由山西窯洞引發(fā)的關于建筑通風設計的思考

1、由山西窯洞引發(fā)的關于建筑通風設計的思考摘要：以山西傳統(tǒng)窯洞為研究對象，通過文獻數(shù)據(jù)分析 和實地調(diào)研兩種方式，提出了山西傳統(tǒng)窯洞建筑的通風設計 策略。旨在將自然通風的綠色生態(tài)方式由傳統(tǒng)窯洞普及到現(xiàn) 代建筑中去。關鍵詞：山西窯洞 ;熱壓通風 ;通風 ;建筑設計1. 現(xiàn)象發(fā)現(xiàn) 在我的印象中窯洞建筑是借助自然條件達到冬暖夏涼 的室內(nèi)環(huán)境的建筑形式，在采光和通風方面有它的局限性。 但是事實卻不是這樣，雖然目前建筑技術(shù)、材料和形式都日 趨多樣化，但很多居民仍選擇居住在窯洞中，這就表明窯洞 建筑也在不斷改進。 在保持其原有經(jīng)濟性、 區(qū)域性、 簡易性、 舒適性、生態(tài)性的前提下，窯洞建筑在采光和通風上也有了 一

2、些新的技術(shù)。我們在窯洞里待了一段時間，發(fā)現(xiàn)并沒有發(fā) 生通風方面的問題，并沒有覺得很不舒適。我們推測是現(xiàn)代 窯洞在通風上采取了一定的措施加強了室內(nèi)空氣的流通。查 閱相關資料了解到一些關于新型窯洞加強通風的措施，推測 可能是用了熱壓來加強室內(nèi)通風。使部分空氣在陽光的加熱 下膨脹，產(chǎn)生一定的壓強，對空氣有外力的作用，促使空氣 流通，得到通風。2. 理論 現(xiàn)代窯洞建筑采取了熱壓來加強室內(nèi)通風。使部分空氣 在陽光的加熱下膨脹，產(chǎn)生一定的壓強，對空氣有外力的作 用，促使空氣流通，得到通風。3. 原理闡述3.1 國內(nèi)窯洞發(fā)展現(xiàn)狀 目前國內(nèi)的窯洞建筑按形式可劃為傳統(tǒng)窯洞和新型窯 洞兩類。傳統(tǒng)窯洞建造工藝簡單，

3、主要借助自然條件達到冬 暖夏涼的室內(nèi)環(huán)境。 其主要形式有靠崖式、 下沉式和獨立式 最常見的是靠山式窯洞，約占總數(shù)的 70%以上。3.2 傳統(tǒng)窯洞的優(yōu)點 良好的節(jié)能性： 窯洞頂部一般有至少 1.5m 厚的覆土， 夏季的熱氣和冬季的冷氣都不易滲透，因此制冷和采暖的耗 能與費用會相對較低。 就地取材，造價低廉，施工簡便：靠崖式窯洞窯是運 用“減法”建造，直接在崖壁上挖掘而成，既節(jié)省了材料費 用，又降低了工程造價。 節(jié)省耕地：陜北地區(qū)耕地十分有限，近年來隨著西部 大開發(fā)的推進，耕地被侵占的現(xiàn)象日益嚴重，而靠崖式窯洞 是在崖壁上創(chuàng)造居住空間，不會占用耕地。 窯洞四壁由生土包圍，具有很好的防火、防漏和防噪

4、 效果，而且經(jīng)久耐用。3.3 傳統(tǒng)窯洞的缺點 通風不佳：靠崖式窯洞只能在一側(cè)設置門窗，其他三 面及屋頂均是封閉的，因此只能在門窗處形成小范圍的空氣 循環(huán)，通風狀況極其不好。夏季時室內(nèi)空氣不能及時更新， 極易滋生細菌 ;而冬季時由于灶臺的使用， 室內(nèi)部分空氣從煙 囪排出，造成室外冷空氣從門窗縫隙出滲入，降低室內(nèi)熱舒 適度。 采光有限：只能單側(cè)采光，采光量有限，只有在陽光 充足時才能獲得部分陽光，造成室內(nèi)后部長時間無陽光照射。 陰雨天氣易受潮：窯洞是以生土為建筑材料，易受水 份影響，尤其遇上連續(xù)陰雨，生土的含水量增加，無法及時 蒸發(fā)就會滲入室內(nèi) ;而且由于通風不佳， 空氣無法快速循環(huán)更 新，造成室

