京郊村镇生态小住宅设计尝试

2011年10月15日940

瞿晓雨 林 川

  摘 要:本文以京郊村镇节能小住宅设计为例说明村镇生态小住宅的设计思路。

  关键词:京郊村镇小住宅 生态节能

  Abstract: The article explains ideas about designs of small ecological houses in villagesand towns through some examples in Beijing suburbs.

  Keywords: Small houses in suburbs, ecology, energy saving

  背景介绍

 

目前,我国村镇居民掀起建房热潮。据资料表明,全国村镇迫切要求建房的居民约占10%~30%。这充分说明,村镇的住宅建设,已经成为住宅建设中一个很重要的方面。但是,由于国家对村镇住宅建设缺乏有效的管理,以及地方工匠和低水平的设计充斥市场,使村镇住宅建设产生了许多问题,例如住宅建成后功能布局缺乏可变性与适应性、能耗大、舒适度低等等,使村镇住宅的居住质量与经济投入极不相称,并带来了资源的极大浪费,这已经成为我国村镇住宅建设中的一个突出问题。基于上述原因,建设部提出了小城镇、大战略的口号,要求将中小城镇的住宅建设,放到一种国策的地位上来研究。笔者以为,研究与发展生态小住宅,是改变这种粗放的设计局面,提高村镇住宅科技含量的有效途径之一。所谓生态小住宅,是指可以通过组织住宅建筑室内外的各种物质要素,使物质、能量在建筑内部有秩序地循环转换,从而获得一种高效、低耗、无废、无污、生态平衡的建筑环境。对我国的村镇小住宅而言,生态的设计应符合节能、节地、节水的标准,应能适应家庭未来在居住成分方面的各种发展与变化。同时,从技术角度讲,依据我国国情,宜以适用技术为主,令广大居民经济上能够承受,施工上易于操作。下面即以一个案例来说明村镇生态小住宅的设计思路。

案例分析

  ⒈要求与限制条件

  任何建筑设计的特色,均来自于限制条件。本文所介绍的方案,是一个委托设计的实例,所以,设计的构思首先是围绕业主的要求与场地的制约展开的。

  ⑴业主的要求:

  该住宅位于京郊农村,住户是三口之家。住宅主要用于夫妻二人养老,以生活起居为主,不考虑农业生产功能。孩子将来可能与父母同住,也可能搬走。户主要求房间日照充足,冬季保暖,配备专用的汽车库,并且保安防盗。由于住宅位于城乡接合部,外来人口较多,因此户主还要求能够有一定的居住面积用于出租。但对该部分出租面积的要求是可分可合,或者说既可以租给一个租户,也可以租给两个租户,并且在不对外出租时,应该是整个住宅的一个合理的组成部分。

  ⑵场地限制条件:

  场地的制约主要来自两个方面,一是如何满足日照间距,二是檐口“限高”。该宅基地东西长16.5m,南北长11.5m。南邻前院的平房,北邻村内主要道路,西邻户间小巷,东邻家族共用的车道,考虑到户主的使用面积要求及前院平房的遮挡作用,使日照间距难以满足。此外,当地村民在住宅檐口高度上有一条不成文的规矩,即相邻两家檐口高度至少要持平,不能高过另一家,以免有压人一头之嫌。该户相邻住宅的北面檐口高度为4.8m,即该住宅的檐口高度必须小于等于4.8m,这给盖楼房也带来一定困难。

2.构思与方案设计

  ⑴总体构思

  由于“限高”限制的是北面檐口的高度,而对住宅主体高度没有限制,因此本方案采用了一个南北坡相互错落的屋顶,在保证北面檐口高度为4.8m的情况下,尽量提升住宅主体高度,使其能容纳二层使用面积。同时,底层室内地坪与室外持平,尽量不向地下发展,减少土方开挖量。在二层北侧空间净高最低处(2.1m)安排卫生间、厨房、餐厅等对层高要求不高的房间等,在住宅中部安排主要活动空间和流动空间。这样一来,高、低空间各得其所,“限高”的制约就化解了。为进一步增加使用面积,削弱冬季西北风对庭院的扰动,保证住宅内部的私密性与安全性,整个住宅采用L形平面。二层西部东西向的租户住房设有一个南向退台,以取得南向采光。

  ⑵冬季的保温与防寒措施

  北京冬季住宅的保温得热是本方案要解决的最主要的问题。由于地处农村,没有集中的供热管网,当地村民一般自置土暖气,利用油炉、煤炉加热取暖,耗能多,经济投入大。考虑到北京地区日照充足,我们认为应该充分利用太阳能进行保温与得热,减少冬季取暖费用。

  ①冬季得热及贮热

     A.太阳能系统

  太阳能集热方式有主动式与被动式系统两种,被动式系统又分直接集热和间接集热两种方式。由于本方案除采暖外,还要考虑热水系统,因此采用了主动式与被动式、直接集热与间接集热相结合的方式。简单说来,就是在晒台上安装真空管集热器,加热洗浴热水兼起预热土暖气过水的作用,减少暖气加热时段;设置日光间作为采暖的集热器,利用室内的楼地面、地下的卵石床等高密度材料的热延迟性为储热器和散热器;日光间、卵石床与主要使用房间之间以管道相连,管道口用风扇提供循环动力。

