西北工业大学第一届大学生节能减排社会实践与科技竞赛系统说明书

1、西北工业大学第一届大学生节能减排社会实践与科技竞赛系统说明书【科技作品类（含实物制作、软件、设计等）】作品名称：关中地区农村住宅绿色生态设计策略及节能技术的应用学院：力学与土木建筑学院申报者姓名：余俊骅唐权马庆龙张善锋赵峰陈蔚蔚高羽 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 作品内容简介1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章绪论1导言1项目研究背景1本课题项目研究内容及实验支持2L3.1项目研究内容21.3.2实验条件支持2 HYPERLINK l bookmark8 o

2、Current Document 第二章相关概念辨析及生态设计理念3相关概念辨析3.1关中地区3.2生态住宅31.3绿色生态住宅41.4农村绿色生态住宅.42.2绿色生态设计理念42.1生态住宅的设计原则42.2绿色价值理念在生态住宅区建设中的应用51）重视绿化及住宅区绿地建设52）采用绿色建筑材料53）充分利用居室房顶自然光源54）重视屋顶绿化以及污废水处理5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第三章国内外绿色生态设计相关理论及实践应用状况.6国内外绿色生态住宅理论研究6.1绿色建材发展6.2建设技术策略6国内外绿色生态建筑实践现状7国外生态

3、住宅实例简介7国内农村生态住宅发展情况8第四章影响关中地区农村住宅发展的主要因素分析 TOC o 1-5 h z 关中地区的地理及气候9地理位置9气候特征102.1降水量10气温10.2.3自然灾害10农村住宅形式的决定因素10当地资源状况102.1.1水资源112.1.2太阳能资源12 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第五章设计方案12方案设计说明135.1选址135.2平面生态设计策略132.1朝向13.2.1.1实地调研情况13.2.1.2朝向选取策略132.2庭院设计策略142.2.1实地调研情况142.2.2庭院节能减排设计策略14

4、2.3体形系数152.4平面布局152.4.1实地调研情况152.4.2平面节能减排设计策略162.4.3设计方案平面展示165.3立面设计183.1实地调研情况183.1.1门窗183.1.2屋顶193.2立面设计节能减排设计策略203.3设计方案立面展示204剖面设计214.1剖面节能减排设计策略21自然通风生态策略214.2设计方案剖面示意21 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第六章工作原理及性能分析22绿色生态循环系统222太阳能节能系统231太阳能技术应用策略分析236.2.2实地调研情况246.2.3设计方案中太阳能采暖系统的应用

5、246.2.4太阳能采暖系统的性能分析256.3通风节能工作原理及性能分析256.3.1冬季白天通风256.3.2夏季遮阳处理266.3.3夏季夜晚通风处266.3.4夏季白天通风处理276.4墙体节能工作原理及性能分析276.4.1实地调研情况276.4.2设计方案中墙体的节能做法及性能分析286.5能源节约方面的绿色实施策略286.5.1实地调研情况286.5.2设计方案中能源的节能应用286.5.3水的循环利用与中水处理296.5.4材料与资源的有效使用296.6室外环境设计及综合利用原理296.6.1实地调研情况296.6.2设计方案中室外环境设计296.6.3细节方面的节能处理原理2

6、9 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第七章理论设计计算30 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第八章创新点及研究意义31.1技术关键31.2研究内容及实验条件32.3创新点32.4应用前景325本课题项目的研究意义32参考文献33附录一西安地区农村住宅现状及节能情况调查349.1调查过程与问卷设计341.1调查过程341.2问卷设计342调查结果分析342.1关中地区农村生活状况和收入水平342.2住宅的构思及建造过程342.3住宅的基地选址352.4宅的朝向352.5住宅的庭院绿化352.6

7、住宅平面分析362.7住宅围护结构材料及构造现状402.7.1墙体402.7.2屋顶402.8住宅遮阳情况432.9能源使用情况43饭季季做伽2.9.12.9.22.9.32.9.4太阳能热水器.442.9.5沼气452.10住宅室内舒适度45住户主观舒适感452.11水资源利用459.2.12其它469.3调查结果总结469.4本章小节46附录二西安地区农村住宅现状及节能情况调查表47附录三尖角村2户住宅室内外温度实测数据表50附录四建设部与我方的项目通知及合同53附录五西安市建委与我方的建设科技项目合同56关中地区农村住宅节能减排系统设计说明书设计者：余俊骅，唐权，马庆龙，张善锋，赵峰，陈

8、蔚蔚，高羽指导教师：刘煜（西北工业大学力学与土木建筑学院，06级建筑学系）作品内容简介目前我国正大力推进社会主义新农村建设，如何提高农民的居住环境质量，同时降低能耗，并尽量减少对环境的危害，促使农村住宅走上可持续发展的道路，成为一个值得研究的课题。我国农村每年都在兴建大批量住宅，但是，由于农村住宅多为农民自己设计、施工，农民缺少相关的绿色生态住宅建造技术，以及受城市生活和自我意识的影响，导致农村住宅普遍存在很多问题，如平面布局不合理、建筑面积过大、围护材料不节能环保、住宅高度过高、室内热舒适环境差、可再生能源利用不充分等。本文通过对关中地区农村气候特征、环境特点、住宅特点、生活习惯和经济状况等

9、相关文献研究和实地调查，分析了该地区现有农村住宅在建造和使用方面的优势和弊端，并根据现状和农民经济承受能力，提出了适宜的绿色生态改造策略。本文首先界定本文的研究范围，阐述了项目背景，并对研究的目的、意义、内容和方法等进行了详述；其次，通过文献回顾，对本文中相关概念进行了辨析和界定，并对当前国内外农村绿色生态设计策略和城市低技术设计策略，了解绿色生态住宅的一般设计原则和方法;然后，通过对三次实地调查结果的归纳，对关中地区农村住宅现状以及生活生产状况进行了分析，最后，提出了一些促进关中地区农村绿色生态住宅发展的政策策略，并设计了适宜在关中地区推广的新农村住宅节能减排系统方案。联系人：余俊骅、联系电

