北方農村建筑節能改造措施研究

張立華， 魏麗麗， 王英杰， 王春林， 趙勝男

（赤峰學院 資源環境與建筑工程學院， 內蒙古 赤峰 024000）

隨著我國現代化建設的急速發展，農村整體生活水平持續提高，村民對自己的生活條件也設定了越來越高的標準。為了實現整體提高村民生活質量的目標， 我們應該著眼于改善農民實際居住環境，科學合理地規劃農村建筑規劃體系，提高農村地區的建筑節能改造技術，推行建筑節能也是我國實現“節能減排” 戰略的重要部分。 我國農村人口基數大，由于文化差異大，節能意識比較薄弱。 基于此，探索適合北方諸多農村地區建筑節能改造的推廣模式，進一步加快北方農村節能建筑發展的步伐已經迫在眉睫[1]。

1 現階段北方農村建筑的主要特征

1.1 建筑物結構特征

北方地區大多數農村住宅基本上是由農民個人出資，由工匠獨立設計和建造而成的且建筑形式一般與當地氣候、地方習俗等條件有關。 由于近兩年北方地區農村經濟的急速發展，農村地區建筑的整體建設正處于高峰期，同一階段的設計理念也大同小異。目前，北方地區農村建筑形式比較單一，多為南北走向，多布置在單戶單院落內，分布不集中。從建筑特征來說，北方地區建筑主要與施工技術以及施工材料有關。 北方農村主要能源利用以薪材、秸稈以及煤炭為主， 致使北方農村建筑高耗能，環境也受到嚴重污染。

1.2 建筑物的規劃布局

北方地區大部分農村冬冷夏熱。 因此，在建筑規劃設計以及選址過程中，應充分發揮當地的自然條件及地理位置的優勢， 通過室內外環境特點，科學建立環境因素與建筑的關系。建筑平面設計應充分考慮當地村民的日常生活習慣，合理規劃各個地塊的功能分區[2]。

（1）按照農村地區村民的實際生活習慣，合理劃分建筑的日常居住空間以及農副產品空間。 例如，日常居住空間的臥室或者客廳應規劃在陽光充足的南向，遵循“坐北朝南”的原則；而農副產品加工廠應規劃在陰涼通風的北向，便于食物或者農副產品的儲藏[3]。

（2）在建筑結構設計階段，應利用兩戶或多戶平行的設計形式，降低建筑實際占地面積，這有助于大幅度減少農村地區的建筑能耗。

（3）建筑的實際選址應盡可能避開山谷及溝底等極其惡劣的空曠區域居住環境條件，因為冬季氣流可能會對部分建筑造成一系列的“霜洞”隱患，這將增加建筑的整體能耗。

（4）建筑規劃階段應高度重視環境保護。 綠化措施可以較好的改善建筑群的整體氣候條件，調節室外溫度，減輕溫室效應，遮陽隔熱，減少噪音，是改善室內環境、大幅度降低建筑實際能耗的有效舉措。

2 北方農村建筑節能發展面臨的現狀

2.1 北方農村建筑能源利用現狀

大多數農村地區建筑主要為雙戶、單戶以及多戶平行建筑。 一直以來，大部分農村建筑都是個人設計的，農民可以隨意建造。 農村建筑缺乏規劃設計， 導致建筑功能整體劃分不科學且嚴重浪費土地。在住宅建設過程中，因為技術改造、建設條件和經濟條件的限制，農民在建房時選擇了一些不合格的施工材料，建筑內部圍護結構設計仍采用傳統的手段，造成建筑整體能耗高，阻礙建筑節能改造的發展。

