低碳有機農宅的設計

劉錦秀

摘要：為節約能源，提高土地利用率，解決三農問題，通過對農戶住宅結構科學設計、宅基地功能科學規劃、新型保溫建材的利用，設計出適合中國農村的新型高效低碳節能住宅；通過將院子轉換成大棚，冬天利用大棚的聚熱功能，調節提升住宅溫度，節約能源支出。大棚內農戶可根據個人技能或者環境條件，進行果蔬生產或者其他副業開發，實現生產增收，并提升生活質量。此成果對提高留守老人、兒童的生活質量以及家庭增收節支具有重要意義。

關鍵詞：新農村；低碳農宅；農村經濟

中圖分類號：TU241.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1170-03

中國農村新房建了一茬又一茬，推倒磚墻壘磚墻，只見新屋，不見新村，只見新村，不見新貌[1]；不僅浪費了農民的財富，而且浪費了大量土地。中國人口多，土地少，大田糧食生產效益低，造成大量農村人口外出打工，給交通、城市帶來巨大的壓力，并且引出了嚴重的留守老人、留守兒童問題。要解決此問題，提高留守農村農民收入是關鍵。然而在農村提高農民收入的方式太少，有機農業是最好出路，但是有機農業配套條件要求標準太高，很難大規模推廣，惟有大棚有機農業由于不需要大面積種植，所以理所當然成為農民創收的最好手段。

針對農村住宅，科學高效地接入太陽能、風能、沼氣能等自然能源的轉化、儲存、釋放再利用的綜合溫控系統，達到大棚生產、住宅生活所需要的環境溫度，低消耗高產出，使得農戶在以往不可能出效益處產出高效益。通過農村住宅結構改造，有效利用宅基地，將農宅的一層和院子轉換成菌室、菜園，二層居住，在有限的土地上實現居住、有機果蔬生產雙重功效。這樣既方便生產管理，又釋放了優質的菜園土地，增加了優質種植土地面積。

這樣一來，可使大量的農民在家鄉同樣可以獲得高收入，又能緩解城市和交通壓力。一次投入，既實現了優質居住環境，又發展了農村家庭經濟，對于解決西部農村尤其是處于丘陵、山區的貧困地區或者自然環境惡劣地區農村大量的留守老人、留守兒童帶來的嚴重社會問題具有現實意義。

1 設計原則

此低碳農宅以200 m2宅基地為設計標準，進行節能、生產、居住規劃設計。地下一層作附屬設施使用[2]，地上一層用作生產、儲存雜物，地上二層以上建筑用作居住，庭院進行新式日光溫室大棚設計。通過將大棚、住宅科學合一設計，實現高效利用宅基地土地的目的。庭院大棚既是太陽能聚集包、儲能包，也是住戶的有機蔬菜菜園。同時，將空氣循環系統、太陽能水循環系統科學地融入住宅和大棚結構設計中，并將各系統有機串聯實現熱能交換、儲存、釋放功能，調整室溫、大棚溫度，達到高效、節能、生活、生產的目的。這樣，一層及棚內種植果蔬、食用菌，同時兼做集熱設備和儲能包功用；二層以上居住，在有限的土地上實現居住、有機果蔬生產雙重功效。

2 設計結果

2.1 總體結構設計

整體住宅（包含地下層）進行3層或者4層設計。地下層進行配套設計，安置各個配套系統的功能單元；一層進行鋼結構與混凝土結合框架設計，內部只留立柱，可保留農地功能，也可以建成多個生產生活配套房間；二層以上進行住宅、客廳、辦公工作場所設計。具體規劃如圖1。

2.2 外墻、屋頂設計

采用成熟的外保溫墻體技術產品，并進行中空夾層設計。

2.3 農宅庭院設計

農宅院子全部進行無墻體大棚設計，大棚北接住宅，東西南三個立面采用PE保溫透光板或者玻璃、塑料布因地制宜處理，建成三面都可以采光的輕鋼結構溫室大棚。此農宅大棚與其他大棚技術的主要區別在于，—是與住宅一體，二是大棚分為兩部分，在傳統大棚上多了一個季節頂棚，氣溫高時拆除，氣溫低時使用，并且兩棚有熱氣出口交換氣體及熱量。具體設計如圖2。

