隴東地區(qū)農(nóng)宅建筑熱工性能調(diào)研分析

【摘 要】 本文通過(guò)對(duì)隴東地區(qū)農(nóng)宅建筑熱工性能的調(diào)研分析，研究傳統(tǒng)農(nóng)宅建筑和新農(nóng)村建筑熱工方面的優(yōu)劣，為隴東地區(qū)的新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)宅建筑熱工設(shè)計(jì)提供理論支持，促使農(nóng)宅建筑的采暖、保溫以及采光得到改善。

【關(guān)鍵詞】 農(nóng)宅；隴東地區(qū)；熱工檢測(cè)；保溫

1 概述

當(dāng)今中國(guó)約60%的人口生活在農(nóng)村，伴隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平及對(duì)建筑環(huán)境品質(zhì)要求的不斷提高，如何營(yíng)造一個(gè)安全，健康和舒適的農(nóng)村建筑環(huán)境，傳承農(nóng)村人民與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的生活模式，是我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)必須面對(duì)和解決的戰(zhàn)略性問(wèn)題。

隴東是指隴山以東的甘肅地區(qū)，包括慶陽(yáng)、平?jīng)鰞墒?，人?90萬(wàn)，面積3.8萬(wàn)平方公里。隴東位于六盤山以東，北接寧夏，東臨陜西，地處黃河中游，從地理區(qū)位上看，處于黃土高原中部偏西，具有典型的黃土高原溝壑地區(qū)地形地貌。該地區(qū)地屬我國(guó)北方冬季采暖區(qū)，在我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)上屬于寒冷地區(qū)（如圖1），由此該地區(qū)農(nóng)宅建筑的冬季熱工性能具有重要參考價(jià)值。筆者對(duì)該區(qū)域的各類典型農(nóng)宅建筑進(jìn)行了調(diào)研。

2 隴東地區(qū)典型農(nóng)宅建筑熱工檢測(cè)調(diào)研

選取的甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)和慶陽(yáng)市鎮(zhèn)原縣是隴東地區(qū)的典型氣候區(qū)域，利用MiniTemp紅外測(cè)溫儀和HTC-1型數(shù)字式溫濕度計(jì)等實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)該地區(qū)的典型的新農(nóng)村建筑以及當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)農(nóng)宅建筑熱工性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。按建筑結(jié)構(gòu)形式分類來(lái)看，該區(qū)域內(nèi)廣泛分布著三種典型農(nóng)宅建筑：I.采用夯土墻、土坯拱頂外貼磚等傳統(tǒng)建筑的營(yíng)造材料及技術(shù)的生土民居建筑——窯房和窯洞；II.采用磚混結(jié)構(gòu)雙坡頂形式的單層農(nóng)宅建筑；III.采用磚混結(jié)構(gòu)平屋頂形式的單層農(nóng)宅建筑。這三類建筑的基本信息表如表1所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，I類農(nóng)宅建筑屬生土建筑，其較好的保溫性能在冬季得到了驗(yàn)證，但其房間的采光相較II、III類而言較弱；II、III類農(nóng)宅建筑是新農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目，其大量使用混凝土和磚，提供了施工的方便，縮短了建造的周期，但對(duì)于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料及形式的忽視，使得建筑的保溫性能減弱和文脈的逐漸消失，另外這兩類建筑單純注重建筑外部的美觀，對(duì)建筑的使用功能的不合理劃分，致使建筑內(nèi)部在冬季寒冷情況下能使用的房間急劇減少，大多數(shù)房間內(nèi)部墻面冷凝結(jié)露情況嚴(yán)重。