（1）缺乏節能意識。近年來，我國大力推行節能減排，改善農村內部整體環境，但部分村民的節能環保意識仍然認識不足，生產生活節能的主動性也不是特別積極。 另外，部分農村建筑整體節能改造技術欠缺，建筑墻體有關保溫圍護結構以及屋面保溫的設計較簡單，窗戶和墻體的實際比例一般設計得比較大且大多采用價格低廉的門窗，使得農村房屋的保溫性能不好且能耗比較高[3]。（2）缺乏合理的管理方法。北方地區建筑整體節能技術缺乏合理的建筑能耗管理體系，全國和部分偏遠地區之間沒有完善科學的建筑能耗統計的相關數據信息。在現場施工過程中， 缺乏衡量實際能量損失的相關標準，實施手段不科學合理， 導致最終計算結果不精準。（3）能源循環效率低。建筑結構設計不科學合理，建筑節能整體效果不高，能源實際綜合利用率低。 根據相關報告表明，在供暖期間，農村大多數家庭平均每年在采暖階段需要使用3-5 噸煤炭，其中包括300 千瓦時電力以及2-3 罐液化氣。 每年用于能源消耗所支出的費用大約3-5 千元，而且隨著能源實際價格的持續上漲，還會進一步提升。

2.2 北方農村建筑節能改造面臨的問題

隨著我國國內市場經濟的迅速發展和人口的持續增長， 土地資源日益緊張且環境污染日益嚴峻。我國建筑節能改造相關研究始于20 世70年代末，工作過程中仍會出現一些弊端。

（1）缺乏資金的大力支持。 我國針對北方建筑節能改造技術的開發、研討以及創新等方面的支持率并不樂觀。 所有地區各級城鄉建設行政主管部門，要加強落實國家推進農村地區建筑節能改造技術優惠政策的力度。在農村地區房屋建筑工程規劃和保障性住房建設項目中，尤其是震害設防區內列入節能改造以及綠色環保的內容。在建筑節能領域出臺一套制度方法，把農村地區建筑節能改造與當地財政掛鉤且列入當地財政工作考評范疇。當地政府通過稅收優惠或科研立項等手段支持農村地區建筑節能改造工作示范建設。

（2）施工環保管理不足。 在農村建筑施工或者室內裝飾過程中，管理制度仍需完善。目前，我國裝修市場一片混沌。 在裝修過程中由于工作量大、工作周期長的原因，部分裝飾企業為降低時間成本和人工成本，不能把環保的設計理念運用于農村地區建筑施工中，嚴重影響了農村地區建筑節能改造的長遠發展。

（3）對節能材料研究不足。 在農村地區建筑施工過程中，會產生巨大的能耗，而有些辦法可大大減少能耗的損失。 如在裝修設計過程中，選用能耗低廉的家具和設施，以最大限度降低運行系統過程中產生的能源消耗。中國北方大部分農村地區冬冷夏熱，在建筑規劃和選址時，應充分利用當地的自然條件和地理優勢，根據當地的氣候特點，合理安排建筑與周圍環境因素的關系。建筑平面布置應充分考慮當地農民的生活習慣，合理安排建筑功能分區。因此，對節能材料研發的關注程度亟待提高。在建筑領域，投入的研究資金和培養的相關專業人才較少，所以科學研究嚴重缺少先進技術指導，且很多材料達不到有關技術標準。 另外，由于不同地區周邊環境差別很大，在研究材料開發過程中也必須充分考慮這一特點。

（4）節能改造理念不成熟。 許多新建筑對節能設計標準不重視，實施不徹底。目前，我國的節能設計標準主要是從建筑熱工性能方面來規定的，與實際情況存在一定的差異。我國北方地區的建筑設計節能改造理念發展較晚且不完善。思想是行為的指導， 村民沒有完全認識節能改造設計的重要性，因此村民沒有意識把節能改造工作同自然生態環境結合起來，更不必談將其運用到農村建筑中[4]。農村地區建筑節能改造工作自身就存在著復雜性，對相關技術要求也較高，采用綠色理念以及節能改造的農村地區建筑設計費時久且難度大。

