冬冷夏熱地區農村住宅建筑節能改造優化設計的探討

摘要：結合關中地區農村自然環境特點及社會、經濟發展狀況，通過實態調查與系統分析，較深入地研究了我國冬冷夏熱地區的農村既有住宅建筑存在的問題，提出了有關節能改造優化設計的原則，并探討了實現優化設計目標的具體途徑：強調因地制宜，堅持原則，量力而行。

關鍵詞：農村既有住宅建筑；節能改造；因地制宜；優化設計

中圖分類號：TU201

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12021603

1引言

當前，我國農村地區既有住宅建筑的數量極其龐大，但住宅建造技術水平低，缺乏科學性，往往忽視最基本的建筑熱工性能和舒適性要求，導致其能源利用率低，保溫隔熱性能差，舒適度低。為了提高農民生活質量，應以改善居住條件為重點，為此農村既有住宅建筑的節能改造，已成為當務之急。我國幅員遼闊，各地自然條件、歷史文化背景、經濟發展狀況、生產生活方式和風俗習慣等大相徑庭，因此，“因地制宜”應作為推廣農村既有住宅建筑節能改造技術的前提。

“優化設計”可定義為：研究問題和尋求解決問題的最優方案，這里的“最優”二字應理解為在給定條件下獲得最滿意的結果[1]。本文對陜西關中地區農村既有住宅建筑進行了一系列實地調研，親赴有代表性的戶縣、渭南、寶雞等地進行實地觀察，收集了當地既有農宅的建筑結構、構造、空間、建材、用能方式、作息習慣等方面的基礎數據，進行了系統分析后，提出了冬冷夏熱地區農村既有住宅建筑節能改造優化設計應遵循的原則，并探討了一些實現優化設計目標的具體途徑，期望為在同類地區進一步開展節能改造工作提供有一定參考價值的理論依據和工程應用方法。

2冬冷夏熱地區農村既有住宅建筑節能改造優化設計應遵循的原則

2.1尊重民意的原則

廣大農民是農村建筑節能的主體，應加強示范與引導，充分調動廣大農民的積極性，不搞大包大攬，真正變“要我節能”為“我要節能”，如此農村建筑節能才能邁上新的臺階。節能改造的具體內容與措施應由農民的富裕程度及偏好而定，必須把農民的經濟承受能力考慮進來，滿足農民不同層次的需求。

2.2適宜性原則

節能改造應適合當地的氣候條件、經濟發展水平、當地的資源條件、改造本體的基礎條件等。節能改造的設計方案及建材選擇、構造做法，必須符合當地施工條件和住房所有者的經濟承受能力，應做到構造做法簡單易行、材料價格低廉、具有地方性，當地村民易于接受。改造過程中，還應注意周邊場地的生態環境（風、日照等因素影響），盡可能利用生態建材、本地建材，以人的舒適度為主要目標。

2.3經濟性原則

在節能改造中應選擇性價比高的適宜技術，縮短投資回收期，應努力做到小型化、低成本、免維修、無動力，要能與農村的生態循環鏈有機結合在一起，并應盡量使用簡單的施工方法；應最大限度地保持原有結構，不應破壞原有的結構體系，不宜改變原來的體形系數，應盡量減少墻體和屋面增加的荷載，不改變房間原有的功能，不破壞門窗外的裝飾等。我國傳統民居的設計和用料中，都蘊含著樸素的節能理念，如果在進行節能改造時，加強對這種鄉土經驗的傳承和放大，完全可能以最小的成本投入，取得很好的節能效果[2]。

2.4整體性原則

節能改造應統籌考慮包括氣候、周邊環境、建筑室內、結構等因素，進行整體性改造。必須達到安全、保潔、隔音、隔熱、采光通風良好、溫馨、舒適、美化，有利于身體健康和節約空間。另外還要強調環境的整體和諧，適當增加綠化、景觀元素等。

2.5文脈繼承原則

節能改造應充分考慮當地自然條件、歷史文化背景、經濟發展狀況、生產生活方式和風俗習慣，體現地方特色、鄉村特色、民族特色，盡可能兼顧當地地域特色，并與周邊環境相協調，注意鄉土味道，保留鄉村風貌，留住田園鄉愁。

3實現冬冷夏熱地區農村既有建筑節能改造優化設計的具體途徑

關中地區地處氣候分區的寒冷區，冬夏季相對較長，冬季寒冷，夏季炎熱。有關文獻曾通過實測數據，計算出關中地區鄉村住宅冬季室內平均溫度約為11.6℃，而夏季室內平均溫度約為28.1℃ [3]。節能改造設計時，應重點考慮冬季保溫，統籌考慮夏季防熱。故農村既有建筑節能改造優化設計的具體途徑有以下幾點。