5、內(nèi)空氣濕度過大，令人不適。3.4 新型窯洞的通風措施 利用太陽能煙囪加強室內(nèi)自然通風結(jié)合當?shù)氐纳?方式，夏季時在傳統(tǒng)窯洞原有的煙囪上端附加玻璃罩，組合 成太陽能煙囪，利用陽光加熱煙囪上端空氣，增大煙囪內(nèi)空 氣溫差， 利用熱壓通風來加強空氣流動 ;研究測試表明： 當煙 囪的長寬比約為12： 1,出風口向下傾斜 4時，通風效果 最佳。冬季時將玻璃罩取下，煙囪正常使用，操作簡單、使 用方便。 利用附加陽光間加強室內(nèi)自然通風在傳統(tǒng)窯洞原有 山墻外側(cè)增置陽光間，夏季時通過植物及可調(diào)百葉，阻擋直 射陽光。冬季則利用陽光間對入室新風進行預熱，同時還可 以為居民提供一個休憩娛樂和暫存物品的空間，造價較低，

6、實用性強。 利用水井和地面土層調(diào)節(jié)入室空氣溫度。結(jié)合當?shù)氐?自然條件，在地下增設室內(nèi)與水井的連通管道，利用水井和 地面土層對入室新風進行預熱和冷卻，減小新風與室內(nèi)空氣 的溫差，提高室內(nèi)舒適度。3.5 運行原理夏季運行原理 夏季，太陽能煙囪底部的吸熱板吸收太陽能，使煙囪內(nèi) 空氣溫度升高，熱空氣上升形成負壓區(qū)，室內(nèi)上空熱空氣通 過煙囪上端出風口（ D）進入煙囪，同時新鮮空氣通過水井 與地面土層冷卻后由室內(nèi)地面新風入口（ F）進入室內(nèi)，如 此促進室內(nèi)空氣循環(huán)，同時起到降溫作用。在日照較為強烈 時，調(diào)節(jié)陽光間百葉角度，結(jié)合庭院中的落葉喬木，阻擋直 射光線。與此同時，陽光間頂部出風口（ A）開啟，利用熱

7、 壓原理帶動陽光間內(nèi)空氣的流通（圖 1）。圖 1 夏季運行原理示意圖冬季運行原理 冬季，傳統(tǒng)窯洞主要依靠取暖灶臺來提高室內(nèi)熱舒適度。 此時將太陽能煙囪取下，由于陽光間庭院喬木樹葉脫落，調(diào)節(jié)陽光間天窗百葉角度，保證充足的陽光射入，對其內(nèi)部空 氣進行加熱 ;同時將其外側(cè)風口關閉，窯洞山墻面風口打開（C）。煤炭燃燒時產(chǎn)生熱量，使煙囪內(nèi)空氣溫度升高，熱空 氣上升形成負壓區(qū)， 室內(nèi)底部冷空氣通過灶臺底部進風口 （ G） 進入煙囪，新鮮空氣通過水井和地面土層第一次預熱后由陽 光間內(nèi)地面新風入口（ E）進入其內(nèi)，經(jīng)陽光間第二次預熱 后通過山墻上部進風口（ C）進入室內(nèi)，如此促進室內(nèi)空氣 循環(huán)，改善室內(nèi)的空氣