10、话EMAIL：第一章绪论导言生态学是研究生物之间及非生物环境之间相互关系的科学，20世纪下半期以来日益受到人们的重视。广义建筑学中的城市规划学、建筑学和园林学都进入了一个研究“生态”的新阶段，于是“生态”也成为社会上广泛应用的术语。自20世纪60年代以来，人们逐渐意识到环境恶化、资源枯竭等对人类生存的严重威胁。1992年，联合国环境与发展大会通过的21世纪议程指出，生态危机将成为世纪全人类共同面临的最大危机和最严峻的挑战lo人居环境的可持续性成为广受关注的课题之一。项目研究背景我国住宅建设面临五大挑战：是建筑使用过程中能耗过高；二是环境负荷过高；三是工业化程度过低；四

11、是综合性能较低；五是对住宅节能普遍认识不足2。我国有13亿多人口，其中农村居民人口约占全国总人口的80%,他们的居住条件、生活质量直接关系到我国的稳定发展。据国家统计局资料，从19791998年20年中，全国新建住宅185亿m:其中城市住宅47亿m二村镇住宅为138亿2000年农村人均居住面积为24.8m2,到2010年将达到30多nf,农村需新建住宅30多亿我国已成为世界头号住宅生产国C3.目前，我国北方农村住宅能耗及热舒适性方面的问题主要表现在冬季4：（1）冬季室内温度过低。相当多的农户全家集中到一两间卧室中生活以减少采暖用能；即便如此，住宅室内温度仍距城市冬季室内采暖温度相差甚远。（2）

12、污染严重。由于冬季大量采用枯秆和燃煤供能，严重影响了农宅室内外空气环境质量。（3）采暖经济负担重。由于住宅保温性能差、采暖系统效率低，虽然农宅室温远低于城市住宅，但其耗煤量却高达30-40kg标煤/nV年，为城市采暖能耗的1.5-2倍5。目前，建筑能耗在发达国家占能源总消耗量的40%以上，我国建筑能耗也已占总能耗量的30%以上。我国是世界上第二大能源消费国，而人均能源储备占有量不到世界平均水平的一半。节约能源是我国目前建筑业发展刻不容缓的重要任务。我国大部分建筑的能耗大体是欧洲住宅能耗的三倍，而建筑室内环境质量大大低于欧洲水平。资料显示，作为引发地球变暖的核心因素之一的城市建筑业，其二氧化碳的

13、排放量占到了总排放量的50%,这比例远远高于运输业和工业领域。据统计，我国每建筑1平方米的房屋，平均碳排放量为0.8吨，包括建筑用电、采暖、照明、通风等方面，大部分能源仍是粗放型管理。建筑商只会考虑将使用成本附加到房产交易中，而忽略了建筑过程中的节能环保问题。并且，我国当前的大量建筑都存在结构、材料使用失当等缺陷，这些问题造成的高能耗、高排放已经成为城市建筑的最大缺陷。1.3本课题项目研究内容及实验支持项目研究内容1）调查和分析关中地区农村住宅现状（涉及建筑设计建筑技术能源能耗节能措施等方面）；2）以绿色生态建筑设计策略以及节能措施和太阳能为代表的新能源技术在当地气候条件下的适宜性及一体化应用

14、的可行性分析；3）根据实际条件设计出适合当地环境特征的“新农村”生态节能住宅。通过计算机模拟及建设试点项目检验并总结成果（成果申报专利）。实验条件支持依托实验室名称：（1）建筑系及可持续建筑与环境研究所（SBERI）（国际合作）现有场地、设备及资料；（2）西北工业大学资源与环境信息化研究所的有关设备、软件与资料；（3）西北工业大学建筑系模型制作室、软件分析室等。相关实验室条件：电脑打印机统计分析软件、建筑环境模拟软件等第二章相关概念辨析及生态设计理念相关概念辨析.1关中地区“关中地区”位于陕西中部，总面积5.55万平方公里（图2-1）。包括西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南五个省辖地级市，共54个县

15、（市、区）。关中平原海拔约500米，年平均气温为12c13.6C,四季分明，冬夏季较长，春秋气温升降急骤，干燥且多风沙.夏季炎热高温,日照强烈，降水集中，极端最高气温41.445.2C,平均气温24-26.4C。秋季多有连阴雨，温和湿润;冬季干旱寒冷，雨雪偏少，极端最冷气温一16.9208.C,平均气温2c一0o年平均温度11.5T3.7C,年平均降雨量550-650mm（图4-1）,全年无霜期189226天6。在建筑热工分区上属于寒冷地区，建筑设计中应满足夏季防热防潮冬季保温御寒的要求。* f*.图2T关中地区区位图.2生态住宅生态住宅以可持续发展的思想为指导，意在寻求自然、建筑和人三者之间

16、的和谐统一，即在以人为本”的基础上，利用自然条件和人工手段来创造一个有利于人们舒适、健康的生活环境,同时又要控制对于自然资源的使用、实现向自然索取与回报之间的平衡。生态住宅的特征概括起来有四点，即舒适、健康、高效和美观7o2.1.3绿色生态住宅绿色生态住宅是绿色生态思想在住宅领域的实践，它倡导尊重、顺应自然的健康居住方式，并从更加宏观的环境与资源的角度关注人类生活。关于绿色生态住宅的定义，在国际上并没有统一标准的定义，但业内人士及专家普通认同以下观点：首先，绿色生态住宅能够结合当地自然生态环境，合理组织和处理建筑与其所在环境之间的关系，使之与环境成为一个有机的结合体；其次，绿色生态住宅能够创造