以宅院大小為標準，以住宅南墻為大棚北體，建傳統形狀大棚為底棚，在其上建立一個三角形季節棚室。季節棚以底棚北上頂為底，以生活區為棚體北墻，最高線覆蓋全部生活樓層南墻；底棚具體設計規格：以一層建筑南墻為大棚北墻，便于氣體交換、熱量交換，棚頂可以根據設計需要，安裝不同使用壽命的保溫外層。同時有熱空氣循環設計、水能循環設計、用水循環設計。大棚可以高標準設計生產有機果蔬，也可以低標準設計，建成比傳統大棚高一級的菜園。這樣既方便管理，又增加種植土地面積。果蔬生產可以根據農戶自己的宅基地特點，作副業、自用都可以，創收、節支任農戶選擇。

2.4 住宅建筑設計

地下一層主要安排以下附屬設施：建立一個5～10 t的地下儲熱池或者生活儲水池，如何取舍因地制宜。如果用作生活儲水池，那么需要相應建立降水收集管道系統。建立2 m3的儲能介質池。建一個2 t左右容量并且可利用外界熱能加熱的沼氣池。剩余面積可建成儲藏室或者養殖場所。

一層建筑總面積100 m2，層高3.0～3.5 m，此層除了廚房、車庫、倉庫外，其他面積可保留土地種地，也可以作儲物室、車間、食用菌種植室等。

二層設計建造100 m2左右住宅，屋頂用保溫隔熱材料建設，并建立太陽能熱水系統、風力發電系統、電力儲存設備。二層底板增加空氣夾層設計，連通后墻體風道上行，形成暖空氣熱循環。

2.5 水循環溫度調控系統設計

太陽能熱水系統：包括兩套，一套是純蓄熱系統，一套是日常熱水供應系統，都無外力自循環設計。前者可與溫調循環連接，后者可與沼氣加熱連接，一旦需要打開閥門即可使用。

水循環調溫系統[3]：全管道封閉式水循環。采用雙閥門控制冷熱水去向管道，逆時針循環降溫儲能設計、順時針循環升溫設計，具體見圖3。

2.6 輔助技術系統

輔助技術系統有：①沼氣生產系統。②火爐熱補償系統：與水調溫循環系統對接，獨立水閥控制。啟動該系統時打開水閥，不用的時候關閉水閥，用于極寒冷地區或者冬天連陰天特殊氣候。③熱量儲存系統：儲能介質溶液池及儲水池。④風力泵水及發電技術（農戶自選）；⑤太陽能發電、儲電系統（農戶自選）。

總之，整體農宅在外墻保溫節能設計的前提下，內部利用成熟的光伏技術、風力發電技術、沼氣生產技術、水空調技術打造自給自足的溫控系統，因地制宜，按照資金多寡、農宅住戶專長或者用途而設計相匹配的農宅結構，選擇需要的功能組塊。夏天利用井水、儲水池水循環降溫，冬天建立以儲存的熱量、太陽能集熱器、井水3種形式為基礎的升溫系統，調整大棚、住宅溫度。利用現有的各種能源轉移、儲存技術及產品，建立太陽能、風能、生物能的發電、熱能轉換、儲存、釋放技術的能源補充保障系統。兩套系統優勢互補，降溫、升溫依靠自身儲能設施，不用煤電或最小化利用煤電等石化能源產品進行生產生活，符合國家節能減排的目標。通過對太陽能、風能、沼氣能等自然能源的轉化、儲存、釋放再利用的綜合溫控系統，達到大棚、住宅內生產、生活所需要的環境溫度，低消耗高產出。

3 小結與討論

這是一項匯集當代先進節能技術的農宅設計，是一項將成熟的太陽能技術、水空調技術、大棚技術應用于農宅設計的設施農業技術。該設計不僅可實現全年溫室有機果蔬生產，具有各種氣候環境的廣泛適應性，而且住宅也融入其中，達到節地、低碳、高效的設計效果，實現居住生產一體化，從吃、住、生活環境、支出、收入全方位提升農民生活質量。住宅一層進行有機農業生產，住宅二層生活辦公，并享受溫室各種技術成果，打造高質量生活環境。依靠太陽能加熱，制造自然水循環，同時帶動熱能傳輸。

該設計成果應用于宅基地，使得原本沒有農業生產可能的宅基地煥發了青春，而且是高達2/3以上住宅土地可用于農業生產。太陽能轉移、儲存、再釋放利用技術、沼氣技術、風能技術的應用，減少了能量資源投入，同時也減少了碳排放。節地、有機農業增收，節能減支，降低生活成本，同時提高農民的生活、居住環境質量。該設計成果使用住宅的保溫外墻做大棚最重要的保溫墻[4，5]，不僅節約建材，使大棚的建造成本大大降低，而且大棚的保溫效果得到極大提升，利用沼氣做飯，太陽能供暖，冬冷夏熱能量的反季使用技術，提高了居民的生活品質，降低了生活成本。不僅做到節地、節財、節能、高效、低碳，同時還解決了居民的生活和收益問題。