  B.直接得热措施

  直接得热的原理是让冬季阳光从南面窗直接射入房间内部,用楼地板、墙体、家具设备等作为吸热和储热体。当室温低于这些储热体表面温度时,这些物体可以以低温辐射方式向室内供暖。辐射供暖比空气对流供暖更有效而舒适,其所需的舒适气温比对流供暖的要求低。在本方案中,为了增加直接得热量,采取了两项措施:a.在南部主要起居空间设置吹拔和落地窗,使冬季正午阳光能射入日照间距不足的一层;b.在屋顶两坡错落处设置南向高窗,弥补住宅北侧房间采光的不足,并取代北向采光,避免北向开窗带来的冬季热损失。c.毗连日光间常见间接得热设施有:特朗伯集热墙、水墙、载水墙、毗连日光间等。本方案在住宅南部设置了毗连日光间,其好处是:a.可将住宅年度热损失减少一半 ;b.管理简单;c.可以种花草,改善微气候;d.保留传统的院落生活习惯。为了保证有足够的集热面积,整个南部庭院和二层租户的退台都被纳入日光间内。这样,户主和租户可同时享受日光间的好处。

  D.门窗的设计

  玻璃窗既是得热构件,也是主要的失热构件。为避免夜间耗热增加,所有南向窗的面积不超过墙面积的35%。为了加强保温,在高窗下部吊顶设置了一道可推拉的保温板,白天打开,允许阳光透入;夜间封上,防止热量散失。由高窗构成的三角形断面的小型集热空间,还可以辅助毗连日光间集热。

  E.储热器

  收集的热量贮存在卵石床内。较特朗伯墙、水墙等储热器而言,卵石床施工简单,易于维护。本方案中卵石床设在底层卧室、客厅等主要空间下部,在蓄热的同时可以改善地面的热舒适度。车库下部也设置了卵石床,防止车库冬季过冷。卵石床内有管道与屋顶集热室、毗连日光间和起居厅、卧室分别相连。

  F.基本工作原理

  整个住宅的太阳能集热系统在冬季的工作原理如下:白天,阳光直接射入室内和日光间,形成温室效应,室内空气被加热。楼地面、墙体开始蓄热,形成低温辐射向室内供暖。毗连日光间、屋顶集热室的热空气以强迫对流的方式送往地下卵石床,储存起来以补偿夜间的热损失。晚上,关闭二层吊顶的保温板,拉上保温窗帘,减少热损失。楼地面、墙体在材料的热延迟作用下,继续向外辐射散热。同时抽取卵石床内的热空气,与室内对流换热取暖。为了防止热量向外散失,屋顶和外墙都夹设了保温材料。

  ②冬季防寒

  本方案在建筑布局中设置了三道“热闸”,用以保温隔热:一道是南部的毗连日光间,在冬季夜晚紧闭门窗,形成室内外间的一道保护屏障。其中,户主和租户户门均在楼梯间内开启,与室外相隔了日光间、楼梯间两个过渡空间;第二道是地下卵石层,防止一层室内热量向地层传导;第三道是将厨房、卫生间、车库、锅炉间等次要房间布置在北侧,并减少北墙和西墙的开窗面积,缓冲来自住宅西北面的冷风渗透。

  ⑶夏季的通风与散热

  住宅冬季的得热系统在夏季也成为热量的主要来源,因此夏季要解决的主要问题是遮阳与自然通风。自然通风实际上是与冬季集热同时考虑的。建筑物的自然通风机理主要有两种:一是利用风压,如在建筑中设置“风道”,实现穿堂风;二是利用热压,如设置通风井,实现“烟囱效应”。本方案以利用热压进行诱导通风为主,其措施是:在主要起居空间中设置吹拔,使气流能在上下层间自由流动;利用坡屋顶的错落,在室内造成局部高空间,使热气能在屋顶聚集,远离人体所在高度。具体的工作原理是:夏季,展开毗连日光间顶部卷帘,屏蔽太阳辐射,同时打开日光间山墙上部开口,对流散热。在室内,打开屋顶集热室的窗户,热空气上升后在此逃逸,同时,室外阴影区内的冷空气从一层北窗补充进来。

  ⑷功能适应性

  从住宅整个使用周期考虑,户主家的人口可能增减,租户可能变更,因此住宅的设计要能适应这些变化。措施之一是在结构设计上留出空间分隔变动的可能性,即利用纵横墙和框架混合承重,增加空间跨度,减少承重墙的数量。措施之二是充分利用室内空间高度,开发夹层空间。例如,一层租户的“卧室”和“起居室”是通过家具来划分的,在单一的大空间中进行了功能的重新组织。二层租户利用坡屋顶的升起设置了一个夹层,布置次卧室和储藏间,夹层下布置净高要求低的卧床和卫生间,可以容纳多人合住。措施之三是以最少的楼梯联系楼上楼下,户主和租户共用,使两者的住房可分可合。例如,西侧部分户主可以出租两层,也可只出租首层,而留二层自用。措施之四是在楼下布置会客厅,在楼上布置起居厅,分别作为对外和对内的活动中心,以适应村镇家庭来往客人较多的情况。两者间以吹拔相联系,既沟通了视线,又增添了别墅的高档感觉。

   推广前景

  生态小住宅除具备良好的经济效益与环境效益外,在村镇还有广泛的推广前景。首先,建房是村镇居民的生活大计,住户必然重视它在整个寿命期间的运行费用,从而较易认识生态住宅的经济效益,认同生态住宅相对较高的初始投资。其次,当前村镇住宅建设大部分处于自我备料、自我建造的状态,住户可以根据自身经济能力,确定建筑标准,这就为以“适宜”技术为核心的生态小住宅的推广创造了条件。另外,我国村镇住房建设中所存在的户学户、邻学邻的风气,在一定程度上不失为推广生态小住宅的有力推动力。

  综上所述,建筑师有理由加入到当前村镇住宅的建设中,指导和推广生态型小住宅的建设。

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