17、良好的室内环境条件，能够为人们的工作和生活提供舒适自然的环境；最后，绿色生态住宅的最终目的是遵循并实施全球人居可持续发展战略,将节约自然能源、保护自然环境和为人类提供健康舒适环境这三大课题结合起来8。因此,绿色生态住宅相比般住宅的优势包括更加节能、节地、节水、环境污染更少、建筑寿命长等。2.1.4农村绿色生态住宅农村绿色生态住宅除了要遵循一般绿色生态住宅具有的绿色生态设计原则外，还要结合农村气候特征、自然资源能源、经济水平、文化特点以及农民生活习惯进行设计，力求经济可行,易于在农村地区推广应用9o对于农村绿色生态住宅，首先应在方便农村生产和生活的基础上，满足农民居住的舒适性、安全性、私密性以及

18、满足邻里交往、人与自然交往等要求；其次，农村住宅在建设中，要从住宅全生命周期各环节出发，因地制宜，合理运用资源，实现农村住宅节地、节能、节水、节材的目标，达到对资源的最少利用和对环境的最小破坏；第三，实现农村住宅与农村环境的完美和谐，并体现该地区对地域文化的继承和延续。这不仅体现在物质方面，更体现在精神方面，不仅要与自然景观相融合，还要与农村的社会文化特点相融合。只要使建筑物的建造及使用、维护满足了地方环境和资源条件所提供的可能性，就同样可以达到可持续发展的目的（见图2-2）。源条件图2-2符合地方条件的生态技术发展示意图2绿色生态设计理念2.1生态住宅的设计原则生态住宅中最核心、最有生命力的

19、不是某种固定的结论或方法，而是这种思想所蕴涵的设计原则，它包括：.生态化生态住宅首先要遵循的是生态化原则，即节约能源、资源，无害化、无污染、可循环。.以人为本树立“以人为本”的指导思想。人毕竟是我们这个社会的主体，追求高效节约不能以降低生活质量，牺牲人的健康和舒适性为代价。在以往设计的一些太阳能住宅中，有相当一部分是服务于经济落后地区的，其室内热舒适度较低。随着人民生活水准的不断提高,这种低标准的生态”住宅很难再有所发展。.因地制宜生态住宅非常强调的一点是要因地制宜，绝不能照搬盲从。.整体设计住宅设计应强调整体设计”思想，结合气候、文化、经济等诸多因素进行综合分析。.2.2绿色价值理念在生态住

20、宅区建设中的应用住宅是生态系统的重要组成部分，是人类生活特定的建筑单元。清华大学建筑学院袁镇教授指出：“我们应当珍惜绿色价值，在建筑行业上把具有节约资源、降低能耗，减少污染，提高居住室内环境质量等性能的生态性作为新世纪住宅建设方向。建设绿色生态住宅具有健康舒适，高效清洁，和谐优美三大特点的发展目标。”111）重视绿化及住宅区绿地建设住宅区绿化应以植树为主，乔、灌、花、草有机配搭，形成绿阴护夏、红叶迎秋、四季花香、芳草如茵的景观，创造优良的居住与休憩环境，每公顷绿地可以吸收氮氧化物380kg12o许多树木还能分泌杀菌素，具有灭菌作用。丛密的树林还可降低声波，吸收噪声，在炎热季节能产生明显的降温效

21、应，减少地面辐射等。由于绿化系统具有调节气候、防治大气污染、涵养水源与防治风沙、美化景观与发展经济等功能，因此，建设绿色生态住宅区，应珍惜绿色价值，重视绿化建设。2）采用绿色建筑材料环保砖目前我国多以发电厂排出的飞灰作为原材料，其抗压强度，防水、隔热、隔音均超过一般红砖。而木屑制作的砖，强度是普通砖的两倍。墙壁装饰从生态学的角度目前采用无害化装饰，如利用天然的木材自然拼板、竹质的板料、纸纤、棉布作墙壁装饰材料，普遍受到消费者的青睐和关注13。地板采用竹拼地板，其色泽清晰，结构新颖独到，格调高雅,具有防腐防潮、耐磨性好、弹性好的特点，更主要是对整个居室无污染。采用常温远红外陶瓷、高档电磁波屏蔽玻

22、璃、防辐射涂料等无害化装饰材料。此外还可在室内选择必要的花、草装点美化居室。3）充分利用居室房顶自然光源利用自然光的资源，是建设绿色生态住宅区的重要途径。建设绿色生态住宅还必须把建筑住宅设计与房顶太阳能设计融在一起，利用顶层的日照面积，把太阳能电池热水系统安装设计在房顶，解决顶层自然光能源转变为热能，减少使用液化气进而降低对大气的污染。我国自然条件比较优越，年均日照20002300h,按每天8h日照计算，每年将近有250288天左右的日照时间，利用这一自然光的能源是实现生态住宅区的有利条件14。4）重视屋顶绿化以及污废水处理在解决防水渗透外观基础上，可以利用屋顶的平面，实现屋顶的绿化，建筑屋顶

23、花园，其屋面坡度、负荷能力、人造土壤都要讲究科学性。一般每平方米的负荷能设计在300kg，就可以具备建造屋顶花园条件。据调查，屋顶一般铺上2535cm厚的人造土，与植物的重量相加每平方米不超过200kg的，不会压坏屋顶。而人造土采用木屑、谷壳、玉米秆堆汹过的垃圾肥均可，其特点是重量轻，储水好，通气，散热性能好。据科学测定，如果一个地区都利用屋顶绿化，这个地区的二氧化碳比没有实现屋顶绿化的低70%（平均值）15。第三章国内外绿色生态设计相关理论及实践应用状况1国内外绿色生态住宅理论研究我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，要在未来15年保持GDP年均增长7%以上，将面临巨大的资源约束瓶颈和环境恶

24、化压力。建设领域统筹经济社会发展、人与自然和谐发展的重要举措之一就是发展节能与绿色建筑。国外在这一方面起步较早，对其已有的很多实例和经验，应该借鉴、吸收、消化，为国内建设所用。绿色建材发展1992年联合国环境与发展大会召开后，1994年联合国又增设了“可持续产品开发”工作组。随后，国际标准化组织ISO也开始讨论制定环境调和制品（ECP）的标准化，大大推动着国外绿色建材的发展。1）日本：日本于1988年开展环境标志工作，至今环保产品已有2500多种，日本科技厅于1993年制定并实施了“环境调和材料研究计划”；通产省制定了环境产业设想并成立了环境调查和产品调查、产品调整委员会16。2）德国：最早推

