西北地區農村既有農居建筑圍護結構的節能改造

范萍萍 趙子琴

（蘭州工業學院土木工程學院，甘肅 蘭州 730050）

我國西北地區農村農居建筑占地較多，建筑土地利用率較低，建造施工技術水平偏低，缺乏統一的建筑規劃和科學的建筑設計，不重視建筑熱工性能和舒適性要求，建筑能源利用率較低，農居保溫隔熱性能差，能源消耗較大。

目前，西北地區農村既有農居建筑的節能改造工作量大，涉及到相關政策、施工技術、選用材料供應、基本投資與成本回收等諸多問題，其中的關鍵問題如何以最少的投資達到最滿意的建筑節能效果。建筑進行節能改造，可節約能源、保護環境，提高農民的生活質量。對西北地區農村的農居進行合理的建筑節能改造，為該地區農民營造一個健康舒適的室內環境，是目前一個亟待解決的問題。

1 西北地區農居特點

西北地區是多民族聚集地，經濟相對薄弱。西北地區農村農居建筑不僅要滿足農民日常居住生活的要求，還要滿足一般的農副業生產的需要。“一”字形院落朝南向展開是當地最常見的布局，建筑一般為東西橫向布置，其中東西朝向的房屋用于廚房、儲藏室等輔助用房，而南北朝向的房屋則主要作居住用房，建筑類型大多為單戶、雙戶以及多戶并聯的建筑類型。長期以來，西北地區農居建筑大多為個人設計和建造，農居建筑缺乏合理的規劃和設計。在房屋修建的過程中，由于經濟、技術以及施工條件的限制下，農民常選用一些落后的建材，農村住房建造水平低，建筑設計仍采用傳統的做法，保溫措施少，大部分住房未進行保溫處理，致使其建筑能耗大，不利于節能。既有農居建筑的門窗熱工性能和氣密性較差，墻體和屋頂均未采用保溫材料建造，從而使整個農居建筑的圍護結構傳熱系數過大，散熱量很高，節能效果較差。再由于農村本來采暖設備簡陋、供熱效率偏低，冬季采暖能耗約占生活耗能的80%，這就造成了大量的能源浪費和經濟損失。

2 既有農居在圍護結構方面存在的問題

由于經濟條件相對較差，我國西北地區農村既有農居建筑中最常見的墻體材料為實心粘土紅磚，使用實心粘土紅磚不僅嚴重浪費土地資源，而且其保溫隔熱性能也較差。同時考慮到西北地區冬季氣溫較低，晝夜溫差大，屋內的熱量會通過墻體傳導和冷風滲透而損失較多熱量，從而造成取暖熱能的嚴重浪費。如果在新建建筑中采用具有良好保溫隔熱性能的墻體材料，便可有效減少冬季室內的熱量流失，從而降低采暖能耗。同時，西北地區農村既有建筑的門窗密封性也較差，常見的農居中玻璃均是單層，而門窗實際上是圍護結構中保溫的最薄弱環節。西北地區農村農居中屋頂由于無任何形式的保溫材料，故屋頂的保溫性能通常較差。

3 圍護結構節能改造

3.1 墻體改造

墻體在整個農居建筑的外圍護結構中所占比例最大，外墻保溫措施對西北地區農村建筑的節能效果明顯，農村居住建筑在建設過程中應考慮外墻保溫[1]。墻體傳熱造成的熱損失占整個熱損失的比例也最大，外墻散失的熱量約占整個圍護結構總能耗的25%左右，因此墻體是既有農居外圍護結構的主體，也是建筑能耗的主要部位。對于既有農居建筑的外墻進行建筑節能改造的做法有外墻內保溫和外墻外保溫兩種。外墻外保溫技術是節能建筑墻體保溫的主要方式， 尤其對既有建筑節能改造來說， 外墻外保溫技術能達到比較好的效果[2]。在本文建議采用以下兩種方案進行外墻外保溫墻體改造。

方案一是在外墻的室外表面上粘貼聚苯板，在外部鋪設玻璃纖維網格布最后完成飾面層。從施工的方法中，可以看出這種做法更適合在新建建筑中使用，由于新建建筑的外墻表面比較清潔，有利于粘貼材料粘貼聚苯板和墻體。然而對于既有農居建筑而言則要復雜一些，在施工之前一定要進行徹底的外墻基層清理工作，否則會使外墻上的保溫材料的粘貼效果下降，從而產生空鼓、脫落等問題，嚴重影響工程質量。因此本做法的缺點為耐久性能差，抗沖擊性差，使用壽命較短，容易破壞。

方案二是在外墻上懸掛鋼絲網架聚苯板，外抹水泥砂漿等面層材料。具體做法是先在墻體基層上打孔，放置預埋件，然后把鋼絲網架聚苯板與預埋件進行連接，最后進行面層處理。這種做法的不足之處是面層處理時不易保證聚苯板的厚度，面層材料容易出現裂紋、空鼓甚至脫落[4]。此外，還有一種采用彩鋼聚苯保溫板的方法，可以較好彌補上述缺陷，對既有建筑的外墻、屋頂等部位進行外保溫節能改造，耐久性較好，抗沖擊性較好，并且很少出現面層材料裂紋、空鼓、脫落等問題。綜上所述，第二種做法在既有農居建筑的節能改造中比較容易實現。