3.1外圍護結構的保溫隔熱節能改造

3.1.1墻體

關中地區既有農宅的外墻體絕大多數以實心粘土磚砌筑， 如改變外墻構造做法可大大減少墻體耗熱量。故應提倡做外墻“外保溫”，對既有建筑的外飾面做必要的處理后，粘貼保溫層或保溫裝飾一體化材料，既能避免建筑熱橋與墻面冬季結露、阻斷冷橋，提高供熱效果，改善室內熱舒適度，還可保護主體結構，減少溫度應力，增加結構壽命；墻體保溫施工時，應不影響住戶的日常生活，不減少室內居住面積。在外墻保溫材料的選擇方面，應選用節能效果好，輕質價廉的適合農村住宅的外墻保溫材料，推薦使用聚苯乙烯板，這種材料保溫性能好，施工方便，造價較低，在我國既有建筑節能改造中可以普遍使用。也可利用關中農村地區容易獲得且廉價的材料（粘土加小麥秸稈、稻殼等）作為外墻保溫材料，使外墻獲得良好的隔熱效果。

3.1.2屋頂

關中地區大部分既有農宅的屋頂為鋼筋混凝土平屋頂或傳統的坡屋面。本地區農村房子層高大，完全可以做架空層來保溫。部分農房沿用傳統的坡頂建筑形式，屋頂保溫可以采用吊頂保溫的形式，使屋頂和吊頂之間有空氣間層 能起到隔熱作用，提高屋頂熱阻，節能效果相對較好。宜在原吊頂上鋪設輕質保溫材料，吊頂應耐久、防火、安全。做法為使用塑料袋密封包裝的鋸末、稻殼，秸稈及粉碎的膨脹珍珠巖置于屋頂的空腔區域或吊頂上部，采用吊頂保溫后，屋頂冬季平均傳熱系數會大幅降低；在坡屋頂上還可設置通風換氣裝置，如天窗、老虎窗、氣窗等，既美觀又實用，增強了坡屋頂的利用率和夏季隔熱效果。

3.1.3地面

關中農村既有農宅地面多為素土夯實后現澆混凝土，再用水泥砂漿罩面，許多農戶還在地面上鑲貼地板磚或水磨石。而本地區相對南方而言，雨量較少，地下水位低，土壤較干燥。故建議：在地面墊層下鋪設廉價的爐渣等保溫材料，并注意地面防潮設計，減少地面散熱量。

3.1.4門窗

關中既有農宅的戶門較大，而根據當地的習慣，住宅日間開敞大門，導致室內外溫度基本相同[4]，故建議設置門斗，防止冬季冷風滲透是非常必要的。關中既有農宅窗戶大部為單層玻璃窗，窗戶的傳熱系數較大，建議可在原單玻窗內外加裝一層窗，間距100 mm左右，并能滿足熱工性能指標。應提高門窗氣密性，加強門窗洞口周邊的密封，更換新窗時，窗框與墻之間應保溫密封。建議有條件的農戶門窗玻璃不用普通平板玻璃，采用塑鋼中空玻璃窗。另外，應利用宣傳教育等方式，改變當地村民冬季白天門窗常開的做法，培養在正午室外氣溫較高時開窗換氣、早晚關窗保溫，以及隨手關門的生活習慣，同時提倡通過夜間加厚窗簾等保溫做法，加強冬季保溫。

劉啟泓：冬冷夏熱地區農村住宅建筑節能改造優化設計的探討

能源及節能

3.2能源使用

3.2.1采暖供熱

關中農宅冬季大多還采用傳統的火炕取暖，“陜西省農村建筑節能技術導則”推薦的新型燃煤火炕已成為目前關中地區農村新建住宅或節能改造中較為常用的火炕，在傳統火炕的基礎上，簡化了炕體構造，使炕上、炕頭、炕梢熱度均衡，且散熱時間延長。使燒炕、清灰方便，污染小。同樣推薦的另一種高效節能架空火炕，俗名“吊炕”，它是在傳統農村大炕的基礎上，將炕連灶燃燒的物質產生的能量充分作用，通過熱能封閉循環和增加炕體供熱表面積，實現散熱供暖，達到增加室內溫度的目的。省柴灶與架空炕相結合的炕連灶，綜合熱效率能提高至70%左右，而且炕面各處溫度較均勻。以上措施均值得推廣使用。

3.2.2炊事設施改造

可對老式柴灶進行節能改造，筆者親自參加規劃設計的戶縣東韓村優先選擇了節能柴灶和以秸稈等為燃料的節能爐具作為主要炊事設施，它們應能適應多種燃料、具有良好的炊事功能，最大可能地減少煙氣等污染物排入室內[4]。戶縣東韓村已有規模適中的秸稈氣化站，可滿足全村燒飯之用，故作為清潔和可再生能源使用是有示范意義的。