25、行环境标志制度的国家。1987年德国发布了第一个环境标志-“蓝天使二德国居民宁愿多付些钱去购买对环境有益的产品，环境标志就像张“绿色通行证”在市场上扮演着越来越重要的角色。3）北欧各国：丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典等国于1989年实施了统一的北欧环境标志。丹麦为了促进绿色建材的发展，推出了“健康建材（HMB）标准。17。4）英国：英国建筑研究院（BRE）通过大量的研究，他们提出在相对湿度大于75%时，可能产生霉菌，并对某些人会诱发过敏症。对室内空气质量的控制提出了建议，并着手研究开发了些绿色建筑材料18。建设技术策略随着绿色生态住宅观念逐渐被人们接受，国外生态住宅则更多地在建设技术上有所考虑,

26、值得我们学习。1）洁净能源的开发与利用。要尽可能节约不可再生能源（煤、石油、天然气），并积极开发可再生的新能源，包括太阳能、风能、水能、生物能、地热等无污染型能源。2）充分考虑气候因素和场地因素。如朝向、方位、建筑布局、地形地势等。尽可能利用天然热源、冷源来实现采暖与降温；充分利用自然通风来改善空气质量、降温、除湿。3）材料的无害化、可降解、可再生、可循环。建筑材料应尽可能利用可降解、可再生的资源，同时还要严格做到建材的无害化。4）水的循环利用与中水处理。在适宜的范围内进行雨水收集、中水处理、水的循环利用和梯级利用，特别是对于水资源匮乏的地区。5）结合居住区的情况（规模密集、区位、周边热网状况

27、）采取最有效的供暖、制冷方式。加强能源的梯级利用。6）结合居住区规划和住宅设计来布置室外绿化（包括屋顶绿化、墙壁垂直绿化）和水体，以进一步改善室内外的物理环境（声、光、热）。7）使用本土材料，降低由于材料运输而造成的能耗和环境污染。8）在技术成熟、经济允许的情况下，适当地使用新材料、新技术，提高住宅的物理性能。9）注重不同社会文化所引发的生活方式上的差异，以及由此产生的对住宅设计的影响。提倡基于健康、节约基础上的生活方式。3.2国内外绿色生态建筑实践现状3.2.1国外生态住宅实例简介国外关于生态建筑方面的探讨主要起始于二十世纪七、八十年代，其实践多集中在独立住宅等小型建筑之中，并以太阳能的被动

28、式应用为主要特征。至九十年代，以欧洲大陆为先导，出现了以综合生态原则为指导，以高技术手段为依托的多层和高层建筑实例，标志着太阳能应用等节能技术与原则在建筑中的应用达到更高水平；马来西亚、日本等国结合本地气候条件，设计出了多种类型的太阳能居住建筑，受到广泛的关注；在美、欧等地，小型太阳能住宅建筑方面的设计与实践也进入更加活跃的时期。总体而言，一些发达国家便利用其雄厚的经济实力、先进的科技手段和人才优势，致力于绿色生态住宅的研究和开发，特别是在绿色建筑节能、智能化和新型建材的科研生产等方面取得了重大进展。在建筑设计中则出现了（1）低技术一“乡土建筑”的生态决定论倾向（图3-1）；（2）中技术一以传

29、统地方建筑中适用技术的利用为主（图3-2）；（3）高技术一以高新技术运用为基础的城市生态学理论等新的理论倾向和实践案例（图3-3、3-4）o图3-1管式住宅外景19图3-2管式住宅剖示意19图3-3杨经文Roof-Roof住宅20图3-4杨经文Roof-Roof住宅日照分析图202.2国内农村生态住宅发展情况国内绿色生态建筑方面的理论研究和实践探讨主要针对城市住宅建筑展开，虽然基于中国国情和气候特征取得了定的研究成果，但由于农村与城市之间在各方面仍然存在差异性21。农村方面，在2006年国家开始推进社会主义新农村建设的大形势下，政府也开始对农村住宅建设进行了“生态村”的试点试验，如北京平谷县的

30、将军关村，采用了多项适宜技术和绿色生态设计方法22。同时，一些建筑师及相关领域专家也开始了在农村开展绿色生态住宅的设计实践。如台湾建筑师谢英俊的“乡村建筑实践”，西安建筑科技大学刘加平教授的“黄土高原新窑居”，以及非建筑专业人士任卫中“安吉生土建筑实验”等农村住宅实践经验，都为本研究提供了极其重要的参考和借鉴。以刘加平教授为首的西安建筑科技大学绿色建筑研究中心，通过大量的调查测试、模拟分析优化和设计创作研究，试验成功一种建立在黄土高原地区社会、经济、文化发展水平与自然环境基础之上，继承了传统窑居生态建筑经验，适合黄土高原乡村地区现代生产生活方式的新型绿色窑居建筑体系23。延安枣园村新型窑洞是其

31、中的代表作品之一（见图3-5、3-6）图3-5延安枣园新型窑洞外景（资料来源：姚佳丽摄于延安枣园村）绿色植物种植层 ；100mm 妙层太阳能电池阳光同,夏季种植爬藤植物卵石床双层窗 保温窗帘，太阳陇， 集卷板通风口内设进风扇 （由屋顶太阳能电池供给）集热水箱 i-TTTT白色抹面，肿植层60mm厚保护层 40mm厚细土毡一油防水层 沥青珍珠岩 卵石层V 单季冬季储存菜类水害图3-6延安枣园绿色示范住宅绿色窑洞建筑单体形态模型24当前，我国太阳能建筑方面的研究多集中在东南沿海和长江三角洲等地区，在关中地区农村住宅建筑中的太阳能等新能源技术及设计措施方面的一体化集成研究还未见报道。农村住宅建筑量大