該設計成果還有利于棚室內生產的管理與操作。大棚管理既無時間規律可循，又不便于計件計工，難以用常規的管理模式進行管理，只有用包棚到戶的操作模式才能增強種植戶的責任心，變被動種植為主動種植，加之無土栽培、滴灌施肥和澆水等多項科學技術的應用，降低了勞動強度，提高了科學管理水平。簡單操作就可以做到科學管理，老人小孩都可操作，將多功能復合拱形大棚的潛能發揮到極致，可獲得最大的經濟效益。

該設計成果不僅適用于獨立型房產開發、農村住房低碳改造、極端自然環境下的生存環境建設，而且適用于交通、輸電困難的丘陵、山區的獨立自給住宅，包括別墅、農村的民宅。中國農村住宅土地規模很大，該技術如果能夠使用推廣，不僅可以釋放大量優質菜園地，可使我國18億畝耕地更有保障，而且生產條件便利、管理方便，老少皆宜，適合目前農村青壯年外出打工、老人小孩留守的國情。在電力輸送不便的農村、山區、西部的廣大地區實用性意義尤其大。

參考文獻：

[1] 金 玲，陳瑜紅.農村節能住宅設計研究現狀[J].熱帶建筑，2006， 4（3）：26-28.

[2] 王文駿.德國新世紀城市節能住宅設計初探[J].城市建筑，2010（1）：9-13.

[3] 盧 求.德國新型住宅 節能理念與技術[J].資源與人居環境，2006（5）：31-33.

[4] 張咪咪.中國農村居民生活間接能源消耗與碳排放分析[J].統計教育，2010（7）：35-40.

[5] 史飛龍.節能保溫墻體的研究與應用[J].延安大學學報（自然科學版），2013，32（1）：31-33.

總之，整體農宅在外墻保溫節能設計的前提下，內部利用成熟的光伏技術、風力發電技術、沼氣生產技術、水空調技術打造自給自足的溫控系統，因地制宜，按照資金多寡、農宅住戶專長或者用途而設計相匹配的農宅結構，選擇需要的功能組塊。夏天利用井水、儲水池水循環降溫，冬天建立以儲存的熱量、太陽能集熱器、井水3種形式為基礎的升溫系統，調整大棚、住宅溫度。利用現有的各種能源轉移、儲存技術及產品，建立太陽能、風能、生物能的發電、熱能轉換、儲存、釋放技術的能源補充保障系統。兩套系統優勢互補，降溫、升溫依靠自身儲能設施，不用煤電或最小化利用煤電等石化能源產品進行生產生活，符合國家節能減排的目標。通過對太陽能、風能、沼氣能等自然能源的轉化、儲存、釋放再利用的綜合溫控系統，達到大棚、住宅內生產、生活所需要的環境溫度，低消耗高產出。

3 小結與討論

這是一項匯集當代先進節能技術的農宅設計，是一項將成熟的太陽能技術、水空調技術、大棚技術應用于農宅設計的設施農業技術。該設計不僅可實現全年溫室有機果蔬生產，具有各種氣候環境的廣泛適應性，而且住宅也融入其中，達到節地、低碳、高效的設計效果，實現居住生產一體化，從吃、住、生活環境、支出、收入全方位提升農民生活質量。住宅一層進行有機農業生產，住宅二層生活辦公，并享受溫室各種技術成果，打造高質量生活環境。依靠太陽能加熱，制造自然水循環，同時帶動熱能傳輸。

該設計成果應用于宅基地，使得原本沒有農業生產可能的宅基地煥發了青春，而且是高達2/3以上住宅土地可用于農業生產。太陽能轉移、儲存、再釋放利用技術、沼氣技術、風能技術的應用，減少了能量資源投入，同時也減少了碳排放。節地、有機農業增收，節能減支，降低生活成本，同時提高農民的生活、居住環境質量。該設計成果使用住宅的保溫外墻做大棚最重要的保溫墻[4，5]，不僅節約建材，使大棚的建造成本大大降低，而且大棚的保溫效果得到極大提升，利用沼氣做飯，太陽能供暖，冬冷夏熱能量的反季使用技術，提高了居民的生活品質，降低了生活成本。不僅做到節地、節財、節能、高效、低碳，同時還解決了居民的生活和收益問題。

