魯中山區合院民居節能策略研究

【摘要】本文主要從魯中山區合院民居在建造和使用過程中節能方面存在的不足出發，從住宅選址、朝向、庭院布置、平面布置、類型選擇、經濟節能、層高、圍護結構保溫隔熱以及太陽能利用等多個方面闡述了魯中山區合院民居的節能策略。

【關鍵詞】魯中山區；合院民居；節能策略

1.引言

（1）魯中山區又稱魯中南山區丘陵區，面積大約6.5萬平方公里，全省3/4以上的山區以近圓形集中于該區，四周皆為平原，形成一個孤立的、典型的中尺度地形。當地人在長期生產生活中，把北方常見的合院住宅因地制宜加以改進，形成了現在獨具特色的山地合院民居。山地合院民居不但與人們的生產生活習慣相適應，而且具有低技術、造價低，耗能少，節能可持續等一定的生態優勢。

（2）近年來隨著鄉村經濟迅猛發展，廣大居民的生活條件得到了很大改善。但是住宅建設在取得很大進步的同時，還存在不少問題，如住宅平面與空間尺度過大，功能不明確，圍護結構大多數選用傳統的建筑材料，熱工性能不好，構造做法落后等。當地鄉村民居多為北方常見的合院形式，因山區眾多，民居多因循地形，形成了獨具特色的山區合院形態，魯中的氣候條件雖然與山東的其它區域相差不大，但是建筑的節能還受到房屋類型，人們生活習慣的影響。魯中地區山區住宅的房屋類型與山東的其它平原鄉村住宅的房屋類型均有很大的區別，例如在庭院的布置模式、住宅平面布局，空間布局等方面都有不同。

（3）魯中山區合院民居在建造之初很少或根本不考慮建筑的節能問題，還達不到節能要求。在使用過程中其能耗也就相當大，因此，有必要在現有基礎條件下進行改進，以達到節能降耗改善居住環境的目的。本文從以下幾方面闡述魯中山區合院民居的節能策略。

2.選址與朝向

建筑是環境的一部分，只有將建筑與周圍環境有機結合，建筑才具有生命力。建筑與環境是一個相互依賴共存的關系，任何建筑都離不開環境的影響。所以建筑節能設計的第一步是對環境的整體考慮。因此住宅在選址上一定要力爭適應氣候特點與地理條件，創造舒適的居住空間環境和舒適的室內物理環境。

2.1選址。村落是農民定居的場所，位置的選擇和建筑的布局要以有利于農業生產、方便生活為原則。魯中山區的合院民居在選址上，以前遵循的是古老的風水理論。目前在新農村建設中，選址應結合最新技術理念科學選址，綜合考察生態環境、地質安全、區位交通、氣候等因素，并做到充分結合當地的自然環境因素、氣候特征、建筑功能、居民行為活動特點等。

2.2朝向。影響建筑朝向的兩個主要因素是日照和通風，但現實中常常出現這種現象，就是理想的日照方向可能恰恰是不利于通風的方向。因此合院民居在“最佳朝向”的選擇上應依據地理條件與氣候條件等進行。本地區冬季的主導風向為西北風，夏季的主導風向為南和東南風，另外，還有山地微氣候的影響，在建筑朝向選擇上應充分考慮住宅冬季有適量的陽光且盡量避免冷風吹襲，同時在夏季避免太陽直射室內且有良好的通風，因此，合院正房一般爭取正南朝向。但如果地形條件不滿足，應盡量爭取較長的日照時間。

3.庭院與住宅平面

3.1庭院平面。布置庭院應根據魯中山區的氣候特征，考慮住宅的朝向、入口風道、庭院大小以及圍墻高低等因素。合理組織穿堂風，南向院內種植庭院樹，夏季不僅可以起到遮陽的作用，還可以對穿過它的空氣進行降溫、加濕和凈化。因為宅基地處于坡地上，其面積狹小，建議合院民居在建造時盡量采用三合院或者左右側門院。

3.2住宅平面。合院民居的基本組成有居住部分、生產部分、輔助部分、交通部分以及附屬建筑院落等。一般的合院民居有正屋、臥室、廚房、餐室、畜舍、儲藏屋、廁所、浴室、過道、階梯等各個單體，受其臺地地形和進深影響，住宅平面一般采用上下兩院的疊院體系。在對鄉村住宅居民的生活與行為方式、工作與生產方式、風俗習慣、傳統住宅形式等進行調查后，總結出布置合院民居平面的四個方法：

3.2.1優化居住空間，根據當地農民生活特點，在傳統住宅的基礎上進行改進。按照居住者的需要，科學的組織起居、睡眠、做飯、儲存等基本功能空間和會客、學習、存放工具等輔助功能空間。

3.2.2正房南向設置外走廊，可以充分利用外走廊，夏天用來遮陽、隔熱，冬天可以形成日光間來保溫。

3.2.3在地形允許條件下，采用兩戶或多戶聯立式布置形式以降低建筑的體形系數，降低建筑能耗；合理利用土地，提高土地利用率。

3.2.4魯中山區合院民居己經很少使用地炕火炕來取暖，而是采用煤爐或土暖氣來取暖，夜間停止采暖，不采暖房間室內舒適度很差。為提高冬季居住舒適度，減少采暖能源消耗，應該發展傳統的生態采暖方式——地炕火炕。

4.建筑類型選擇

相同底面積的單層住宅造價肯定會比兩層甚至三層的低，平頂的造價比坡頂低，磚木結構比磚混結構的造價要低。魯中山區合院民居應該改變大宅基的現狀，在原有一個宅基地上建兩戶兩層或三層住宅，既滿足原有用戶的住房面積，又節約了土地。