32、面广，其能源使用方式，对关中地区总体建筑能耗及总体环境质量以及从村居民的生活质量影响很大。此方面的研究具有十分明显的社会和环境意义，必将成为我国新农村住宅研究的一个新的趋势。第四章影响关中地区农村住宅发展的主要因素分析关中地区的地理及气候1.1地理位置关中地区，位于陕西中部，总面积5.55万平方公里。包括西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南五个省辖地级市，平均海拔约500米。介于陕北高原与秦岭山地之间。西起宝鸡峡，东迄潼关港口。关中盆地地势平坦，土质肥沃，水源丰富，机耕、灌溉条件都很好，是陕西自然条件最好的地区。北部为陕北黄土高原，向南则是陕南山地、秦巴山脉，为陕西的工、农业发达，人口密集地区，富庶之

33、地。关中平原的基本地貌类型是河流阶地和黄土台城。渭河以南的平原地区的民居，以木构架、土坯墙、夯土墙、砖墙为主要材料的单层坡屋顶建筑为主。在台城断续分布处也有少量生土窑洞民居，多半用于存放蔬菜、瓜果及柴草，一般不作居住之用。渭河北岸二阶台地的后缘，分布着东西延伸的黄土台城，北接陕北高原南缘的山地，黄土层厚由十多米至百余米,堀面广阔，一般海拔为460850米。嫄上的一般民居与城下相同25。在平原与台源接壤处，台源拔地而起，由于黄土质地坚硬，平原与嫄地儿成90而不塌,多数民居就在向阳的城壁上开挖窑洞；有的因地就势，背靠城壁把生土窑洞与石砌窑洞或一般民居组合成院落。1.2气候特征关中盆地的年平均温度为

34、1213.6,属暖温带（见图4-2）。季风性气候，四季分明，冬夏较长，春秋气温升降急骤，夏有伏旱，秋多连阴雨。西安市是本省夏季高温中心之一。东至潼关，西至宝鸡，其温差相差无几。无霜期207天。年降雨量604毫米，雨量集中在79月。近年来冬季及夏季平均气温有逐步上升的趋势。从历史记载及现存民居的形式与布局看，还是属于北方类型。民居的坡屋面形式以硬山居多，瓦屋面只作仰瓦，平面布局与构架举折与北京民居类同。由于夏季酷暑，因此较多的宅院在平面布局上采用南北窄长的内庭，使内庭处在阴影区内，以求夏季比较阴凉25。.2.1降水量2001953195619591962196519681971197419771

35、980198319861989199219951998图4-11953-1999年陕西关中地区年平均降水量变化曲线26图4-2陕西关中地区年平均气温变化曲线26中国年降水量税国降水较 台湾 东北部喜马拉 流山东南坡的降 水较多，年降水 堂的最高记录是 台湾的火烧春， 年平均降水量达 6558n*.年降水 置品少的地方. 是吐鲁番盆地的 在克胜，年平均 降水复仅5. 9nM.A 除中 5*A-X图4-5中国地震带分布图28图4-4中国气候干旱地区分布图2865571年水*人值59年降水量小值图4-3中国年降水量分布图26.2.2气温西安地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季稍冷少雨

36、。气候温和，四季分明，雨量适中，市区年平均温度13.3C,最冷月1月平均气温-0.9C,最热月7月平均气温26.4C,年平均气温13.013.4,最冷1月份平均气温-0.40.9,最热7月份平均气温2526.6,年极端最低气温一20.6c（西安1995年1月11H）,年极端最高气温43.4C（长安1966年6月19日）27。.2.3自然灾害年内主要气象灾害有干旱、雨涝、冰雹、大风、干热风和低温冻害。由于关中地区降水量较少，干旱灾害时有发生，关中地区属于中度干旱地区（见图4-4）。关中地区东部位于汾渭地震带上（见图4-5）,历史上偶有地震灾害发生，1556年1月23日，华县发生8级强烈地震。此次

37、地震在我国历史记载中是灾害极端严重的一次28。农村住宅形式的决定因素4.2.1当地资源状况水资源关中地区水资源严重匮乏，人均自产地表水占有量仅为310立方米，相当于全国人均占有量的15%,大大低于国际社会公认的维持一个地区经济和社会正常发展所需人均占有水资源量最低不少于1000立方米的临界值。目前，西安市最高日用水量已达109万立方米，已与黑河引水系统每日110万立方米的供水能力基本持平。而据陕西省计委和水利厅审查通过的西安市水的中长期供求计划报告的预测，到2010年，西安市总需水量将达到38.26亿立方米，缺口达14亿立方米，供需矛盾十分尖锐29。图4-6中国水资源分布图29太阳能资源从太阳

38、能资源分布状况来看，西安地区年辐射总量居全国III类水平（见图4-7）,属于太阳能资源一般带，全年日照时数为在22003000h之间，每平方米面积上一年接受的太阳能辐射总量为50165852ML,相当于170200kg标准煤燃烧所发出的热量。而且相比城市，农村地区污染小，空气质量好，太阳光的透射率高；同时农村住宅本身占地面积广、建筑密度小、层数低、间距大，接受太阳能的效率也高。因此，西安地区农村住宅充分利用太阳能资源，是提高农民居住生活环境，节约能源，减少环境污染的有效途径。TO-80*IOQIOI3Q.130，MO.图4-7中国太阳能资源分布图第五章设计方案概念篇为了更好的展示团队的创作思路

39、，我们结合五次共156户农家的调研成果（调研成果报告见附录一）设计了一套位于关中地区的西安市临潼区尖角村的新农村绿色生态住宅方案，并制作了电脑模型及实物模型，结合该地区的气候特点及新农村建设的条件，试图通过试点建设，推广绿色建筑在关中农村的使用，从而提高农民的生活质量，并最大限度的节约资源、保护环境、减少污染，最终实现可持续发展的目标。研究项目的应用，预期将为西安地区农村住宅的节能减排实践开拓新的前景，并为大面积推广提供范例和基础研究依据。以下我们将从规划阶段、设计阶段绿色生态策略及节能技术分析分别加以分析。图5-1设计方案透视效果图（自绘）方案设计说明：方案设计立足于“以人为本”，营造舒适自