該設計成果還有利于棚室內生產的管理與操作。大棚管理既無時間規律可循，又不便于計件計工，難以用常規的管理模式進行管理，只有用包棚到戶的操作模式才能增強種植戶的責任心，變被動種植為主動種植，加之無土栽培、滴灌施肥和澆水等多項科學技術的應用，降低了勞動強度，提高了科學管理水平。簡單操作就可以做到科學管理，老人小孩都可操作，將多功能復合拱形大棚的潛能發揮到極致，可獲得最大的經濟效益。

該設計成果不僅適用于獨立型房產開發、農村住房低碳改造、極端自然環境下的生存環境建設，而且適用于交通、輸電困難的丘陵、山區的獨立自給住宅，包括別墅、農村的民宅。中國農村住宅土地規模很大，該技術如果能夠使用推廣，不僅可以釋放大量優質菜園地，可使我國18億畝耕地更有保障，而且生產條件便利、管理方便，老少皆宜，適合目前農村青壯年外出打工、老人小孩留守的國情。在電力輸送不便的農村、山區、西部的廣大地區實用性意義尤其大。

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總之，整體農宅在外墻保溫節能設計的前提下，內部利用成熟的光伏技術、風力發電技術、沼氣生產技術、水空調技術打造自給自足的溫控系統，因地制宜，按照資金多寡、農宅住戶專長或者用途而設計相匹配的農宅結構，選擇需要的功能組塊。夏天利用井水、儲水池水循環降溫，冬天建立以儲存的熱量、太陽能集熱器、井水3種形式為基礎的升溫系統，調整大棚、住宅溫度。利用現有的各種能源轉移、儲存技術及產品，建立太陽能、風能、生物能的發電、熱能轉換、儲存、釋放技術的能源補充保障系統。兩套系統優勢互補，降溫、升溫依靠自身儲能設施，不用煤電或最小化利用煤電等石化能源產品進行生產生活，符合國家節能減排的目標。通過對太陽能、風能、沼氣能等自然能源的轉化、儲存、釋放再利用的綜合溫控系統，達到大棚、住宅內生產、生活所需要的環境溫度，低消耗高產出。

3 小結與討論

這是一項匯集當代先進節能技術的農宅設計，是一項將成熟的太陽能技術、水空調技術、大棚技術應用于農宅設計的設施農業技術。該設計不僅可實現全年溫室有機果蔬生產，具有各種氣候環境的廣泛適應性，而且住宅也融入其中，達到節地、低碳、高效的設計效果，實現居住生產一體化，從吃、住、生活環境、支出、收入全方位提升農民生活質量。住宅一層進行有機農業生產，住宅二層生活辦公，并享受溫室各種技術成果，打造高質量生活環境。依靠太陽能加熱，制造自然水循環，同時帶動熱能傳輸。

該設計成果應用于宅基地，使得原本沒有農業生產可能的宅基地煥發了青春，而且是高達2/3以上住宅土地可用于農業生產。太陽能轉移、儲存、再釋放利用技術、沼氣技術、風能技術的應用，減少了能量資源投入，同時也減少了碳排放。節地、有機農業增收，節能減支，降低生活成本，同時提高農民的生活、居住環境質量。該設計成果使用住宅的保溫外墻做大棚最重要的保溫墻[4，5]，不僅節約建材，使大棚的建造成本大大降低，而且大棚的保溫效果得到極大提升，利用沼氣做飯，太陽能供暖，冬冷夏熱能量的反季使用技術，提高了居民的生活品質，降低了生活成本。不僅做到節地、節財、節能、高效、低碳，同時還解決了居民的生活和收益問題。

該設計成果還有利于棚室內生產的管理與操作。大棚管理既無時間規律可循，又不便于計件計工，難以用常規的管理模式進行管理，只有用包棚到戶的操作模式才能增強種植戶的責任心，變被動種植為主動種植，加之無土栽培、滴灌施肥和澆水等多項科學技術的應用，降低了勞動強度，提高了科學管理水平。簡單操作就可以做到科學管理，老人小孩都可操作，將多功能復合拱形大棚的潛能發揮到極致，可獲得最大的經濟效益。

該設計成果不僅適用于獨立型房產開發、農村住房低碳改造、極端自然環境下的生存環境建設，而且適用于交通、輸電困難的丘陵、山區的獨立自給住宅，包括別墅、農村的民宅。中國農村住宅土地規模很大，該技術如果能夠使用推廣，不僅可以釋放大量優質菜園地，可使我國18億畝耕地更有保障，而且生產條件便利、管理方便，老少皆宜，適合目前農村青壯年外出打工、老人小孩留守的國情。在電力輸送不便的農村、山區、西部的廣大地區實用性意義尤其大。

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