邯鄲地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計探討

郝 夢

(西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院，四川 成都 610097)

1 邯鄲地區(qū)氣候特征

邯鄲地區(qū)位于河北省南端，建筑與氣候條件的關(guān)系十分密切[1]，邯鄲地區(qū)屬于GB 50178—93建筑氣候區(qū)劃標準中的寒冷地區(qū)[2]，本文使用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)1981年—2010年累年數(shù)據(jù)，從溫度、濕度、日照、風環(huán)境四方面分析邯鄲地區(qū)的氣候特征。

1.1 溫、濕度特征

根據(jù)中國氣象網(wǎng)的數(shù)據(jù)，邯鄲地區(qū)累年月平均溫度、月平均最低溫度、月平均最高溫度見圖1，累年月平均相對濕度、累年月平均降水量見圖2。

由圖1分析可知：邯鄲地區(qū)累年月平均氣溫7月最高，累年月平均氣溫1月最低；最熱月最冷月平均氣溫相差28.2 ℃，年較差大；各月平均最高氣溫和各月平均最低氣溫比較可以看出日較差較小；6月～8月氣溫高，11月～3月氣溫低。

由圖2分析可知：年平均相對濕度53%～76%，累年月平均最高相對濕度出現(xiàn)在8月、最高降水量出現(xiàn)在8月；累年月平均最低相對濕度出現(xiàn)在3月，最低降水量出現(xiàn)在12月，1月；相對濕度高時降水量也多，相對濕度低時降水量稀少，全年干濕季分明，降水集中在夏季。

1.2 日照、風環(huán)境特征

根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，邯鄲地區(qū)大面積日照百分率為50%，日照時數(shù)2 000 h，日照比較充足；累年年平均風速1 m/s～2 m/s、年最大風速20 m/s～25 m/s。

邯鄲地區(qū)的氣候特征：冬季寒冷干燥時間較長，1月平均氣溫大于-5 ℃；夏季較為炎熱濕潤；降水量集中，7月平均氣溫小于30 ℃；氣溫年較差較大，日較差?。蝗照蛰^豐富；全年平均風速不大，全年最大風速略大。

2 節(jié)能設(shè)計策略

室外氣候時刻影響著建筑，包括建筑物本身、建筑物室內(nèi)的環(huán)境，研究室外氣候與建筑之間相互影響的內(nèi)在聯(lián)系和提出針對建筑適應(yīng)室外氣候變化的設(shè)計策略和方法，可以減少建筑能源的消耗[3]。

J.Evans熱舒適三角法用于分析溫度變化和人體熱舒適的關(guān)系，建立了室外溫度變化和建筑節(jié)能設(shè)計的關(guān)系，如室內(nèi)得熱、建筑蓄熱、自然通風、通風降溫、蒸發(fā)冷卻、太陽能利用等[4]。Climate Consultant(氣候顧問)是建立在J.Evans熱舒適三角法基礎(chǔ)之上根據(jù)氣候特征分析節(jié)能設(shè)計策略的軟件，軟件得出的各項節(jié)能設(shè)計策略在焓濕圖中對應(yīng)的區(qū)域會出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，對應(yīng)區(qū)域包含的時長存在差異；對于每項節(jié)能設(shè)計策略的有效性評價是基于每項策略對建筑作用的有效時長占全年時長比例的大小，根據(jù)有效性評價篩選出邯鄲地區(qū)最佳節(jié)能設(shè)計策略。

以下是根據(jù)Climate Consultant(氣候顧問)得出的邯鄲地區(qū)節(jié)能設(shè)計策略:1)在自然室溫狀態(tài)下，舒適區(qū)間時長占全年時長的10.9%，剩余89.1%時長需要采取設(shè)計策略改善室內(nèi)熱環(huán)境。2)最佳節(jié)能設(shè)計策略遮陽區(qū)域有效性9.8%、時長857 h，二級蒸發(fā)冷卻降溫區(qū)域有效性3.9%、時長341 h，室內(nèi)得熱區(qū)域有效性17.7%、時長1 551 h、被動式太陽能高熱容量直接得熱區(qū)域有效性7.5%、657 h，單獨除濕區(qū)域有效性10.5%、時長920 h，降溫除濕區(qū)域有效性12.8%、時長1 120 h，采暖增濕區(qū)域有效性40.7%、時長3 569 h。