8、質(zhì)量（圖 2）。圖 2 冬季運行原理示意圖4. 驗證 為了證明現(xiàn)代窯洞的通風措施是通過控制熱壓來實現(xiàn) 的，我們找到了一類與窯洞相類似的建筑形式一一覆土建筑。 覆土建筑就是有土覆蓋的建筑空間，是地下空間的一種。覆 土建筑在南北方都有分布，無論是西北地區(qū)還是長江中下游 地區(qū)都有覆土建筑的身影。高濕度是造成夏季濕熱與冬季濕 冷的最主要因素，而且位于土下的覆土建筑如果處理不好， 土壤中的濕度會加劇這種潮濕的感覺，室內(nèi)甚至會結(jié)露。自 然通風是可以想到的最簡單的方法。不同的地形地勢會產(chǎn)生 不同的氣流和空氣溫度。但是由于地形的影響，一般將建筑置于斜坡的迎風面，相對位置較高的山脊附近（圖3）。如果是平坦地，整

9、個區(qū)域會有相似的氣候條件，利用地形構(gòu) 成自然通風不太容易辦到，一般多采用捕風器或強制機械通風系統(tǒng)（圖 4）。圖 3 地形地勢影響氣流圖 4 平地上的捕風器氣壓差與風是解決覆土建筑室內(nèi)高濕度引起的種種問 題的主要辦法。在有條件利用自然通風的前提下，應盡量使 建筑的進風口與出風口順應主導風向，加強氣壓差，增大通 風效果 （圖 5）。另外種植植物應引導氣流而不能阻礙氣流流 動（圖 6）。圖 5 順應主導風向的開口布置圖 6 種植植物引導氣流 用細高的熱壓通風豎井進行自然通風最為有效。風道的 開口方向直接決定了能引入多少自然風，因此風道頂端垂直 面的開口可以有兩個、三個或四個風面或做成捕風器的形式，

10、隨風向改變可旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng) （圖 7）。一般說來，風道豎井越高， 捕風效果越好。也就是說，像窯洞覆土建筑這種依托于土壤的建筑通風 一般有兩種措施： 其一是利用氣壓差的自然通風 ;其二是利用 熱壓通風?？紤]到當?shù)貧夂虻南拗?，黃土高原冬季的風不僅 具有干冷和風力強大的特點，而且常常夾帶著沙塵，因此要 求建筑要具有良好的防風性能?？可降母G居通常建于東南向 的陽坡之上，很好的回避了黃土高原冬季寒冷的西北風的侵 襲，下沉式窯居開敞的出入口通常背風設置，下沉的庭院內(nèi) 向型封閉的院落形成一個相對穩(wěn)定的小氣候，是躲避冬季強 烈西北寒風侵襲的最好選擇 ;獨立式窯洞建筑物的入口、 門窗、 庭院背風設置 ;而北面迎風面

11、盡量為實墻， 即使開窗， 窗戶面 積也應盡可能減小，冬季進行封堵。也就是說在西北地區(qū)的 氣候條件限制下，想要通過氣壓差形成自然通風會面對很多 其他的問題，一般很少采用，所以得出結(jié)論現(xiàn)代窯洞采用的 是熱壓通風。圖 7 風道和可旋轉(zhuǎn)的捕風器5. 一般化 從新型窯洞的熱壓通風，我們可以將此種方法普及到一 般建筑中去，例如 2010 年上海世博會日本館中的循環(huán)呼吸 柱。建筑內(nèi)部貫穿其中的 6 根呼吸柱是建筑與環(huán)境交流融合 的核心。在建筑底部直通室外空間的下部區(qū)域設置地熱箱， 夏季室外炎熱的空氣經(jīng)過地熱箱自然降溫冷卻，再通過呼吸 柱的底部導入室內(nèi)，并利用其拔風效果上升向室內(nèi)送風，直 接降低了夏季室內(nèi)的溫度和空調(diào)系統(tǒng)的新風負荷，展廳內(nèi)聚 集熱空氣，則利用溫升作用通過呼吸柱頂端的開口直接向室 外排出，形成循環(huán)氣流，營造出室內(nèi)舒適的溫濕環(huán)境和適宜 的氣流組織。參考文獻：1 周慶華 .黃土高原傳統(tǒng)窯居空間形態(tài)更新模式初探 .新 建筑， 2005（ 12）：26-28.2 唐相龍 .慶陽窯洞民居在城鎮(zhèn)增長過程中的保護與再 生初步研究 .蘭州：西北師范大學， 2