周建伟
广东省湛江市建筑设计院有限公司 524000
摘要：本文以农村产业住宅设计案例，研究了可再生能源利用，提出了一种遵循农村聚落发展特点的能源互联网阵列体系的产能型住宅的设计模式；设计从建筑学的角度出发考虑将乡村特有空间院落形式，历史文脉、乡村肌理，与太阳能的利用进行一体化设计，同时整合当地适宜的绿色低碳技术，最终设计出充分利用太阳能又反映地域文化特征的低能耗农村产业化住宅。
关键词：农村住宅 低能耗 太阳能 绿色施工
一、前言
我国农村地区房屋建筑，在全国住宅类建筑中占有很大的比例。农村住宅节能是城乡一体化与国家节能减排战略的重中之重。建设“阳光与美丽乡村”成为建设者工作的重点，如何“留得住青山绿水，记得住乡愁”成为新农村建设的目标。改革开放以来，农村经济得到了长足的发展，农村住宅建设量日益增加，能源消耗也迅速增长。针对农村住宅现状与建设特点，加快研究基于建筑全生命周期的被动式节能设计，优先选择适宜的低能耗设计策略，大力进行太阳能等可再生能源等与建筑一体化设计，成为提高我国农村住宅绿色低碳设计的关键。促进节能设计技术的应用，从根本上实现建筑节能目标，从而推动新农村建设的可持续发展。
本文以夏热冬冷热湖南地区某农村住宅设计为例，通过分析农村住宅的使用特点、住宅空间构成及其能耗特点，结合当地太阳能资源情况，提出了建筑学视角下新型农村住宅设计中对太阳能的利用及绿色低碳技术应用展示策略，为夏热冬冷地区及我国其他地区农村住宅的建设提供了技术应用及设计思路借鉴与参考。
1 项目概况
项目用地位于湖南省，长江中游南岸。该地区属于亚热带季风气候，四季分明，气候温和、湿润，冬寒期短，全年雨量充沛。居住建筑单体要求每户建筑面积200?250㎡，占地面积150㎡，层数2层，以当地农村住房为原型，每户设有自家小院，户型设计满足日常生活使用，空间包括起居、卧室厨房、储藏室及辅助用房等基本空间。
2 气候适应性技术策略分析
该地区年平均气温 16.4℃，夏季气温高，冬季气温低，最热月平均29.2℃，最冷月平均3.9℃。年平均降水量1382.6mm，年平均降雨日132d左右。全年日照1699h，太阳能资源富裕。境内多东南风，年平均风速为2.17m/s，极大风速24. 8m/s。基地周边湖泊众多，建筑需要考虑防潮。
通过对该区域地理气候环境特点的分析，在进行技术策略选择时要与本地区地域特征相呼应；基于该地区的气候特点，农村地区住宅设计中需要考虑冬季房屋采暖保温和夏季房间的通风隔热问题，同时可以利用良好的日照条件采用大量太阳能光伏发电与太阳能热水系统。
3 设计构思
以建筑学的角度，从乡村记忆为出发点，以农村住宅原有的老房子为设计原型，考虑如何在保留农村住宅肌理、农村生活习惯的同时，结合当地气候环境特点与现代的产业化技术相结合。采用新旧结合的设计思路，“新”体现在对新型技术包括工业化组装技术和对太阳能的利用，以及新型建筑表皮形式等设计策略的应用表达，“旧”体现在对家庭住宅阶段性发展变化的情感记忆的保留与当地传统建筑材料的再应用，最后将绿色技术、建筑艺术与功能三者进行整合设计。
4 设计策略
设计以问题导向为切人点，从以下四个问题开始构思：
(1) 如何保留农村住宅的特点？
(2) 如何反映产业住宅的特点？
(3) 如何针对本地区利用太阳能资源？
(4) 如何考虑应用被动式节能技术？
以传统住宅老房子为原型，保留农村住宅的坡屋顶和庭院，在此基础上增加一层工业化的建筑表皮（图1)这层表皮限定出了农村住宅中的庭院空间，同时又可作为应对外界气候变化的一层“外衣”，可以打开也可以闭合，这层表皮可以作为收集太阳能的能量性产出表皮。在建筑形式构成上，外层表皮统一，而里边的功能房间体块可以根据具体功能要求随意布置，布局形式多样，也可以随着家庭人数结构的变化而改动，反映新旧住宅时代变迁。技术应用上考虑太阳能应用与建筑的一体化结合。夏天考虑建筑表皮遮阳，庭院垂直绿化遮阳等（图2)；冬天利用被动式太阳能房形成温室（图3)。同时，考虑住宅的产业化建设，根据任务书要求每户占地面积150㎡，项目采用7m×7. 5m的模块化体量，形成一个居住单元，三个模块组合成一户；模块化设计便于工业化、标准化的投入大量生产。
