窑洞门窗改造方案设计_窑洞门窗

良好性特征

1、平面布局。一般用南北向布置，人 121及生活用房设在南向最佳位置，用房设在北向。

2、窗。窑脸上开大窗，白天可以吸收大量的太阳能，提高室温。窗上设棉、毯子、茅草、牛皮纸等材料做成的保温帘子或窗板 ，白天卷起，晚间放下。方法虽然很简单 ，但保温效果却很明显。有的用铝箔窗帘，经实测窗的热阻值提高 2．4倍，而其价格仅 10元/m2左右，是花钱不多，效果甚佳的保温节能措施。窑脸上部开高侧小窗，仅用于夏季通风，多数居民在冬季用草帘或土坯将其封闭。一些地区冬季在双层木窗上加设一层塑料薄膜，减少传热耗热量 20%以上 ，且可以大量减少冷风渗透所造成的耗热量。门窗缝隙用棉布条等封糊 ，以防止冷风渗透。

3、墙体材料。窑洞民居除使用实心粘土砖外 ，还使用大量与城市不同的地方材料，如火山浮石砌块、稻草板、粘土免烧砖 、拉合辫等节能保温材料。这些材料不仅节省其制作 时所用的能耗 ，且经测试 ，其保温效果优于实心粘土砖。

4、热系统与暖方式。主要靠火炕 ，通过每天三顿饭的生活热来暖，有时在睡前适量补烧火炕，所用燃料多为植物秸杆、茅草及少量的煤。有测量数据显示，尽管窑洞内温度很低，但炕面温度却在 45℃--33℃之间。即炕面区域始终处于较舒适的温热状态。北方农 民的冬季活动范 围主要局限于火炕上。他们在炕上用餐、学习、做家务、会客、就寝等。人体对于气温最为敏感的部位是脚，而农民脚部常接触的是炕面。因此，尽管室内大部分空间气温较低，且处于温度不断变化的波动之中，但农民们的感觉仍是舒适的。火炕可以在不必特殊供热的条件下，将室内外气候、人体所处微气候环境及人体昼夜热舒适感合理结合起来，提供有益于人体健康的微小热舒适环境 ，较为科学地创造出相对舒适的室内热环境。

下沉式窑洞冬暖夏凉的热工性能分析

因为在高空的空气温度变化比地面小，则可以表示为：

=t0+At (1)

其中，￡0和 t 分别为地表面和高度为h处的空气温度；At为由太阳辐射加热地表面和长波辐射引起 的空气温度差。长波辐射可以引起温度梯度的变化大约为At1：±3．42×10 K·iTI。在100 m高度，温差 At=±3．42 K。由空气中水分相变引起的温差。

At2=±2．5×10。r K (2)

其中，r 为相变率。当 r ：10 时，At2=±2．5 K；温度变化与高度差成 比例为 At3≈10 Ah，当 Ah：100 iTI时，At3=±1 K。因此在 100 rn高空温差的总和可以估计为：

f一7 K(在 日照下的气流上升)

At= 0 K(多云天) (3)

l+7 K(晴朗的夜晚)

下沉式窑洞院内的气候是冬暖夏凉。由于空气在庭院的上部交换，这就使得下沉式窑洞院内空气质量好，空气温度年变化小，如图 1所示。夏天室外空气将水分带进庭院，由于蒸发而引起庭院空气温度降低。

“ 二 j

向下气流/ \向上气流

￡O/ \ ￡O

— — — — — — — — — 一 — — —

t

下沉式窑洞的节能效应

下沉式窑洞的庭院向天空开放，其 内热质传递是间接的，由下面的热平衡方程可以求出空气温度 t h，。

P/-/Ro(t —tcy)+ARe(tG—tcy)+V iCp(t —tcy)+V oc户(to—t )=0 (4)

其中，P为下沉式窑洞的平面周长；H 为下沉式窑洞的高度；Ro为下沉式窑洞的内墙总热阻的倒数 ；A 为下沉式窑洞的平面面积 ；RG为下沉式窑洞地坪热阻的倒数；V为空气流速；Pi为室内空气密度 ；Po为室外空气密度；c 为空气的定压比热。 从(4)式解出 ￡ 为：

t (PHRoti+ARct~+v~,cpti+Vaocpto)÷(PHRo+ARe+V +Voocp)=[(PHRo+V icp)t。+ARat~+Vpocpto]÷

(P o+ARe+V +V oc )

其中，t ，to，tG分别为室内空气温度 ，室外空气温度和地基温度，下沉式窑洞的空气温度是三个温度 t ，t0，tG的加权平均值，一定比室外温度高。

可以说 ，通过下沉式窑洞的大量能量被回收和利用。

问题与缺陷

与此同时，下沉式窑洞还存在许多热工方面的缺陷，室 内气温较低；因外墙内表面温度过低，人体长波热辐射失热量大而产生寒冷感；室内相对湿度大而产生不舒适感。在每年最寒冷的两，三个月时间里，上述问题更加严重；内表墙体吸湿后，导热系数增大，保温状况更加恶化；厨房、仓库等房间，结冰、结霜现象更为严重，且长时间不融。虽上述各部位造成现行状况的具体原因有差异，但均系各部位内表面温度低于露点和冰点所致。究其原因，主要为 ：

1、墙体过薄，总热阻过小 ，有的甚至低于低限热阻；

2、供热能源不足，以及一 日三把火的间歇式供热，导致夜间室温过低(常常在 0℃以下)，清晨墙体各部位内表面温度亦过低， 清晨升火后热空气遇到低温墙面后 ，结露是必然的现象；

3、墙体内层材料的蓄热系数大，其对流的热量不足以使内表面温度高于露点和冰点。