40、然、灵活丰富的居住环境。设计满足居住要求的最佳尺度，提高土地利用率。主要采用太阳能和沼气等技术节约能源，改善住宅物理环境,同时采用水处理及循环系统等技术来减少排放；从而达到节能减排的目的。方案的平面具有传统的“堂前屋后、前院后院”的农宅形式。借鉴当地传统民间适应气候特点及居民生活习性，前院作为景观和邻里交往空间，便于村民相互串门、交流、活动。后院将结合沼气等生态技术，为农民提供洗漱、储藏等空间。根据中国热工设计分区，西安属于寒冷地区，但夏季日照充足、气候炎热，因此住宅的选址既要保证冬季能充分利用太阳能、阻挡寒风，又要保证夏季遮阳和自然通风。农村住宅一般保持“原拆原建”，左邻右舍相对位置不变，保

41、持原有的社会关系。应根据传统的“环境选择”倾向，首先应该选择有充足的阳光、自然风、水源和植被，能避免噪声和大气污染的地方。另外，为了保证住宅的节能效果，还应该尽量选择周围有住宅的基地，与周围住宅联排布置，以减少住宅与空气的直接接触面积。规划鸟瞰图（5-4）方案篇5.2平面生态设计策略：5.2.1朝向：实地调研情况中国北方地处北半球低纬度地区，年四季阳光基本均由南方射入，由这种自然地理环境所决定，中国的传统住宅基本上是以坐北朝南为主，不仅是为了采光，还为了避北风。中国的地势决定了其气候为季风型，冬天有西伯利亚的寒流，夏天有太平洋的凉风。朝向选取策略影响住宅朝向的两个主要因素是日照和通风，但现实中

42、常常出现这种现象，就是理想的日照方向可能恰恰是不利通风的方向。因此，农村住宅“最佳朝向”的选择应全面考虑地理条件、气候条件、建筑用地等因素，要同时有利于冬季日照和防风，夏季防晒和自然通风等。西安地区夏季主导风向是西南风，冬季为东北风，综合西安地区地理、气候条件，西安地区住宅最佳朝向为南偏东10,适宜朝向为南或南偏西，不宜朝向西、西偏北。这样夏季可避免过多的太阳辐射，利于通风，冬季可争取最大的太阳辐射，避免冷风入室。但具体建房选择朝向时，还应综合考虑宅基地情况、宅前道路走势等其它相关影响因素。西安地区夏季主导风向是西南风，冬季为东北风，综合西安地区地理、气候条件，西安地区住宅最佳朝向为南偏东10

43、,因此本方案考虑将主朝向设置为南向偏西。这样夏季可避免过多的太阳辐射，利于通风，冬季可争取最大的太阳辐射，避免冷风入室。5.2.2庭院设计策略：实地调研情况在所调查的156户中，有庭院绿化的农户，占到总数的73.3%,无庭院绿化农户，占总数的26.7%。各户进行庭院绿化的意愿也有不同。庭院节能减排设计策略住宅中的庭院是农村生产生活的中心。传统庭院内饲养牲畜、堆放柴草、杂物、晾晒粮食，还可以作为处理自留地的农产品和进行必要的副业加工场地，我们在考虑农村庭院经济的同时，一方面农业发展和牲畜养殖增加了农民收入，另一方面为农民提供清洁能源-沼气。农村住宅的平面布局应该以农村自身特点和农民生活习惯为根本

44、，走一条可持续发展的道路，另外我们在调研中发现一般农家入口处设有门房，以便存放农具、生活附属品等。5.2.3体形系数体形系数是指被围合的建筑物室内单位体积所需建筑围护结构的表面积，它的值越小，则表明室内与室外热交换的面积越小，也就是能量流失的途径越少；反之，就越大。为此建房时应注意以下方面：(1)住宅体形不宜变化过多。农村住宅本身体形单一，开间方向基本上覆盖了整个宅基地，体形系数总体较小。(2)应尽量形成建筑组合体。采用联排的形式，可减少建筑外表面与空气之间的热传导。(3)在满足采光、通风等使用要求的前提下，应适当降低住宅层高，尤其是尽量降低北向次要房间的层高。(4)应适当加大房屋进深尺寸。在

45、开间不变的情况应尽量加大房屋进深，但以不影响采光为限。5.2.4平面布局实地调研情况我们对五个村子的调查发现这些住宅的平面主要有七种形式。由于现在的社会生活水平提高了，所以现在的住房的形式走向多元化，平面功能趋于合理化。这些住宅的平面共同点主要是：每户住宅均有自己的院子，局部为二层，建筑都是砖混结构，住宅大部分都是八九十年代建设的，主建筑部分为平屋顶。图5-5左侧为一层平面右侧为二层平面(自绘)(a)内刖后陷，|、阮洛，刖后陷阮于图世各厅联系。郁力一层，怪怖问仕各厅后，其下为储物间。厨房位于门房建筑左侧内，杂物间、厕所位于后院内，房屋成南北(上北)布置，建筑是砖混结构，而且是平屋顶。这类住宅在

46、这里多见。(b)前后两个院落，通过客厅联系。部分二层，厨房位于楼梯间下，楼梯露天。厕所位于后院内，房屋成南北布置，建筑是砖混结构，是平屋顶。住宅没有门房，但有门楼，此类住宅在这里比较多见。(c)有前后两个院落，通过客厅联系。部分二层住宅，厨房及部分卧室杂物间成东厢布置，楼梯露天。厕所位于后院内，房屋主要还是成南北布置，建筑是砖混结构，是平屋顶。后院内有猪圈，此类住宅在这里非常少见。（d）有前后两个院落，前后两院子通过客厅还可以通过右侧通道联系。部分二层住宅，厨房洗澡间（太阳能）成东厢布置，楼梯位于室内门厅。厕所位于后院内，房屋主要还是成南北（下北）布置，建筑是砖混结构，主体是平屋顶，后院部分为