5.經濟節能層高

魯中山區合院民居主要是單層坡屋頂住宅，層高在此指的就是屋架底面與地面的垂直距離。調查中新建合院民居層高普遍較高，而且還有更高的趨勢，尤其是新建住宅的層高已經上升到了4.2m，這對資源與能源相對緊缺的中國來說，都是很大的浪費。合院民居的層高在今后一段時間內很難降低，但是如果政策、法規來強制執行，農民還是可以接受的。尤其在城郊結合地方的合院民居發展較快，通過作者對城郊附近統一規劃新建的幾個村莊進行調查，得知規劃樓房層高在3.3m左右，平房則在3.6m左右，相比自由建造的層高要低得多。應該盡快制定這方面的節能法規與政策，對其加以限制。

6.圍護結構的保溫隔熱

圍護結構對建筑物性能有決定性的影響，合院民居圍護結構的保溫、隔熱性能很差。根據作者的調查可以知道魯中山區合院民居的外墻根本不考慮保溫、隔熱功能，外窗的密閉性較差。

6.1外墻。山東地處寒冷地區，魯中山區合院民居的外墻為單一的240mm厚實心粘土磚墻，其構造根本不能滿足保溫、隔熱要求，因此要考慮改變外墻材料或者對外墻作保溫、隔熱來達到要求。墻體材料的選擇要以經濟、實用、安全、就地取材為原則。魯中山區石材粘土資源豐富，其墻體材料主要采用的為實心粘土磚，但是實心粘土磚（導熱系數為0.81W/m·k）的保溫效果以及本身自重都不如粘土空心磚（導熱系數為0.58Wm/·k），從推廣空心磚的社會效益和施工測定對比知，推廣粘土空心磚不但在經濟上合理，而且在技術上可行。另外以前常用的土法土坯磚保溫隔熱效果也要好于實心粘土磚。

6.2門窗。

（1）調研中發現魯中山區合院民居中全部使用的單層木窗或者單層鋁合金窗，熱工性能比較差且窗戶面積比較大。魯中山區合院民居普遍存在窗戶較大的現象，有實驗表明：當窗寬已達到開窗墻體寬度的2/3左右時，室內平均風速增加不再明顯，故窗口總寬度應控制在開窗墻體的2/3～3/4左右，開窗高度超過2m以后，對人們活動范圍內的空氣流速也不再起顯著作用。

（2）改善窗戶的保溫性能主要應從窗框材料、窗玻璃以及窗戶縫隙入手。窗框材料在選擇上應該使用傳熱系數小的材料或者用傳熱系數小的材料來截斷其他框扇材料的熱橋，比如中空塑料窗框或者鋁合金窗框效果較好。單層普通窗玻璃的導熱系數較大，不利于保溫隔熱。空氣的導熱性只有玻璃的1/10，一般來講，20mm厚的空氣間層的熱阻相當于單層玻璃熱阻的40多倍，將窗戶做成單框雙玻窗。同時應盡可能的增大窗扇面積，減少窗縫的數量和長度，提高窗縫的氣密性，同時設置各種窗簾來改善室內熱環境。

6.3屋頂。

（1）魯中山區合院民居的屋頂均為坡屋頂，與頂棚之間形成一個空間，空氣層對屋頂熱工性能有一定的影響。當厚度達到60mm以上，空氣層熱阻趨于穩定，則坡屋頂上部空氣可近似認為空氣隔間，對于室內的保溫隔熱作用是不容忽視的。

（2）早些年建的合院民居并沒有外部的通風口，現在新建的住宅中人們已經開始充分利用這個空間來達到夏季降溫、冬季保溫的效果。因為留有通風口的坡屋頂部分空氣是可以流通的，夏季可以阻擋室外熱量進入室內，冬季可以阻擋室內熱量傳出室外，減少室內溫度波動。但是魯中山區合院民居普遍存在空氣層高度大，浪費室內空間的現象存在。

7.太陽能應用

魯中山區屬于Ⅲ類太陽能輻射資源帶，太陽能資源比較豐富。魯中山區的合院民居為了節省能源與資源，達到節能省地標準，可以從以下兩個方面來充分利用太陽能資源。

7.1附加日光間。魯中山區的合院民居多是正屋外兩廂房之間有前廊，為了充分利用太陽能，我們可以將原有外走廊封閉，形成簡易的附加日光間，白天，陽光間接受太陽輻射熱，溫度升高，可作為活動空間和晾曬空間；夜間，陽光間的溫度隨著室外溫度的降低而降低，作為一個緩沖的過渡空間。而且，室內不直接對外開門，減少進出房間的對流散熱，保持室內溫度波動較小。

7.2百頁可變窗。將南向窗戶面積適當加大，以增加采光面積，在冬季獲得更多的太陽輻射熱，提高室內溫度。在實際設計或施工中，我們可以將住宅的窗戶做成可變化的，就是利用冬天需要采光、夏天需要遮陽的原理進行設計，采用百葉可變窗，節能效果顯著。

8.結語

本文提出的生態節能措施，基于當地經濟發展水平，本著節約能源，生態低碳，可持續的原則，對當地農村住宅進行改造設計，以改善人們的居住環境，魯中地區鄉村住宅節能設計與技術研究對于寒冷地區的山區鄉村住宅節能設計有著重要的參考價值，并對實現鄉村住宅環境的可持續發展有著長遠的現實意義。

參考文獻

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