隴東地區農宅建筑熱工性能調查與節能構造設計★

王天鵬 潘驍 涂衛

(蘭州交通大學建筑與城市規劃學院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

當前中國70%左右的人口生活在農村，伴隨著我國農村經濟發展，人民生活水平及對建筑環境品質要求的不斷提高，如何營造一個安全，健康和舒適的農村建筑環境，傳承農村人民與自然協調發展的生活模式，是我國新農村建設必須面對和解決的戰略性問題［1-3］。

隴東是甘肅東部的簡稱，包括慶陽、平涼兩地區，16個市縣，人口446萬，面積3.8萬km2。隴東位于六盤山以東，北接寧夏，東臨陜西，地處黃河中游，從地理區位上看，隴東位于黃土高原中部偏西，具有典型的黃土高原溝壑地區地形地貌。該地區地屬我國北方冬季采暖區，在我國建筑熱工設計分區上屬于寒冷地區，因此該地區農宅建筑的冬季熱工特性對其建筑環境舒適性起到至關重要的作用。筆者對該區域的各類典型農宅建筑熱工性能進行了調研，并在此基礎上結合傳統和現代材料構造手段提出了農宅建筑整體節能構造設計方案。

1 隴東地區典型農宅建筑熱工性能調研分析

選取甘肅省平涼市崆峒區和慶陽市鎮原縣作為隴東地區的典型氣候區域，利用Mini Temp紅外測溫儀和HTC-1型數字式溫濕度計等儀器對該地區典型的新農村建筑以及當地傳統農宅建筑熱工性能進行實際檢測。按建筑結構形式分類來看，該區域內廣泛分布著三種典型農宅建筑:1)采用夯土墻、土坯拱頂外貼磚等傳統建筑的營造材料及技術的生土民居建筑——窯房和窯洞;2)采用磚混結構雙坡頂加南向玻璃通廊形式的單層農宅建筑;3)采用加筋土坯墻結構平屋頂形式的單層農宅建筑;4)采用磚混結構平屋頂形式的單層農宅建筑。這四類建筑的基本特點如表1所示。

根據實驗數據統計分析，Ⅰ類農宅建筑室內空氣平均溫度為14℃～16℃，Ⅱ，Ⅲ類農宅建筑室內空氣平均溫度為8℃ ～10℃，Ⅳ類農宅建筑室內空氣平均溫度為5℃ ～7℃，雖然對比我國居住建筑冬季采暖設計溫度18℃的最低標準有很大差距，但可以提供一條改進并利用當地傳統建筑材料夯土與現行磚砌體材料相結合的保溫設計思路。另外Ⅳ類農宅建筑應該盡量避免建造，因其不僅冬季保溫性能有缺陷，而且與當地坡屋頂傳統建筑形式的割裂不利于傳統文脈的延續。

表1 調研地區典型農宅建筑基本特點

通過實地實測調研以及問卷調查分析，發現該地區農宅建筑中存在以下問題:

1)一些新農村示范點單純注重建筑外部的美觀，對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，大多數房間出現內部墻面冷凝結露情況。

2)生土建筑較好的保溫蓄熱性能在冬季得到了驗證，但其房間的采光條件相較新農村而言較差，新建建筑中應注意房間進深與窗高的比例。

3)新農村建設項目中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，但對于當地傳統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。

4)農村對能源的利用率較低，造成更多的環境污染與資源的浪費，在西北農村可以很好的發揮對新型能源的利用，如太陽能、沼氣等，調研發現部分地區國家現在已經進行試點建設。

5)當地屬于寒冷地區，冬季采暖特別重要，不僅僅要解決房屋的保溫性能，而且要解決采暖難的問題。

6)有些規模化的新農村雖然住房漂亮統一，但是功能布局的缺陷給人們的生活帶來了很大的不便，如有些院落缺少廁所等基本用房。

2 建筑熱工節能設計方案

充分考慮當地傳統農宅建筑單體構造中土坯墻和單坡木屋面的做法，結合現代材料構造，推薦單坡屋頂+室內吊頂+雙層夾芯墻+附加陽光間的綜合節能構造體系(見圖1)，并根據地區經濟、人民生活水平等綜合情況對具體材料構造區別選用。