47、坡屋顶。后院内有杂物间，此类住宅在这里较为少见。（e）仅有一个院落，部分二层住宅，有门房，厨房位于门房内，楼梯露天。厕所位于楼梯间下，房屋成南北（上北）布置，建筑是砖混结构，是平屋顶。杂物间在走廊内，此类住宅在这里非常少见。（f）有前后两个院落，前后院通过左侧的通道联系（这样可以避免进入室内，对其它房间构成影响），部分二层住宅，有门房，厨房位于门房西侧，楼梯露天。厕所位于后院，后院有杂物间。房屋成南北（上北）布置，建筑是砖混结构是平屋顶。此类住宅在这里非常少见。（g）有前后两个院落，前后院通过客厅联系，部分二层住宅，没有门房但有门楼，厨房位于西侧，楼梯露天。厕所位于后院，后院有杂物间。房屋成南

48、北（上北）布置，建筑是砖混结构是平屋顶。此类住宅在这里多见。平面节能减排设计策略农村住宅除了具有生活属性外，还需要兼顾农副业生产的功能，加上使用能源不同，农村人口规模和农民生活习惯不同，使农村住宅与城市住宅相比具有独特的内容。农村住宅的平面布局应该以农村自身特点和农民生活习惯为根本，走一条可持续发展的道路。农村住宅的基本组成空间包括：堂屋（客厅）、卧室、厨房、厕所、储藏、走道等，但随着农村生活质量的提高，住宅平面内容应该朝向丰富化、节能化方向发展，具体设计可以按照农村住宅各组成部分的关系进行设计。综合西安地区农民生产生活习惯以及宅基地的特点，住宅的平面布局应有如下特点：（1）平面内容丰富化。在

49、继承传统功能布局的基础上，按照农村特有的生产、生活要求进行功能分区，尽量采用灵活开敞的平面布置，增设餐厅、储臧室、老人房、儿童室等功能空间；在保留堂屋的同时增加过厅作为住宅的交通枢纽，解决堂屋动静不分、洁污混杂、互相干扰的缺点；入口处增加了门斗，既有利于节能保温，又便于存放各种随身物品。根据农村中家庭成员结构以传统的三代同堂，即老人与子女合住的现象，方案中针对老人的活动特点，把老人卧室安排在每户南面一层，紧靠主入口和堂屋，以便老人出入。（2）平面设计节能化。把搂梯间、储藏室等对热舒适性要求低的房间布置在北向，冬季抵御寒风对主要房间的侵袭；南北向注意自然通风南向结合走廊设置阳光间。但单纯作为集热

50、部件的阳光间进深不宜大于0.6m,兼做使用空间时可按需要加大，但不宜超过1.4m。另外，阳光间和相邻房间之间公共墙上的门窗开孔率不宜小于公共墙总面积的12%,通常的开孔率是25%50%叫（3）农村厕所卫生化。改变西安地区农村厕所临路而建对村容村貌的不良影响，把厕所和厨房结合设计，以充分利用太阳能热水器。设计方案平面展示农村住宅的基本组成空间包括：堂屋（客厅）、卧室、厨房、厕所、储藏、走道等，但随着农村生活质量的提高，住宅平面内容应该朝向丰富化、节能化方向发展，具体设计可以按照农村住宅各组成部分的关系进行设计。一层平面图及轴测图见图5-6,5-7o（图5-6 ”层平面图）（图5-7 层轴测图）前

51、堂后院式的主体布局继承传统，方便生产生活。前院种植阔叶落叶乔木，夏季可利用繁茂的枝叶遮挡阳光直射，冬季树叶掉落，阳光可透过树木照进屋内，辐射地面产生热量。把搂梯间、厨房等对热舒适性要求低的房间布置在北向，冬季还可抵御寒风对主要房间的侵袭；南北向注意自然通风，南向结合走廊设置阳光间，用于冬季的利用太阳能取暖和夏季的隔热通风。东边中间的房间热坏境最好，适宜老人居住，而且在层，交通便捷，安排老人房。起居室南向开窗采光，空间流动性好。二层平面图及轴测图见图5-8、图5-9。次龄图5-8 二层平面图（自绘）图5-9二层轴测图（自绘）二层主要布置卧室主卧是男女主人的卧室，次卧是子女的卧室，客卧提供来客的卧

52、室。主卧南向布置阳台，次卧南是两层通高的阳光间，为次卧提供良好的热坏境，同样地卫生间对朝向和舒适性要求低，热将卫生间安排在北向，房间布置合理性强。图5T0三层平面图（自绘）图5-11 三层轴测图（自绘）三层东边是二层的屋面，西边由楼梯上来左边是储物间，储物间位于三层通风性较好,适宜用作储物；右边建成晒台，用于晾晒谷物，满足生产的需要见图5-10、图5-11。5.3立面设计5.3.1实地调研情况门窗（1）H西安地区农村新建住宅的大门一般为铁门（图5T2左图），与大门相连的门房的门一般为木门（图5-12右图），正房外门为带亮子的木门（图5T2中图）。大门上通常有一些装饰性的凸起的半圆形铜制饰物，正

53、房外门上通常会有门花，雕琢的亦颇有讲究，而门房内的木门通常不做太多的装饰，而已实用为主。图5-12几种常见的门的形式（自摄）门构造本身无保温隔热措施，但据观察，冬季时，大部分农户门房的内门和正房的外门都采用塑料门帘和棉门帘以及两者结合的方式进行室内保温（见图5T3）,。图5T3东大村冬季门帘保温方式组图（资料来源：自摄）（2）窗调查结果显示，西安地区农村住宅2000年以前的主要采用木窗，从1990年开始铝合金窗才逐渐有所应用，到2000年以后新建住宅采用铝合金窗的比率逐渐升高，塑钢窗和钢窗也开始应用。在被访住户中，窗户均采用单层玻璃，无保温隔热构造措施，而且窗户本身密封不严.窗户的形式也大多类

