，布置小进深的次要房间，如储藏室等。北向设杂务院，对冬季的西北季风进行阻挡。 （1）冬季保温。北向后院和储藏室防止冷风直接灌进室内，北墙体采用 370mm 墙，双层玻璃，冬季封闭；南向缓冲区的遮阳百叶提拉起来，主要房间南墙设置为 370mm 厚墙体，通过太阳房加集热蓄热墙式策略，白天吸收太阳能。同时，关闭坡屋顶的窗户，打开密封板，使
6、南向缓冲区中的空气加热上升后，在建筑内部形成循环，尽快提高南北向房间温度。夜间关闭门窗和密封板，增加外围护结构热阻，降低室内外传热；蓄热墙白天储存热量进行释放，对室内空气进行加热。 （2）夏季防热。建筑南向通过乔木、水平遮阳板、坡屋面挑檐等方式进行遮阳设计；白天将南向缓冲区内的遮阳百叶拉下来，调整角度，减少进入室内的辐射热量；打开屋顶的窗户和密封板，增大通风热压差，使双层屋面达到拔风的效果，通过流动的空气降低遮阳百叶的温度；打开面向庭院和北向的窗户，形成最佳的穿堂风通风效果。 4、结论 （1）从建筑庭院布局方面考虑：冬季，农宅避开冬季主导风向，南向争取最大日照。北向设置缓冲空间防止冬季西北、北
7、风对建筑的影响；夏季防止屋顶、西向墙面日晒，农宅与夏季主导风向形成 30-60夹角，利于自然通风。 （2）从建筑单体设计方面考虑：减小农宅的体型系数，可以两户做成联排房。主要使用房间布置于南向或东南，次要房间布置于北向或东西向，并使各个朝向的窗墙面积比达到最佳值，合理布置门窗洞口位置和大小，加强夏季自然通风。 （3）从建筑材料、构造考虑：北向与南向房间之间采用蓄热性能好的重质材料(空心砖、混凝土等)作隔墙。农宅墙体和屋面外表面需采用非光滑的、颜色深、吸收系数大的材料，吸收太阳能，增强辐射能力，改善室内热环境。屋面、墙面可以考虑空气间层的构造做法。提高外窗气密性，选择导热系数较小的窗框，提高窗户的保温性能。 参考文献： 1 郭华.关中地区乡村住宅室内热环境研究D.西安建筑科技大学. 2004 年 1 月. 2 闫增峰.生土建筑室内热湿环境研究D.西安建筑科技大学. 2003 年 6 月. 3 金虹，赵华，王秀萍. 严寒地区村镇住宅冬季室内热舒适环境研究J.哈尔滨工业大学学报. 2006 年 12 月 4 赵洋等.舒适节能火墙式火炕结构及特点的研究与分析J.建筑科学.2010 年 4 月 5 刘加平.建筑物理M.中国建筑工业出版社 6 秦佑国.建筑热环境M.清华大学出版社