3 節(jié)能設(shè)計具體措施

影響建筑節(jié)能性能的因素很多，包括建筑規(guī)劃設(shè)計、建筑單體設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計、采暖設(shè)計、遮陽設(shè)計、制冷設(shè)計、采光與照明、可再生能源的利用等[5]，根據(jù)節(jié)能設(shè)計策略提出適用于邯鄲地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計的具體措施，以下主要從規(guī)劃設(shè)計、單體設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)、遮陽設(shè)計、太陽能利用五方面給出具體的節(jié)能設(shè)計措施。

3.1 規(guī)劃設(shè)計

1)設(shè)置季節(jié)性陽光房、封閉式庭院、開敞式庭院、走廊等室外防風空間，如圖3所示。

2)在被動式太陽能窗戶前面不應(yīng)種植樹木(針葉樹或落葉樹)，若要種植樹木，樹木與住宅縱向的角度要超過45°，見圖4。

3.2 單體設(shè)計

1)控制住宅的體型系數(shù)，合理組織平面布局、朝向，使得冬季時陽光可以照進具有特定功能的主要日間使用空間，見圖5。

2)窗戶處最好面向夏季盛行的微風和設(shè)置適當?shù)恼陉柨梢允棺≌斜３至己玫淖匀煌L減少空調(diào)的使用時間和頻率，見圖6。

3.3 圍護結(jié)構(gòu)

1)住宅的西向、北向、東向窗戶使用傳熱系數(shù)低的雙層高性能Low-E玻璃，南向的窗戶使用普通雙層透明玻璃以便于獲得太陽能，如圖7所示。

2)窗戶內(nèi)使用隔熱效果好的百葉窗、厚重的窗簾，可操作的百葉窗可以減少冬季夜間房間內(nèi)的熱量損失，如圖8所示。

3)房間內(nèi)部表面墻體使用高熱容量的材料存儲冬季太陽能熱量和夏季夜晚“冷卻”，如圖9所示。

4)冬季住宅縫隙處需注意密封，盡量減少冷風滲透和阻擋室外氣流進入室內(nèi)，如圖10所示的圍護結(jié)構(gòu)部位尤其重要。

5)在隔熱良好的天花板上面設(shè)置屋頂傾斜角度較大的通風閣樓，這種構(gòu)造不僅在夏季有助于隔熱和通風、在寒冷的天氣時也有助于住宅的保溫，如圖11所示。

6)住宅通過圍護結(jié)構(gòu)與室外進行熱量傳遞，墻體采取保溫措施，可以降低墻體的傳熱系數(shù)、保持室內(nèi)溫度較為穩(wěn)定，增加室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度。

3.4 遮陽設(shè)計

如圖12所示提供了三種窗戶遮陽的方式：懸挑延伸的遮陽篷、懸挑的屋頂、可操作的遮陽篷，遮陽篷的長度和房頂?shù)膽姨舻拈L度依據(jù)邯鄲地區(qū)的緯度設(shè)計，天氣炎熱時有利于減少空調(diào)使用時間。

其他方面：使用高效的采暖、制冷設(shè)備；根據(jù)不同的活動狀態(tài)調(diào)整室內(nèi)舒適溫控器設(shè)定值以減少空調(diào)能耗；對于被動式太陽能采暖工作，住宅南向大部分玻璃區(qū)域最大限度地利用冬季陽光照射，但夏季設(shè)計遮陽時需要充分遮擋。

4 結(jié)語

本文以邯鄲地區(qū)農(nóng)村住宅為研究對象，以邯鄲地區(qū)的氣候特征為研究基礎(chǔ)，考慮建筑室內(nèi)熱環(huán)境和建筑能耗，借助Climate Consultant(氣候顧問)軟件得出節(jié)能設(shè)計策略和具體的節(jié)能設(shè)計措施，為邯鄲地區(qū)農(nóng)村住宅的建筑節(jié)能工作提供了一定的理論依據(jù)和實踐參考，能夠改善農(nóng)村住宅的居住環(huán)境，對建筑節(jié)能的發(fā)展有一定的促進作用，符合國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的要求。