54、似（图5T4）,木窗一般都是单层玻璃双扇窗，随着社会的发展，越来越多的铝合金窗户也将被用于农村住宅。图5-14东大村几种常见的窗户形式（自摄）屋顶调查发现，当前西安地区农村住宅的屋顶主要有三种形式：坡屋顶、平屋顶和平上起坡屋顶。在所调查的156户西安地区农村住宅中，这三种屋顶形式以平屋顶居多，坡屋顶次之，而平上起坡屋顶较少。（1）坡屋顶坡屋顶住宅是1980年以前西安地区农村的主要建房形式，结构类型为木制屋架承重，又可分为单坡屋顶和双坡屋顶两种形式。图5T5双坡屋顶（自摄）图5T6双坡屋顶屋架结构（自摄）（2）平屋顶平屋顶是西安地区农村上世纪90年代以来主要的建房形式，以钢筋混凝土为主体承重结构

55、，上铺水泥砂浆作简易防水层，最后抹水泥找平。近年来平屋顶主要以现浇混凝土结构为主，不易漏水。在所调查农户中，共有5户表示对屋顶进行了保温隔热设计，其中有3户对屋顶做了覆土保温隔热处理（在现浇混凝土上覆约30mm厚的土，并找坡，然后在覆土上张拉钢筋网，最后再抹一层约15-20mm厚的水泥）；另有2户做了吊顶。据住户反映，这些措施都有效地改善了室内热环境。图5-17平屋顶（自摄）图5-18平上起坡屋顶（自摄）（3）平上起坡屋顶这是-一种平屋顶和坡屋顶结合的一种建房形式，在该地区中较为少见。本次调查中见到9户采用了此种屋顶形式。据住户反映，该住宅室内夏季很凉爽。但由于平顶上又起坡屋顶使得无法晾晒粮食

56、，而且坡屋顶施工复杂、花费较大，在外观上也不如平屋顶好看，所以很多当地村民并不认同此种屋顶形式,。5.3.2立面设计节能减排设计策略农村生态立面设计在考虑美观的同时，应注重窗墙比，窗户是建筑立面组成的重要元素,同时合理的窗墙比是住宅保温隔热的重要因素，这要求住宅要有合理的开窗位置和开窗面积。我国民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）规定：北向、东西向和南向的窗墙比应分别低于25%,30%和35机如果超出上限，则应相应地降低外墙和屋顶的传热系数。因此，立面窗户的设计应首先满足保温隔热要求。住宅必须与所在地的地理环境相协调，与气候条件相适应，并有独特、浓厚的乡土气息。并且充分尊重地方特色，例如，

57、可提取传统建筑符号进行设计，如坡屋顶，地方传统屋脊形式等，使住宅外立面具有地域特色。5.3.3设计方案立面展示联排立面效果如图5T9图5T9联排立面效果（自绘）4剖面设计4.1剖面节能减排设计策略自然通风生态策略自然通风是一种具有很大潜力的通风方式，它具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点，是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。主要采用以下儿种自然通风方式：1）利用风压实现自然通风2）利用热压实现自然通风3）风压与热压相结合实现自然通风4）机械辅助式自然通风5）双层维护结构自然通风最基本的动力是风压和热压。由于农村住宅的进深较小，考虑到经济与实用性等方面的原因，所以我们利用风

58、压来实现自然通风。在具有良好的外部风环境的地区，风压可作为实现自然通风的主要手段。在我国大量的非空调建筑中，利用风压促进建筑的室内空气流通，改善室内的空气环境质量，是一种常用的建筑处理手段。风洞试验表明：当风吹向建筑时，因受到建筑的阻挡,会在建筑的迎风面产生正压力。同时,气流绕过建筑的各个侧面及背面，会在相应位置产生负压力。风压通风就是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通。压力差的大小与建筑的形式、建筑与风的夹角以及建筑周围的环境有关。当风垂直吹向建筑的正立面时,迎风面中心处正压最大,在屋角和屋脊处负压最大。另外,伯努利流体原理显示,流动空气的压力随其速度的增加而减小,从而形成低

59、压区。依据这种原理,可以在建筑中局部留出横向的通风通道，当风从通道吹过时,会在通道中形成负压区，从而带动周围空气的流动,这就是管式建筑的通风原理。通风的管式通道要在一定方向上封闭，而在其他方向开敞,从而形成明确的通风方向。这种通风方式可以在大进深的建筑空间中达到较好的通风效果4.2设计方案剖面示意自然通风，是由于建筑物开口处存在空气压力差而产生的空气流动。对于夏季炎热而且没有机械通风的农村，自然通风显得尤为重要，它是夏季室内降温的有效途径之一。西安地区农村住宅横长纵深，一般都有前后院，因此，大部分住宅主要房间前后都开窗，这对夏季形成室内穿堂风非常有利。夏季，西南风经过庭院植物和储水池，经蒸发降

60、温后穿越室内，加强室内降温。剖面图见图5-20。100图5-201-1剖面图（自绘）第六章工作原理及性能分析节地、节能、节水、节约资源及废弃物处理是生态住宅设计中特别关注的技术内容。在工程实施过程中，生态住宅涉及的技术体系则更为庞大，包括能源系统（新能源与可再生能源的利用）、水环境系统、声环境系统、光环境系统、热环境系统、绿化系统、废弃物管理与处置系统、绿色建材系统等，对于具体的节能减排技术的综合利用工作原理及性能分析如下：绿色生态循环系统住宅绿色生态循环系统中，在屋面架设太阳能集热板，太阳能光热系统为住户提供了日常生活热水和冬季取暖；在檐口设置雨水收集槽，在厨房和卫生间对淘米水等无公害的水进