表1 調(diào)研地區(qū)典型農(nóng)宅建筑基本信息表

2.1 崆峒區(qū)索羅鄉(xiāng)新農(nóng)村汝林村新農(nóng)村建筑熱工調(diào)研（II類）

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年2月20日12：48～13：00

實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)記錄：（如圖2）

評(píng)價(jià)分析：該農(nóng)宅為一層坡屋頂三開間建筑。由鋁合金型材和玻璃組合的附加陽(yáng)光間內(nèi)的溫度比室外高，這一較高的溫度使其作為緩沖區(qū)減少了該農(nóng)宅的熱損失，另外從熱量傳遞方式上看：①太陽(yáng)熱能由附加陽(yáng)光間與房間之間的玻璃門窗直接射入室內(nèi)；②附加陽(yáng)光間的熱量借助于自然對(duì)流直接傳送到房間；③通過(guò)附加陽(yáng)光間與房間之間的墻體傳導(dǎo)輻射到房間，綜合作用下使得室內(nèi)保溫效果顯著，而且外廊添加的附加陽(yáng)光間，并沒(méi)有影響室內(nèi)的采光。這為農(nóng)村住宅的采暖節(jié)能設(shè)計(jì)方案提供了一個(gè)很好的范例。

2.2 慶陽(yáng)市鎮(zhèn)原縣水蔭溝窯洞建筑熱工調(diào)研（I類）

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年2月22日14：14～14：23

實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)記錄：（如圖3）

評(píng)價(jià)分析：對(duì)此窯洞進(jìn)行內(nèi)部，熱環(huán)境測(cè)試時(shí)太陽(yáng)直射窯洞門洞，室內(nèi)熱感覺(jué)較適宜，這較好地驗(yàn)證了窯洞內(nèi)溫度能自然調(diào)節(jié)、熱穩(wěn)定性好的特征，但因?yàn)檫M(jìn)深較大，窯洞越往里深入，光環(huán)境越差。

2.3 索羅鄉(xiāng)東白村夯土建筑熱工調(diào)研（II類）

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年2月20日12：20～12：30

實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)記錄：（如圖4）

評(píng)價(jià)分析：這間農(nóng)宅為單開間坡屋頂式的建筑。室內(nèi)溫度較適宜，緣于采用當(dāng)?shù)佧溄斩捙c粘土混合而得的材料蓄熱系數(shù)比鋼筋混凝土的高，故保溫性能較好，但此結(jié)構(gòu)不便大面積開窗，導(dǎo)致室內(nèi)光環(huán)境較差。

2.4 甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)索羅鄉(xiāng)東白村（III類）

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年2月20日12：20～12：30

實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)記錄：（如圖5）

評(píng)價(jià)分析：由熱環(huán)境的數(shù)據(jù)分析可知，平屋頂磚混結(jié)構(gòu)農(nóng)宅的室內(nèi)溫度較低，主要緣于鋼筋混凝土材料的導(dǎo)熱系數(shù)較大，墻體與屋面未做保溫構(gòu)造，相較于I類建筑的門窗洞口的面積較大，使室內(nèi)熱量大量熱輻射到室外造成損耗，但使該建筑主體房間的光環(huán)境適宜。

3 隴東地區(qū)農(nóng)宅建筑熱工性能調(diào)研分析

通過(guò)實(shí)地調(diào)研以及問(wèn)卷調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)該地區(qū)農(nóng)宅建筑中存在的以下問(wèn)題：

i.一些新農(nóng)村示范點(diǎn)單純注重建筑外部的美觀，對(duì)建筑的使用功能弱化，致使在冬季寒冷情況下能使用（不影響人的最低熱舒適性程度）的房間急劇減少，大多數(shù)房間出現(xiàn)內(nèi)部墻面冷凝結(jié)露情況。

ii.生土建筑較好的保溫蓄熱性能在冬季得到了驗(yàn)證，但其房間的采光相較新農(nóng)村而言較弱，新建建筑中應(yīng)注意房間進(jìn)深與窗高的比例。

iii.新農(nóng)村建設(shè)大量使用混凝土和磚，提供了施工的方便，縮短了建造的周期，但對(duì)于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料及形式的忽視，使得建筑的保溫性能減弱和文脈的逐漸消失。

