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農業論文

黃土高原窯居建筑生態節能分析

時間:2020年09月04日 所屬分類:農業論文 點擊次數:

摘要:傳統窯居建筑作為我國最具典型和原生態的民居形式之一,其建造技術、綠色材料、優良的熱工性能等方面在生態節能方面具有較高的適應性價值和借鑒意義。本文從圍護結構入手,分析墻體結構和開窗方式,以此來研究窯居建筑的保溫隔熱以及采光通風情況,總

  摘要:傳統窯居建筑作為我國最具典型和原生態的民居形式之一,其建造技術、綠色材料、優良的熱工性能等方面在生態節能方面具有較高的適應性價值和借鑒意義。本文從圍護結構入手,分析墻體結構和開窗方式,以此來研究窯居建筑的保溫隔熱以及采光通風情況,總結出窯居建筑內在的綠色設計與技術措施。

  關鍵詞:窯居建筑;圍護結構;保溫隔熱;通風采光;生態節能

建筑生態風貌

  黃土高原區域年平均溫度為-3.6~14.3℃,冬季嚴寒、夏季暖熱,溫差較大,同時該地區四季干燥,降水稀少,春旱現象嚴重。且由于太陽高度角較高,日照強度極高,加上干燥、風沙,呈現出實際蒸發量普遍高于實際降水量的態勢。傳統窯洞民居主要集中在黃土高原地區,受到當地環境的影響,窯居建筑的營建過程因地制宜,利用獨特的黃土資源,順應地形,打造了一個“冬暖夏涼”極具特色的民居形式,其圍護結構的構筑特點也決定了窯居建筑內部獨特的生態環境。

  一.窯居建筑類型

  傳統窯居建筑一般可以分為三大類型:獨立式窯居、靠崖式窯居和下沉式窯居。獨立式窯居又被稱為“箍窯”、“四明頭窯”,是指在地面平地空間上直接利用黃土、磚、石、草泥垛等天然材料砌筑的一種獨立式建筑,建筑的四個方向均不依靠山體而存在,獨立式窯居由于各個面都朝向室外,因此在采光通風方面相對于另外兩種窯居類型較好。

  靠崖式窯居是依靠山體或其他地形靠背的窯洞形式,其常常呈現出一種順應地形的排布之勢,通常建筑背靠地形,形成一個向外圍合的空間,不僅能夠阻避風沙,接受較強的太陽輻射,而且還能調節小氣候。我國陜北地區平原較多,通常無山可依,風沙較大,因此下沉式窯洞應運而生,人們直接在地平面之下開挖窯洞,以此避免受到自然環境的影響,但是下沉式窯洞施工時較為復雜,不僅要考慮土地的沉降,還得解決防水排水等問題,同時通風采光條件較差。

  二.窯居建筑圍護結構

  建筑圍護結構是整個建筑與外界緊密接觸的重要部分,其夏季隔熱降溫和冬季保溫儲熱能力直接決定了建筑室內環境的熱舒適性。黃土高原地區窯居建筑充分的考慮到當地的氣候,地形等特點,運用黃土資源,構筑了一個適應性較強的建筑生態機制。

  1.墻體特點

  窯居建筑大部分采用當地的黃土作為其最基本和最重要的生土材料。窯居建筑的墻體主要由窯背墻、兩邊的窯邦、窯面墻和窯腿四大部分組成。在此墻體結構中,窯邦與窯腿就相當于現代建筑中的承重柱與地基。以此為基礎加以黃土夯實,可以構筑一個堅實穩固的墻體結構。

  盡管該地區晝夜溫差變化較大,但是由于墻體為厚實的夯土墻,其厚度與密度均已保證了室外溫度的波動不會引起建筑內部氣溫的較大起伏,再者由于材質與厚度決定了窯居建筑的墻體具有一定的儲熱能力,因此在寒冬時,可以起到一定程度的內部氣溫調節作用。

  早期窯臉墻體多采用泥漿抹面的構造形式,保溫隔熱性能良好,F代窯臉墻體普遍采用基磚和瓷磚相結合的構造形式,在建筑物理節能原理上,建筑物某些部位因構成材料自身熱工性能的不同而產生道冷(熱)能力的突變,建筑學上將這種現象稱為冷(熱)橋。并且磚石等材料相對泥漿來說傳熱能力強,因此現代的一些墻體做法在一定程度上不利于保溫隔熱。在窯居建筑中為了防雨水侵蝕和地下潮氣而造成墻基不穩,一般將窯臉底部用磚或石塊砌起來,以防水蒸氣滲入墻體。