3 北方農村建筑節能改造的有效舉措

3.1 提高建筑形式的節能技術

對于農村建筑，在相同的建筑面積以及實體體量下， 建筑整體形狀越接近正方體等規則的輪廓，土地利用率越高，對建筑節能改造也越有利。 考慮到北方農村的整體建筑風格以及農民的生活習性，顯然將農村房屋的外形建成“方形”是不合適的[4]。應盡量避免因建筑物不平整而導致的外部面積增加，以實現建筑節能改造為目的。因此，整體提高建筑內部圍護結構的實際隔熱保溫能力，降低建筑內部圍護結構建筑熱能的大量損失，從而大幅度提高建筑熱能的實際利用率。

（1）墻體的節能改造。近兩年，對我國建筑外墻實施節能改造的手段主要有四種：內墻以及外墻保溫、夾芯復合墻體保溫以及單一材料墻體保溫。 一般來說，采用內保溫存在一定的弊端，如室內潮氣容易滲透到保溫材料內部形成結露現象，建筑外墻保溫是最高效、 最直接且保溫效果最好的保溫手段。 外墻保溫能夠很好的消除熱橋的影響，相對于內保溫而言不占用建筑內部使用空間。 因此，外墻保溫針對墻體實施節能改造的措施已成為我國使用率最高的節能改造技術之一。

（2）門窗的節能改造。 門窗是連接室外以及室內的重要渠道，也是建筑物主要構成部分之一。 門窗設計是否合理直接影響建筑的內采光、溫度以及通風的實際效果。建筑門窗不僅可以隔離室外的實際熱量，又可以強化室內外溫度的平衡條件。所以，加強門窗的實際隔熱保溫性能，是大幅度提升室內居住環境的核心。在滿足舒適、安全、經濟等情況下嚴格控制窗墻面積比， 減少冷風滲透提高保溫性能。 北方農村地區建議普遍推廣塑鋼門窗，其傳熱性小保溫性好，又達到美觀的效果。

（3）屋面的節能改造。 北方農村地區屋頂的形式主要有坡屋頂和平屋頂兩種，屋頂的散熱量也不容忽視，為了增強農村地區建筑屋面的整體保溫效果，可采用如下處理方式：建筑屋面采用導熱系數低、密度低以及吸水性極好的建筑保溫材料，屋面上設有多個排氣孔；采用巖棉板或者聚苯乙烯板替代傳統的水泥珍珠或者瀝青珍珠作為保溫材料，鋪裝在建筑屋面上加以保溫；建筑屋頂的防水層上可設置加厚保溫層，所用的保溫材料應具有優質的防水以及耐候性，避免白天陽光直射在建筑屋頂防水層上，防止建筑防水層因過高的溫度以及溫差出現開裂的情況，一方面延長了建筑屋頂防水層的使用周期，另一方面也徹底解決了建筑屋頂內部的實際吸濕問題[3]。

3.2 進行節能改造優化設計

在北方地區農村建筑設計過程中，需綜合考慮節約與環保設計的要求，努力提高農村地區建筑建設及其生產活動的生產效益。如在設計農村建筑屋頂時，利用淺顏色設計元素，以提高對太陽輻射的反射效應，并科學地優化能源使用效果。 如在嚴寒的氣候環境下，提高對室內終端環境的利用，從而降低能耗。 借助吊扇可以加強空氣熱耗，改善氣流效率，改善使用人員的工作舒適性，從而降低中央空調的價格成本。 進入現代發展時代，農村地區建筑在施工過程中積極把控當前發展形勢，推進工程與節能改造理念的和諧共存[4]。

3.3 大力研發節能材料

首先，人們要越來越關注新材料的研究，增加投資并積極引入國外的先進技術。 其次，要重視環境選材。 國家積極推進綠色建材產業發展，支持以粉煤灰、冶金礦渣等廢棄物為主要原料的綠色建材產品開發。人們必須把相關績效當成一項很關鍵的考察因素， 充分考慮其選用與搭配材料的合理性，并盡量使用天然建筑材料以提供一種相對簡單的室內環境。 然后，考慮農村地區部分區域的建筑差異，不斷總結選材的成功經驗。同時，也要注重開發天然能量，減少資源浪費與污染。強調以人為本，從人的實際需要入手，以市場為導向，認真研究新型的節能建筑材料，重新審視市場實際需要[5]。

