西北乡村民居被动式太阳能设计实践与实测分析 张群

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４７８西安理工大学学报（２０１０）第２６卷第４期

乡村民居存在的居住环境问题，应当结合地区经济技术条件现状，探求低成本利用太阳能资源提高居住质量的途径。宁夏回族自治区银ＪｉＩ市碱富桥生态民居示范村就是在这种背景下的一种探索。

１西北民居室内环境的突出问题

在项目开展之初，课题组向碱富桥村的住户发放了详细的主观调查问卷，调查范围为碱富桥村的老住户，共发问卷４０份，以期了解当地农户对室内环境舒适度的预期，对房屋修建成本与能源消耗的经济承受能力，以及能源使用状况和农户全天的生活规律（包括炊事、采暖、室内衣着、通风、劳作、出行等）。突出问题表现为：

１）冬季室内温度过低。４５％的受访者认为冬季晚上室内温度较低，感觉不舒适，而冬季室内湿度感觉不舒适者为零。有６２％的受访者认为冬季最冷的地方是住宅门窗处，还有３５％的受访者认为冬季最冷的地方是住宅西北向房间。在寒冷漫长的冬季，一些农户甚至将全家的活动集中在一间房屋中以提高采暖的效率。即使这样，被调查的大量住户冬季室温仅维持在１０℃左右，甚至更低。

２）冬季采暖费用高。调研问卷显示多数农宅采用燃煤作为采暖的主要燃料，每户冬季普遍需要消耗３．５～４．５ｔ煤碳。结合各住户居住面积可得出，一个采暖季平均每平方米耗煤量约为３０～３５ｋｇ。即便如此，各农户对室内舒适温度的预期远远低于城市标准，乡村住宅如果要达到城市住宅室内热环境的设计标准，采暖能耗将是现有能耗的１．５—２倍…，如此会导致采暖成为多数农户沉重的经济负担。

２适宜性被动式太阳能利用设计方案

该示范项目所在地经济较落后，碱富桥村人均年收入不到５０００元，创造舒适的居住环境需要考虑乡村建筑的造价限制，结合当地资源通过易操作的本土技术来实现。新方案的造价控制在８００元ｒ．１ｍ２左右，则能够被当地住户接受。

当地年平均日照时数约３０００ｈ，年太阳辐射量约为ｌ６６６．７ｋＷｈ／ｍ２，太阳能资源得天独厚。因此，碱富桥示范村对太阳能资源的利用，应以成本低廉、易于推广、集热效果较好的被动式为主，即利用房屋自身来完成集热、贮热和放热功能旧Ｊ。

２．１建筑方案设计

新方案建筑体型力求规整、紧凑（见图１），减少体型系数过大带来的能耗∞ｊ。选择坐北朝南，东西轴长、南北轴短的平面形状，用南墙作为太阳能集

热面。北面布置次要房间，南向墙面布置主要房间，使北面房间形成室内“温度缓冲区”…，以对南向的客厅和卧室起到保护作用。

图１碱富桥村新建农户住宅

Ｆｉｇ．１ＴｈｅｎｅｗｌｙｂｕｉｌｔｈｏｕｓｅｉｎＪｉａｎｆｕｑｉａｏｖｉｌｌａｇｅ

图２碱富桥村建造中的草砖房

Ｆｉｇ．２Ｓｔｒａｗ—ｂａｌｅｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎＪｉａｎｆｕｑｉａｏｖｉｌｌａｇｅ

银川地区冬季寒冷，给人们的出行与交往带来不便，利用“附加阳光间”和直接受益窗则改进效果显著∞Ｊ。此方案在实际使用中收到了很好的效果。

附加阳光间位于住宅南侧，将南向门廊或者前厅用大面积玻璃围合，并在屋顶加设部分倾斜玻璃面以增加集热面积。附加阳光间与客厅之间设玻璃门窗和可拆卸式棉帘。在冬季，棉帘白天收起，夜间打开，收集日照的同时避免夜间室内热量通过玻璃面散失。夏季开启门窗进行自然通风，避免室内过热。