iv.農(nóng)村對(duì)能源的利用較低，造成了更多的環(huán)境污染與資源的浪費(fèi)，在西北農(nóng)村可以很好的發(fā)揮對(duì)新型能源的利用，如太陽(yáng)能、沼氣等等，調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)國(guó)家現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn)投資。

v.當(dāng)?shù)貙儆诤涞貐^(qū)，冬季采暖是特別重要的，不僅僅要解決房屋的保溫性能，而且要解決采暖難的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，I類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為10℃，II類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為7℃，III類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為5℃，雖然對(duì)比我國(guó)居住建筑冬季采暖設(shè)計(jì)溫度18℃的最低標(biāo)準(zhǔn)有很大差距，但可以提供一條改進(jìn)并利用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料夯土與現(xiàn)行磚砌體材料相結(jié)合的保溫設(shè)計(jì)思路。另外III類農(nóng)宅建筑應(yīng)該盡量避免建造，因其不僅冬季保溫性能有缺陷，而且與當(dāng)?shù)仄挛蓓攤鹘y(tǒng)建筑形式的割裂，不利于傳統(tǒng)文脈的延續(xù)。為解決當(dāng)?shù)氐慕ㄖ膳瘑?wèn)題，筆者具體提出以下幾點(diǎn)指導(dǎo)建議：

i.針對(duì)影響人體的最低熱舒適性問(wèn)題，我們可以運(yùn)用一些簡(jiǎn)易的方法，比如說(shuō)①設(shè)置門斗，為了使冬季的冷風(fēng)最小限度的灌入室內(nèi)，那么我們就應(yīng)該盡量把門窗都設(shè)置在南向，爭(zhēng)取白天最大限度的輻射熱，以提高室內(nèi)溫度或者保持室內(nèi)的熱空氣不被室外的冷空氣置換；②設(shè)置既能夠儲(chǔ)水又能夠在白天儲(chǔ)熱的儲(chǔ)水箱，以便于夜晚的放熱；③在農(nóng)村火爐或者壁爐上方加大蓄熱面，其前方設(shè)置玻璃通廊，已達(dá)到夜晚放熱。

ii.在新農(nóng)村的建設(shè)中，可能由于固執(zhí)于磚砌體等常規(guī)材料的使用而忽視了當(dāng)?shù)氐纳敛牧?，可以考慮把生土材料和磚砌體材料相結(jié)合的方式，如把磚砌體和土坯相結(jié)合的方式來(lái)砌筑墻體，可以使得保溫效果更佳，且這種實(shí)例在調(diào)研中到了驗(yàn)證，在隴東地區(qū)應(yīng)具有很強(qiáng)的可行性。

iii.在很多其他層面上運(yùn)用熱緩沖層，例如采用坡屋頂?shù)男问?，相比較平屋頂更具保溫性能，還更有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)宅文化的延續(xù)。

iv.上述的調(diào)研分析從發(fā)現(xiàn)設(shè)置通廊式陽(yáng)光間能夠有效的改善農(nóng)宅建筑的保溫性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 靳亦冰，馬健，王軍.甘肅隴東地區(qū)生土民居營(yíng)建研究[J].A+C，2010（10）：86-87.

[2] 周茗如，龍利軍，張豪杰，文煜馨.甘肅農(nóng)村住房建筑節(jié)能技術(shù)探討[J].節(jié)能技術(shù)，2012（3）：262-265.

[3] 李冕，劉中常，劉秀玉.節(jié)能技術(shù)在馬鞍山新農(nóng)村建設(shè)中的可行性分析[J].山西建筑，2011（20）：204-205.

[4] 劉加平主編.建筑物理（第三版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000

[5] 王軍.西北民居.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009

[6] 圖1.民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范GB50176-93附錄八

基金項(xiàng)目

本文受蘭州交通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目資助，項(xiàng)目號(hào)：201245。