3.4 開發與利用可再生能源

（1）太陽能。北方農村地區應根據當地資源，優先選擇太陽能、沼氣、秸稈等，改良火炕、吊坑等利用生物燃料的采暖措施，進一步利用太陽能。 如被動式太陽能房屋是為了大幅度提高太陽能的實際價值，在很大程度上，通過設計房屋朝向以及合理利用周圍的環境著手，如房屋開間的設定不超6m，凈高不超3m，既有效節約材料又滿足基本需求，起到節能環保的作用。巧妙地設計房屋內部和外部形狀并選擇合適的建筑材料，盡量選擇簡單、規整的建筑體型。 太陽能可以收集、存儲以解決冬天室內供暖問題。

（2）水電。在節能改造技術的應用中，節水節電技術也是非常重要的一部分，水電是建筑施工過程中必不可少的資源。 如今，建筑工程行業和施工技術不斷發展，很多新型的電力設施設備不斷開發和應用， 這對于電力資源供給也是一個不小的壓力，新型的電力施工設備往往具有更高效率，同時也有了更大的電力資源消耗力， 電能消耗水平不斷提升。 因此，只有對農村地區建筑施中電力設備的用電進行優化和管理，減少不必要的資源浪費，才能更好地踐行綠色施工的理念。強化農村地區建筑用電管理工作，結合建筑施工的實際需求，制定合理的用電標準制度，及時關閉設備電源；在合理節約用電的前提下，投入更多節電的節能型設備，并按條例規章做好日常管理和維護[3]。 關于節水節能技術， 一般農村地區建筑施工的實際用水量較大，特別是混凝土施工或者養護環節，主要來源都是當地的市政管網， 并沒有合理利用雨水等天然降水，且村民節能意識比較薄弱。 基于此，施工方案在設計之初就應合理制定用水制度和標準，嚴格執行施工計劃。 重視循環用水，科學利用循環水資源。 其次，加強村民的節約意識也是非常重要的。 比如，村長組織相關人員開展節水培訓和講座，養成用電用水后第一時間關閉開關和閥門的好習慣，用制度去約束村民，并且在日常工作操作中有明確且詳細的制度去獎懲，以達到很好的建筑節能改造效果，從而提高農村整體效益[5]。

（3）廢棄物。 農村地區建筑施工過程中產生的固體廢棄物也分為可回收材料和金屬材料，不可隨意丟棄和處理，應科學合理地分類。 例如可回收材料、混凝土的剩余料渣和一些建材修剪過后的剩余材料等，都可作為后續施工材料。如果是金屬料渣，可將其單獨收集，專門集中處理。 廢棄固體污染物科學合理地物盡其用，可節約更多資源，促進資源的可持續發展，踐行資源節約型和環境友好型的理念。

4 結論

當建筑物溫度達到100℃時，鋼的拉伸性能會逐漸減弱；如果溫度繼續升高至250℃時，鋼的強度和韌性也會減弱；當溫度上升至500 度℃，鋼材的性能則會完全喪失，可能導致農村地區建筑結構倒塌。 因此，農村建筑設計首先應該考慮建筑材料耐熱性。

近年來，地震事故頻發，農村地區住宅建筑缺乏規范，難以滿足施工需要，造成住宅建筑結構失穩現象。在對農村地區的住宅建筑結構進行性能分析時，根據其實際需求，完成結構框架的設計選型，提高節點設計的有效性， 保證建筑材料的性能，提高農村地區住宅建筑的整體穩定性，從而保證建筑抗震性能的標準化。

建筑材料有很多種，但為了更好地實行節能改造設計理念，必須從特殊環保材料入手，減少環境污染。 在農村地區的住宅建筑設計與規劃中，應科學合理地進行建筑材料的選擇，以提高設計優化的效果。材料的特性差異將直接影響集成式居住建筑物結構設計的有效性、穩定性和安全系數。所以，在建筑物結構優化工程設計中，要根據不同設計條件進行建材的選擇，以提高對建筑物的適應性。