.png)
5 技术应用分析
根据气候特点，农村住宅设计中主要考虑冬季房屋保温，夏季房屋隔热通风，同时注重建筑的防潮。因此设计中的绿色技术主要是通过对太阳能在建筑中的主、被动利用技术的合理选择和应用。设置外层可调式动态光伏表皮，可根据需要开启与闭合，夏季遮阳，冬季保温，屋顶放置部分真空管集热器，同时作为收集太阳能的能量表皮；在被动式节能技术上采用冬季阳光房，利用文丘里效应和热压通风等原理加速庭院内部过渡季节的通风。5.1可再生能源——太阳能的利用
我国太阳能资源较丰富区域，考虑夏热冬冷热工分区的气候特点，设计中大量地利用太阳能资源，采用太阳能光伏发电、太阳能热水系统、被动式太阳能阳光房。探索农村独栋住宅与太阳能系统结合的产业化构件和建造方式，同时结合农村村落聚聚的发展肌理引入了以每户为一个发电单元的光伏发电阵列概念，每户房屋作为一个太阳能收集器发电单元用于产能发电，多个住宅成组串联布置，整个村庄形成一个由多个发|?电单元组成的太阳能发电网络，将收集的电量集中储存用于村庄的公共设施如村民活动中?心的用电等（图4)。5.1.1光伏发电通过ECOTECT模拟软件计算每户屋顶，光伏板最佳倾角静止状态下，全年太阳能光伏板接受太阳最大吸收辐射量如图5所示。5-1.2光伏发电量的计算及节能收益年发电量（kWh)?=当地年总辐射能（kWh/m2)X光伏方阵面积（m2)X组件转换效率X修正系数
.png)
图5屋顶光伏板太阳能辐照度吸收量
修正系数 K=K1·K2·K3·K4·K5
其中，K1为组件长期运行的衰减系数，取0.8;；K2为灰尘遮挡组件及温度升高造成组件功率下降修正，取0.82；K3为线路修正，取0.95; K4为逆变器效率，取0.85;；为光伏方阵朝向及倾斜角修正系数，取0.9。当地年太阳辐射量参见图8，每月吸收量之和即 57621.86kWh，因此计算得到：
年发电量= 57621×18%×0.8×0.82×0.95×0.85×0.9 = 4944.7kWh
节约能源情况见表1。
.png)
5.2被动式太阳能技术利用——建筑遮阳与通风
5. 2. 1太阳辐射得热对比分析
被动式太阳能技术应用中主要考虑冬季增加太阳辐射得热，外层表皮关闭形成阳光房 (图6);夏季建筑屋顶遮阳减少内部房间辐射得热（图7);过渡季节增加房间内及庭院周 围的空气流动。
5.2.2建筑通风与防潮底层架空增加建筑周围风环境，防止屋面潮湿；建筑南北形成穿堂风，北向二层屋顶上的光伏板经过太阳辐射温度增加，与坡屋顶形成文丘里风帽效应，加大庭院通风(图8?图11)。?
.png)
.png)
?
5.3建筑工业化——模块化设计与建造???
模块化指的是为了易于装配或灵活使用而设计的组件单元。在工厂生产出各个建筑系统的组件单元，并进行模块化施工建造。对比传统现场建造，预制式模块化建筑的经济又高效环保。方案在户型设计方面，布局方正。卫生间和厨房集中布置并进行整体设计。设计采用7m×7.5m的模块化体量，作为一个满足基本需求的居住单元，同时考虑到家庭成员年龄结构的变化，可以根据对功能先的需求进行重新组合设计。该住宅提供了一个由三个模块组成（图12)的方案示意。建筑平面功能的演变如图13所示。效果图如图14、?图15所示。
.png)
.png)
三、结束语
新农村建设开始成为未来城乡建设的重点领 域。同时，绿色低碳节能建筑已经成为现在设计领域研究的热门。本文基于上述背景，对 农村住宅与太阳能的利用及结合工业化进行建筑师角度的设计整合是一次很好的设计实 践，研究通过前期方案的构思分析，给出相应的设计策略，并所提出的设计策略进行效益评价。整个设计研究过程给未来新型农村住宅设计建造提供了很好的案例研究和实践参考。
参考文献
[1] 《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015
【作者简介】周建伟，男，1974年生，建筑设计工程师研究方向为建筑设计及工程管理。