藏族传统民居透明围护结构优化设计研究

陶光炎+++李姗姗+++杨静+++邵健飞

摘 要：通过对四川阿坝州藏族传统民居的调研表明，其冬季室内舒适度不佳。考虑到当地经济发展水平相对较低，文章在不增加主动式调节设备的情况下，充分利用当地太阳辐射大、日照时间长的气候特点对阿坝州藏族传统民居透明围护结构进行了优化设计。文章的优化设计是基于Ecotect Analysis软件开展的，首先对软件的计算准确性进行了评估，证明其可用于该项目的设计，其次基于Ecotect Analysis 软件对优化设计后室内热环境和光环境进行了分析，表明优化后的民居舒适性显著提升。所采用的优化设计构造简单、易于改造、经济造价低，具有在藏族地区推广的高可行性。

关键词：藏族传统民居；Ecotect Analysis 软件；透明围护结构

前言

四川阿坝藏族羌族自治州，简称阿坝州，是四川省的一个自治州，位于四川省西北部，与青海省、甘肃省交界。当地气候复杂，以高山气候为主，太阳辐射强度大、日照时间长，冬季严寒。通过对阿坝州藏族民居的调研表明，冬季透过窗户的冷风渗透量和热损失较大，房屋的设计没有考虑对当地充足太阳辐射的利用，仅依靠电炉和煤炉采暖，室内舒适度不佳。考虑到藏族地区经济发展水平相对较低，本文拟不增加主动调节设备，通过对于窗、阳光房等透明围护结构的优化设计去改善室内舒适性，并力求经济成本低、改造简单易行，适宜阿坝州藏族传统民居使用。

1 Ecotect Analysis软件准确度评估

本文对于阿坝州藏族传统民居透明围护结构的优化设计是基于Ecotect Analysis软件开展的，在数值模拟之前，首先对于Ecotect Analysis软件在采光和热辐射计算方面的准确度进行了评估。

实验以大连民族大学土木楼某办公室作为实验对象，测点布置详见图1，利用照度计和太阳辐射表对各测点的照度值和太阳辐射强度进行测试，其中太阳辐射强度为1小时内的累积辐射强度。表1和2为各测点照度与太阳辐射强度实验值与理论值的比较，可见，Ecotect Analysis软件照度模拟值与实验值偏差在25%以内，采光计算准确度较高。测点4-9的太阳辐射强度模拟值与实验值吻合较好，而测点1-3太阳辐射强度模拟值与实验值差异较大，测点1-3与窗的距离最远，太阳辐射强度相对较低，因此虽然其计算值偏小，但对于整个房间总的太阳辐射强度影响较小，因此可利用Ecotect Analysis软件进行太阳辐射计算。

2 优化设计方案

本文基于所测绘的藏族民居实际尺寸及构造建模，在实际房屋的基础上进行更新设计。该藏族民居共三层，首层为客厅、厨房及储物室，二层为三个卧室及储物间，三层为藏经堂及熟食加工间，屋顶为大面积平台，详细布局见图2。藏族民居墙体是由当地盛产的石材搭建的，透明围护结构采用单层玻璃，详见图3和4。

将模型带入Ecotect Analysis软件中进行室内热环境及天然采光光环境的模拟，当地气象数据采用阿坝州州府马尔康气象数据。对于室内热环境的评价包括：最冷日太阳辐射量及最冷月不舒适度分析，光環境的评价为天然采光下房间不同位置的照度值分布。拟通过改造透明围护结构，达到在冬季能充分利用太阳辐射改善室内热舒适性，同时要求在夏季室内不能过热，并且能够提高冬、夏季天然采光效果，减少主动式采暖及人工照明的能源消耗。

2.1 优化方案介绍

根据现有建筑室内采光及热环境的特点及经济考虑，提出了如下的优化方案（详见图5）：

（1）西侧朝南向和二楼朝东向的三扇窗改为双层玻璃，以减少冷风渗透和导热损失。

（2）优化设计利用二楼1200mm的阳台，在一、二楼增设阳光房，二楼阳光房顶部不透明。

（3）为了让阳光房加热的空气能进入西侧的厨房和卧室，在西侧厨房和二楼卧室一的门上增设与门同宽的900×400的小窗，使得整个房屋都能获得比较好的舒适性。

（4）客厅的窗户由1200mm×1500mm改为1600mm×1500mm，以增加客厅的被动式采暖和采光效果。

2.2 优化设计前后的室内热环境与光环境分析

优化前后的室内热环境对比见图6-7，冬至日房间天然采光的对比见图8-11。从图6和7可见优化后的民居在最冷日总的太阳辐射得热比优化前显著提升，最冷月不舒适度显著减少，冬季被动式采暖的效果增加明显，从以上结果可知，优化设计后的民居冬季室内舒适性显著提高。从图8-11可见冬至日客厅采光系数显著增加，卧室一的门上方开有小窗，故采光系数也有所增加，客厅和卧室一房间天然采光效果增加明显。虽然二层增加了阳光房，但是阳光房与卧室二和三之间因为有门分隔，因此卧室二和三采光系数变化不大，如果要增加本部分的采光，需要对卧室二和三重新开窗，考虑到经济因素及施工复杂性，不再对本部分进行改造。综上，在对房间的透明围护结构采用2.1所述优化设计方案后，房间冬季室内热舒适性及客厅、卧室一的采光效果显著增加。

2.3 经济分析

在此对所采用的优化设计方案进行简单的造价分析，其中：阳光房、客厅、厨房、卧室一和二需要增加玻璃面积约6m2，还需对厨房及卧室一的门进行改造，总造价约为3000元。阳光房每平米面积上一年内接受太阳辐射总量是5016～5852MJ，相当于170～200Kg标准煤燃烧所发出的热量[4]。一顿标准煤市场价500～600元，一平米阳光房一年节约85～120元燃煤费。优化后的藏族传统民居一年可为居民节约1892.95～2672.4元的燃煤费，在两年左右即可回收改造的投资，这对于我国经济发展落后的地区，具有良好的经济效益。

3 结束语

本文对藏族传统民居进行了绿色建筑更新设计，充分利用当地太阳辐射强度大，日照时间长的特点，通过对窗、阳光房等关键构造的更新设计显著改善室内舒适性及采光效果。所采用的优化设计方案经济成本低、改造简单易行，适宜少数民族地区使用，具有很高的社会效益、经济效益及环境效益。

参考文献

[1]陈湛，张三明.中国传统民居的被动节能技术[J].华中建筑，2008， 26.

[2]张樱子.藏族传统居住建筑气候适宜性研究[J].西安建筑科技大学，2008.

[3]姜海勇.中国能源现状及未来发展战略[J].深圳特区科技，2006，4：29.

[4]李明.北方采暖地区乡镇住宅太阳能设计研究[D].西安建筑科技大学，2009.