3.2 門窗改造

在建筑物中門窗除了有采光、通風、日照等功能外，它還是建筑維護結構的一部分，主要擔負了保溫和隔熱作用。建筑中通過門窗的傳熱和門窗縫隙的散熱所消耗的熱量占有較大的比例。西北地區既有農居建筑門窗面積占建筑面積比例一般都為10%左右。長期以來，西北地區農村既有農居建筑的門窗均較為簡陋，大部分采用單層玻璃，并且密封性較差。外窗的熱損失量，約占整個房屋的30%[3]，是西北地區農村既有農居建筑節能改造的一項重要工作。建筑物的門窗節能技術主要的目的是節約能源和降低能耗。對于門窗的節能改造主要從以下方面進行：

3.2.1 玻璃改造

對于外窗的節能，屋內熱量主要通過外窗玻璃熱輻射、窗框材料的熱傳導以及窗頁和窗框上縫隙間的熱對流等途徑散失。據有關測試數據顯示：從門窗散失的熱能約占整個建筑的50%；通過玻璃損失的能量約占建筑中門窗能耗的75%，其中玻璃在窗戶面積中又占80%左右[6]，是建筑能耗散失的最薄弱部位，玻璃造成的能耗占建筑總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風滲透為1/3[6]。

通過分析，適合于西北地區既有農居建筑窗戶節能有兩種方案。方案一是去除既有建筑中原有的玻璃，更換為節能的雙層中空玻璃。在西北地區，尤其是冬季比較寒冷的新疆、青海、河西走廊等地區，由于保溫御寒、隔熱節能以及抗風沙的需要，采用雙層門窗是十分必要的。雙層玻璃窗可采用中空玻璃，兩層玻璃間的間距一般選擇為6mm，因為當間距為6mm時在兩層玻璃中間的空氣恰好不能流動，這樣便使熱量損失為最小[7]。方案二是在既有建筑原有的外窗玻璃上貼建筑節能隔熱安全膜。在外窗透明玻璃表面粘貼建筑隔熱安全薄膜，通過做法是通過降低玻璃的遮蔽系數，同時增大玻璃的熱阻來進行節能保護。由于該方法施工快速簡便和造價低，效果也較好，非常適合在西北既有農居建筑節能改造中使用。

3.2.2 窗體改造

改善窗戶的保溫性需解決鑲嵌材料和框扇型材兩部分，窗體改造即為改造窗框的型材。目前西北地區既有農居建筑的窗戶多采用木窗或鋁合金窗，農民在選擇窗體的類型上只注重采光而忽視保溫性能。傳統的雙層木窗密封性差，窗間的空氣處于流動狀態，不利于保溫。對于鋼窗框和鋁合金窗框一方面要避免冷橋出現，另一方面還要注意窗框的密閉性。因此，西北地區農居建筑節能改造中改變門窗窗體材料和形式勢在必行，提倡將傳統木窗改造成為雙層玻璃塑鋼推拉窗。

3.3 外門改造

對于外門的節能改造，首先，外門最好采用雙層門，當既有農居已采用單層門時應做好保溫處理，以提高外門的隔熱性能。其次，應在門框與墻體之間的縫隙部位設置密封條，密封條可以減少外門處室內外的空氣流動，一般選擇耐久性和彈性均較好的材料。第三，對門體材料傳熱系數不符合要求的外門，可通過在門芯或門內外加貼高效保溫材料的方法來提高外門的保溫性能，在總外層還需使用強度高且阻熱性能好的面板加以保護。最后，在冬季時外門最好加設保溫簾或保溫扇，并安裝閉門器。

3.4 屋面改造

屋面是一個散熱量很大的地方，雖然屋面在建筑圍護結構總面積中所占比例遠低于外墻，但對于西北地區農村的單層房屋而言，屋面散熱量占總散熱量的15%左右。因此屋面的保溫至關重要，必須予以足夠的重視。通過綜合分析上述原因，適合于西北地區既有農居建筑的屋面節能改造一般有以下2種方案。

方案一是平屋頂改造成坡屋頂。將既有農居建筑中保溫性能較差的平屋頂改造為保溫性能相對較好的坡屋頂形式，在平屋面上用輕鋼龍骨支撐起混凝土薄板，并設置通風換氣口，并且通風換氣口面積最好能占頂棚面積的1/300以上。將坡屋頂的通風口做成可開啟可閉合的形式，利用“煙囪效應”的原理，把屋面改造成屋頂檐口與屋脊可通風的形式，這種形式能夠兼顧冬季保溫和夏季隔熱，夏季可開啟窗戶，便于通風，冬季可關閉窗戶，便于保溫。

方案二是直接鋪設保溫層。在屋面加隔熱保溫層，通過提高既有建筑外圍護結構傳熱熱阻的方式來實現既有農居建筑節能改造的目的。具體處理時，需結合屋面防水的要求，在既有屋面上鋪設一層經憎水處理的巖棉板，巖棉板的厚度根據熱工計算確定，之后在保溫層上做保護層和防水層。

4 結語

通過對西部地區的既有農居建筑的研究，對既有農居建筑的節能改造提出以下幾點建議：1）采用外墻外保溫方法對既有農居的墻體進行節能改造；2）通過在外窗玻璃貼隔熱安全膜和加設雙層塑鋼窗的方式，進行窗體改造；3）應用加設密封條、保溫簾和閉門器的方法對外門進行節能改造；4）通過平改坡和架設空保溫層的方法，對屋面進行節能改造。