2.1 基本構造體系

2.1.1 外墻

外墻采用蓄熱性能好的生土材料夾芯保溫復合構造:150 mm生土墻+100 mm空氣間層或松散保溫材料+250 mm砌塊墻，具體做法見圖1。此外，墻體材料應因地制宜，生土坯、普通粘土磚、加氣混凝土砌塊、粉煤灰混凝土砌塊、爐渣混凝土砌塊等材料應本著就近取材的原則加以選用。在新農村的建設中，可能由于固執于磚砌體等常規材料的使用而忽視了當地的生土材料，考慮用生土材料和磚砌體材料相結合的方式砌筑墻體，可以使得保溫效果更佳，且這種實例在調研中到了驗證，在隴東地區應具有很強的可行性。

2.1.2 屋頂

屋頂采取的節能保溫措施主要有以下兩點:1)在傳統民居木屋頂望板構造層之上加鋪一層60 mm厚擠塑性聚苯板保溫層，可使木屋頂總體保溫性能大大提高。2)在室內平吊頂面板上部加鋪一層50 mm厚擠塑性聚苯板保溫層，與1)中所述木屋頂望板上的保溫層構造組成雙層屋頂保溫節能系統，保溫層厚度比傳統屋頂節能50%以上。同時坡屋頂相比平屋頂更有利于當地農宅文化的延續。擠塑性聚苯板材料價格較高，可采用政府補貼的方式解決。此外，屋頂材料應因地制宜，木椽、木望板、膠合板(人造板材)望板、生土灰泥、防水油布、青瓦、機制紅瓦等材料應本著就近取材的原則加以選用。

2.1.3 地面

地面采用蓄熱性能好的卵石蓄熱層構造(混凝土面層/磚鋪地面層+空氣間層通道+卵石蓄熱層)，比傳統素土夯實地面節能性能提高50%以上，地面材料應因地制宜，素土、普通粘土磚、卵石、碎塊石等材料應本著就近取材的原則加以選用。

2.1.4 門窗

門窗推薦各區采用中空玻璃斷橋型塑鋼門窗，傳熱系數達到K0=2.7 W/(m2·K)，比傳統木門窗和實腹鋼門窗節能30%和50%。由于門窗系成品構件，中空玻璃斷橋型塑鋼門窗價格較高，可采用政府補貼的方式解決。

2.2 特殊措施

2.2.1 附加陽光間(太陽能暖廊)

在農宅平面毗鄰南墻一側設置通廊式封閉附加陽光間，由透光玻璃構成，間隔設置可開啟平開或上懸窗扇，內側設置農家自制保溫窗簾或百葉，冬季白天卷起使陽光間充分獲得太陽熱能，夜間則拉下可有效減少陽光間對室外夜空的散熱作用。農宅南墻與附加陽光間地面均宜采用蓄熱性能好的生土材料和卵石構造。此構造措施可達到冬季保溫節能、夏季通風隔熱的雙重效果。

2.2.2 蓄熱通風間層系統

外墻、地面構造中空氣間層形成的熱通道構造使得建筑構造系統由靜態保溫變為動態保溫。中空間層構造、外墻地面蓄熱層構造與太陽能暖廊組成的系統(如圖1所示)可在冬季持續提供室內暖氣流，形成一種天然空調系統。必要時可在進、出風口處加設小型電動風扇，以加強熱氣流動效率。

2.2.3 建筑采暖

針對影響人體的最低熱舒適性問題，我們可以運用一些簡易的方法提高建筑采暖效能，比如說:1)設置門斗，為了使冬季的冷風最小限度的灌入室內，我們就應該盡量把門窗都設置在南向，爭取白天最大限度的輻射得熱，以提高室內溫度或者保持室內的熱空氣不被室外的冷空氣置換;2)設置既能夠儲水又能夠在白天儲熱的儲水箱，以便于夜晚向房間內放熱;3)在農村火爐或者壁爐上方加大蓄熱面，已達到加強白天蓄熱夜晚放熱的目的。

［1］ 靳亦冰，馬 健，王 軍.甘肅隴東地區生土民居營建研究［J］.建筑與文化，2010(10):86-87.

［2］ 周茗如，龍利軍，張豪杰，等.甘肅農村住房建筑節能技術探討［J］.節能技術，2012(3):262-265.

［3］ 李 冕，劉中常，劉秀玉.節能技術在馬鞍山新農村建設中的可行性分析［J］.山西建筑，2011，37(20):204-205.