3.2.3太陽能利用

關中地區全年日照時數都在2000 h以上，為太陽能利用提供了必要的條件。但根據筆者調研，關中大部分農宅對太陽能利用較少且形式單一（主要表現為僅安裝戶用太陽能熱水器），未能從主動式和被動式兩個方面充分利用當地太陽能資源。在渭南市新店村，當地已安裝使用太陽能熱水器的農宅比例僅為20%左右，雖然很多村民都有安裝意向，但由于經濟能力所限尚未實現。關中農宅有一個普遍的特點，即不論坡屋頂還是平屋頂，均帶有1 m左右的挑檐，筆者在寶雞市陳倉區蜀倉鄉 ，就觀察到有的農戶將原有的南向檐廊封閉，可形成簡易的附加陽光間，所花成本最低，施工工藝非常簡單，和現有住房相比較變化程度最小，很值得推廣。

3.2.4沼氣使用

沼氣不僅用來解決農村燃料缺乏問題，也可以應用沼氣進行采暖和照明等綜合利用。建議采用多戶集中建造高效的沼氣設施，集中管理，有效利用資源，這樣能使沼氣設施能源利用率高，便于為廣大農民提供高效、潔凈、安全的沼氣能源。

3.2.5夏季防熱降溫。

關中農宅夏季大多用電風扇，很少有遮陽設施，因此可采用適當的外遮陽（ 如在窗外安裝外遮陽卷簾、活動式遮陽傘等） 把熱量擋在室外； 冬季，則采用內遮陽（ 如可裝厚織物制作的窗簾） 以阻擋室內熱量的散失。內、外遮陽合理地配合使用，可達到較好的隔熱保溫效果。夏季利用反光、低透光窗簾可以起到很好的遮陽效果，降低室內溫度。

3.3室外環境的改善

3.3.1綠化

加強綠化可以較明顯地改善庭院微氣候，減少夏季陽光直射入室內而使得室內溫度過高。應在院落中種植一定的喬木， 如適合關中地區栽種的柿子、核桃、杏樹等，以其巨大的樹冠在夏季為民居撐起一把“ 遮陽傘” ， 還可種植爬山虎等藤類植物， 沿墻體盤爬， 為民居外墻穿上“ 降溫衣” 。但要結合地理氣候特點適當合理選擇綠化種類， 調整綠化密度， 考慮遮陽效果，且避免影響室內通風， 并兼顧冬季日照和采光。

3.3.2室外場地改造

如將戶外原有的水泥地面適當減小，加設滲水混凝土地面，既可以減少夏季太陽光強烈反射，又可以在下雨時及時將雨水滲入地下，改善小氣候。因此， 建議將庭院少“ 硬鋪” ，多“ 軟鋪” ， 創造良好的室外環境。

3.4安全性與衛生環境

（1）抗震與防污染。節能改造結構的抗震性能應符合規范；防止或減輕改造可能發生的自然及人為災害；要求盡量選用安全環保的天然材料，減少輻射、有害氣體的污染，創造安全小環境。

（2）三廢處理。節能改造應做到生活垃圾收集袋裝化；使用除煙塵措施等，使“三廢”對環境的污染減少到最低程度；

（3）噪聲與視覺污染防治。改造中采用隔聲好的新材料。室內噪聲應不大于40dB； 設計中應考慮空調外機的遮護措施，并考慮其噪聲的影響；創造良好的室外立面環境，減少視覺污染。

4結語

本研究課題選擇關中地區農村為突破口，以綠色生態理念為主導思想，本著“因地制宜地改善農房熱舒適性”的節能改造思想，探索的優化設計理論和方法具有很強的可操作性，適用于全國同類地區，可期望取得可觀的社會、經濟、環境效益。但農村住宅節能工作任重道遠，還需要廣大科研與設計人員深入調查研究和政府相關政策的扶持，并在實踐中不斷完善實施。

參考文獻：

[1]

劉啟泓.基于復合生態系統平衡概念的農村居住環境規劃設計優化研究——以關中地區農村為例[D].西安：長安大學， 2010.

[2]劉啟泓.農村既有建筑節能改造優化設計綜合評價指標體系的探討——以陜西關中地區農村為例[J] .綠色科技，2016（6）.

[3]胡艷麗，何梅.關中地區鄉村住宅熱環境與人體熱舒適研究[J].建筑節能，2015（4）.

[4]劉啟波，劉啟泓.生態化理念下社會主義新農村住區規劃與建筑設計的優化設計研究——以關中地區農村為例[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2011（6）.