由山西窯洞引發(fā)的關(guān)于建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)的思考

1、由山西窯洞引發(fā)的關(guān)于建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)的思考摘要：以山西傳統(tǒng)窯洞為研究對(duì)象，通過(guò)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析 和實(shí)地調(diào)研兩種方式，提出了山西傳統(tǒng)窯洞建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì) 策略。旨在將自然通風(fēng)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(guān)鍵詞：山西窯洞 ;熱壓通風(fēng) ;通風(fēng) ;建筑設(shè)計(jì)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(dá)到冬暖夏涼 的室內(nèi)環(huán)境的建筑形式，在采光和通風(fēng)方面有它的局限性。 但是事實(shí)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(jìn)。 在保持其原有經(jīng)濟(jì)性、 區(qū)域性、 簡(jiǎn)易性、 舒適性、生態(tài)性的前提下，窯洞建筑在采光和通風(fēng)上也有了 一

2、些新的技術(shù)。我們?cè)诟G洞里待了一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有發(fā) 生通風(fēng)方面的問(wèn)題，并沒(méi)有覺(jué)得很不舒適。我們推測(cè)是現(xiàn)代 窯洞在通風(fēng)上采取了一定的措施加強(qiáng)了室內(nèi)空氣的流通。查 閱相關(guān)資料了解到一些關(guān)于新型窯洞加強(qiáng)通風(fēng)的措施，推測(cè) 可能是用了熱壓來(lái)加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)。使部分空氣在陽(yáng)光的加熱 下膨脹，產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，對(duì)空氣有外力的作用，促使空氣 流通，得到通風(fēng)。2. 理論 現(xiàn)代窯洞建筑采取了熱壓來(lái)加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)。使部分空氣 在陽(yáng)光的加熱下膨脹，產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，對(duì)空氣有外力的作 用，促使空氣流通，得到通風(fēng)。3. 原理闡述3.1 國(guó)內(nèi)窯洞發(fā)展現(xiàn)狀 目前國(guó)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(jiǎn)單，

3、主要借助自然條件達(dá)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(dú)立式 最常見(jiàn)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(diǎn) 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(fèi)用會(huì)相對(duì)較低。 就地取材，造價(jià)低廉，施工簡(jiǎn)便：靠崖式窯洞窯是運(yùn) 用“減法”建造，直接在崖壁上挖掘而成，既節(jié)省了材料費(fèi) 用，又降低了工程造價(jià)。 節(jié)省耕地：陜北地區(qū)耕地十分有限，近年來(lái)隨著西部 大開發(fā)的推進(jìn)，耕地被侵占的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，而靠崖式窯洞 是在崖壁上創(chuàng)造居住空間，不會(huì)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(diǎn) 通風(fēng)不佳：靠崖式窯洞只能在一側(cè)設(shè)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(fēng)狀況極其不好。夏季時(shí)室內(nèi)空氣不能及時(shí)更新， 極易滋生細(xì)菌 ;而冬季時(shí)由于灶臺(tái)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(yáng)光 充足時(shí)才能獲得部分陽(yáng)光，造成室內(nèi)后部長(zhǎng)時(shí)間無(wú)陽(yáng)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(wú)法及時(shí) 蒸發(fā)就會(huì)滲入室內(nèi) ;而且由于通風(fēng)不佳， 空氣無(wú)法快速循環(huán)更 新，造成室

5、內(nèi)空氣濕度過(guò)大，令人不適。3.4 新型窯洞的通風(fēng)措施 利用太陽(yáng)能煙囪加強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳?方式，夏季時(shí)在傳統(tǒng)窯洞原有的煙囪上端附加玻璃罩，組合 成太陽(yáng)能煙囪，利用陽(yáng)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(fēng)來(lái)加強(qiáng)空氣流動(dòng) ;研究測(cè)試表明： 當(dāng)煙 囪的長(zhǎng)寬比約為12： 1,出風(fēng)口向下傾斜 4時(shí)，通風(fēng)效果 最佳。冬季時(shí)將玻璃罩取下，煙囪正常使用，操作簡(jiǎn)單、使 用方便。 利用附加陽(yáng)光間加強(qiáng)室內(nèi)自然通風(fēng)在傳統(tǒng)窯洞原有 山墻外側(cè)增置陽(yáng)光間，夏季時(shí)通過(guò)植物及可調(diào)百葉，阻擋直 射陽(yáng)光。冬季則利用陽(yáng)光間對(duì)入室新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)還可 以為居民提供一個(gè)休憩娛樂(lè)和暫存物品的空間，造價(jià)較低，

6、實(shí)用性強(qiáng)。 利用水井和地面土層調(diào)節(jié)入室空氣溫度。結(jié)合當(dāng)?shù)氐?自然條件，在地下增設(shè)室內(nèi)與水井的連通管道，利用水井和 地面土層對(duì)入室新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱和冷卻，減小新風(fēng)與室內(nèi)空氣 的溫差，提高室內(nèi)舒適度。3.5 運(yùn)行原理夏季運(yùn)行原理 夏季，太陽(yáng)能煙囪底部的吸熱板吸收太陽(yáng)能，使煙囪內(nèi) 空氣溫度升高，熱空氣上升形成負(fù)壓區(qū)，室內(nèi)上空熱空氣通 過(guò)煙囪上端出風(fēng)口（ D）進(jìn)入煙囪，同時(shí)新鮮空氣通過(guò)水井 與地面土層冷卻后由室內(nèi)地面新風(fēng)入口（ F）進(jìn)入室內(nèi)，如 此促進(jìn)室內(nèi)空氣循環(huán)，同時(shí)起到降溫作用。在日照較為強(qiáng)烈 時(shí)，調(diào)節(jié)陽(yáng)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(shí)，陽(yáng)光間頂部出風(fēng)口（ A）開啟，利用熱