  2.門窗特點

  和現代建筑一樣,普遍存在和暫時難以解決的問題就是圍護結構中門和窗戶的節能技術。窗戶一直被視為建筑最為薄弱的環節,能耗損失巨大。窯居建筑也不例外。早期窯居建筑為了更好的保溫隔熱,特將門窗洞口開的較小,以此來防止能量的流失,而現代窯居由于技術和材料的改進,可將窗戶尺寸做的比較大。黃土高原地區的窯居建筑通過減小開窗面積來增加土墻面積,以達到整體上的保溫隔熱。

  3.屋頂結構特點

  傳統窯居屋頂普遍做黃土覆土處理,覆土厚度達1米到1.5米之厚。中間磚拱體系承重,內層一般用泥漿、白灰漿或者水泥抹面,防止磚縫掉土,也為其室內美觀、舒適,面層則采用黃土壓實。屋頂厚土剛好在磚拱體系的承重限度內,起到了非常好的節能效果。

  4.地面結構特點

  窯居室內地面構造一般由面層和基層構成,基層仍為黃土夯實,厚度達半米左右,面層根據居民家庭的經濟實力和主人喜好來決定鋪設的材質。當地普遍用磚鋪面,而很少用石材、地磚等。原因有三:(1)屋內經常做飯,難免會有水灑在地面上,磚地面可以很快滲水,光滑、不耐臟。(2)夏季為防內部空氣干燥,主人會經常灑水,磚有臨時吸水儲水的作用。(3)石板地面臟了打掃起來很費力,不實用。當地地下水位低,比較缺水,地面不必過分防潮。

  三、采光、通風與遮陽特點

  1.采光

  整個地區地廣人稀,基本上所有的窯居窯前都以寬大的院落空間組成住戶單元,院子南北進深至少十幾米,并且每一戶之間相隔較遠,再之該窯居都是一層,所以在自然采光方面完全達到現行日照間距標準,采光充足。但窯洞內部的自然采光由于只有窯臉一面開洞口,而且當地為了保證冬暖夏涼的優勢,早期人們一般將窗戶開的較小,并且由于墻體厚度的限制,開窗的進深較大,從而影響了室內的天然采光。而隨著窯居建筑的發展,人們也開始逐漸重視采光的問題,通常會增大開窗面積或在門上開設亮子來增加室內光照度。

  2.遮陽

  窯居筑普遍采用出挑的檐廊進行遮陽。當地一般將檐廊設置在窯臉的高窗和低窗中間的位置,與主體窯洞相接。起到遮陽、避雨、停留以及聯系室內外空間的過渡作用。夏季的時候,太陽高度角較大,檐廊可以有效遮擋避免太陽光直射室內;冬季的時候,太陽高度角變小,檐廊對室內采光影響較小。

  3.通風

  早期獨立式窯居在通風方面是一項不足之處,現代人們為解決窯洞通風不足的狀況,在開窗形式上做了調整。窯臉下部開較大的門窗洞口,上部天窗開的較小,這在室內通風上起到了一定的效果。夏季西南風自下部門窗進來,上部小天窗就像一個抽風口一樣將風不斷拔出,如此循環不停,組成窯洞良好的通風系統。

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  四.總結

  人們逐漸認識到生態環境對人們生存和生活的影響,環保意識逐漸加強。在鄉村旅游可持續發展的大環境下,窯洞民居的建筑形式,生于自然,融于自然,因地制宜,就地取材,是最符合綠色理念的鄉村民間建筑。通過對窯洞民居的深入研究,總結窯居的綠色設計與技術措施,引領綠色生態旅游方向,提高人們保護環境的意識,促進鄉村建設可持續發展,推動我國傳統民居文化的發揚和傳承。

  參考文獻:

  [1]劉亞棟.渭北平原地區典型獨立式窯洞建筑研究[J].居舍.2015. 33(3):31-36.

  [2]劉璇.海河流域傳統民居綠色建筑技術與地方性關聯研究[J].建筑世界.2014.17(2):11-12.

  [3]朱延迪,張琳.淺談陜北地區窯洞建筑的通風設計策略[J].建筑實踐.2012.34(2):24-25.

  【作者簡介】朱虹 1 余翰武 1 何宇豐 2

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