太阳能直接受益窗，技术简单，经济有效。太阳能直接受益窗位于建筑南墙，在设计中通过增加南向房间窗墙面积比、加大窗户面积、使用双层玻璃、减小房间进深、加大房间面宽等方法利于太阳光直接照射室内以提高太阳能利用效率。冬季阳光通过玻璃直接照射到室内，大部分太阳能被地面或者墙面吸收并转换成热量，使室内温度升高。２．２构造措施和方案

调研发现，建筑构造设计差与施工水平低也是造成当地民居保温性能低、居住舒适性差的主要原因。农民在建房时受经济水平制约，难以承担保温材料的昂贵价格和支付熟练建筑工人的工资费用；

同时又由于缺乏科学的技术指导，农民对合理使用

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由此，可以计算出西北乡村民居冬季室内主观温度的设计建议值为：

ｔｏｂ＝３３．５—３×１．６一（Ｏ．０８＋Ｏ．０５×１．６）Ｘ９０＝１４．３（ｏＣ）

同时，参考我国《严寒和寒冷地区农村住房节能技术导则》（试行），条文３．３．１中提出“舒适的采暖温度为１４℃一１５℃”，建议西北民居冬季室内设计的热舒适温度为１５℃。

４热环境测试与分析

４．１测试方案与测试对象

碱富桥村生态民居示范项目于２００８年１０月初步竣工，项目课题组于２００８年１２月９日至２００８年１２月１３日进行了冬季测试，为了比对与分析同时还对当地一处面积相当，住户人数相当的典型传统民居进行了测试。

传统民居建筑面积约为１１５ｍ２，室内净高３．０ｍ，建筑平面以及测试点布置见图３，图中黑色实心圆点表示测点。

新建民居建筑面积约为１１２ｍ２，室内净高２．８ｍ，建筑平面以及测试点布置见图４，图中黑色实心圆点表示测点。

图３被测传统民居平面以及测点分布Ｆｉｇ．３Ｍｅａｓｕｒｅｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｏｕｓｅａｎｄｉｎｄｏｏｒｍｅ＆￥１Ｌｇｅｓｐ０Ｉ

北

①

图４被测新建住宅平面及测点分布

Ｆｉｇ．４Ｍｅａｓｕｒｅｄｎｅｗｌｙ——ｂｕｉｌｔｈｏｕｓｅａｎｄｉｎｄｏｏｒｍｅ刮ｓｕｒｅｓｐｏｔ测试日均为晴天。温湿度的主要室内测点位于人停留时间长的堂屋。两处测试点室内外环境均使用１７５．Ｈ２自计式温湿度计测量（温度精度ｏ．２℃，湿度精度３．Ｏ％ＲＦ，温度分辨率Ｏ．Ｉ℃，湿度

分辨率０．１％ａＦ），昼夜连续工作，间隔１０分钟自动记录一次。

传统民居的维护结构构造情况如下：

外墙：卵石墙基，上砌５皮实心粘土砖，４００ｒａｉｎ厚土坯砖墙，就地取材，未经夯实；

内墙：２００ｒａｉｎ厚土坯砖墙；

地面：２００ｍｌｎ厚卵石，细砂找平，上铺实心粘土砖；

屋顶：木椽上铺芦苇席，铺草泥找坡（最薄处不低于２００ｒａｉｎ厚）；

外门：单扇内开木门，外挂棉门帘；

窗：单层玻璃窗，木窗框。

新建民居维护结构构造情况详见图５，其构造措施如下：

图５碱富桥村新建民居围护结构构造

Ｆｉｇ．５ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｕｔｅｒｂｕｉＩｄｉＩＩｇ

ｅｎｖｅｌｏｐｅｉｎＪｉａｎｆｕｑｉ∞ｖ岫

内墙：２００ｉｎｌｎ厚砖墙；

门：外门为铁防盗门，阳光间开门为铝合金门；

窗：外窗为单框双玻塑钢窗，阳光间为铝合金窗。

４．２测试及结果分析

本次测试的目的为研究西北民居在冬季的室内热舒适度，如上节所述，室内外空气相对湿度的测试结果已经表明，西北民居冬季室内热舒适标准以室内空气温度来表示最为有效可行，因此本节仅分析室内外空气温度的测试结果。

测试期一天内测试对象与室外的空气温度变

化如图６所示，由图６可得出表２。

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