7、 壓原理帶動(dòng)陽(yáng)光間內(nèi)空氣的流通（圖 1）。圖 1 夏季運(yùn)行原理示意圖冬季運(yùn)行原理 冬季，傳統(tǒng)窯洞主要依靠取暖灶臺(tái)來(lái)提高室內(nèi)熱舒適度。 此時(shí)將太陽(yáng)能煙囪取下，由于陽(yáng)光間庭院?jiǎn)棠緲淙~脫落，調(diào)節(jié)陽(yáng)光間天窗百葉角度，保證充足的陽(yáng)光射入，對(duì)其內(nèi)部空 氣進(jìn)行加熱 ;同時(shí)將其外側(cè)風(fēng)口關(guān)閉，窯洞山墻面風(fēng)口打開（C）。煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生熱量，使煙囪內(nèi)空氣溫度升高，熱空 氣上升形成負(fù)壓區(qū)， 室內(nèi)底部冷空氣通過(guò)灶臺(tái)底部進(jìn)風(fēng)口 （ G） 進(jìn)入煙囪，新鮮空氣通過(guò)水井和地面土層第一次預(yù)熱后由陽(yáng) 光間內(nèi)地面新風(fēng)入口（ E）進(jìn)入其內(nèi)，經(jīng)陽(yáng)光間第二次預(yù)熱 后通過(guò)山墻上部進(jìn)風(fēng)口（ C）進(jìn)入室內(nèi)，如此促進(jìn)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(yùn)行原理示意圖4. 驗(yàn)證 為了證明現(xiàn)代窯洞的通風(fēng)措施是通過(guò)控制熱壓來(lái)實(shí)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(wú)論是西北地區(qū)還是長(zhǎng)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(huì)加劇這種潮濕的感覺(jué)，室內(nèi)甚至?xí)Y(jié)露。自 然通風(fēng)是可以想到的最簡(jiǎn)單的方法。不同的地形地勢(shì)會(huì)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(fēng)面，相對(duì)位置較高的山脊附近（圖3）。如果是平坦地，整

9、個(gè)區(qū)域會(huì)有相似的氣候條件，利用地形構(gòu) 成自然通風(fēng)不太容易辦到，一般多采用捕風(fēng)器或強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（圖 4）。圖 3 地形地勢(shì)影響氣流圖 4 平地上的捕風(fēng)器氣壓差與風(fēng)是解決覆土建筑室內(nèi)高濕度引起的種種問(wèn) 題的主要辦法。在有條件利用自然通風(fēng)的前提下，應(yīng)盡量使 建筑的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口順應(yīng)主導(dǎo)風(fēng)向，加強(qiáng)氣壓差，增大通 風(fēng)效果 （圖 5）。另外種植植物應(yīng)引導(dǎo)氣流而不能阻礙氣流流 動(dòng)（圖 6）。圖 5 順應(yīng)主導(dǎo)風(fēng)向的開口布置圖 6 種植植物引導(dǎo)氣流 用細(xì)高的熱壓通風(fēng)豎井進(jìn)行自然通風(fēng)最為有效。風(fēng)道的 開口方向直接決定了能引入多少自然風(fēng)，因此風(fēng)道頂端垂直 面的開口可以有兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)風(fēng)面或做成捕風(fēng)器的形式，

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

11、盡量為實(shí)墻， 即使開窗， 窗戶面 積也應(yīng)盡可能減小，冬季進(jìn)行封堵。也就是說(shuō)在西北地區(qū)的 氣候條件限制下，想要通過(guò)氣壓差形成自然通風(fēng)會(huì)面對(duì)很多 其他的問(wèn)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(fēng)。圖 7 風(fēng)道和可旋轉(zhuǎn)的捕風(fēng)器5. 一般化 從新型窯洞的熱壓通風(fēng)，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(huì)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(shè)置地?zé)嵯洌?夏季室外炎熱的空氣經(jīng)過(guò)地?zé)嵯渥匀唤禍乩鋮s，再通過(guò)呼吸 柱的底部導(dǎo)入室內(nèi)，并利用其拔風(fēng)效果上升向室內(nèi)送風(fēng)，直 接降低了夏季室內(nèi)的溫度和空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷，展廳內(nèi)聚 集熱空氣，則利用溫升作用通過(guò)呼吸柱頂端的開口直接向室 外排出，形成循環(huán)氣流，營(yíng)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(xiàn)：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(yáng)窯洞民居在城鎮(zhèn)增長(zhǎng)過(guò)程中的保護(hù)與再 生初步研究 .蘭州：西北師范大學(xué)， 2