夏熱冬冷地區農村住宅節能設計要點分析

柳紅明 張帥偉

吉林建筑大學，研究生學院（130118）

1 夏熱冬冷地區的氣候特點概述

根據我國建筑氣候區劃，“夏熱冬冷”是我國長江流域及其周邊區域的典型氣候環境特征，夏熱冬冷地區涉及到16個省、自治區、直轄市（如圖1所示），主要指江浙、湖南、湖北、河南、四川、安徽等部分區域。該地區面積約180萬km2，一年中最熱的一個月平均氣溫為25～30℃，其中有15～25d是溫度高于35℃的酷熱天氣，最高氣溫可達41℃；另外一年中最冷一個月平均氣溫為0～10℃，其中溫度低于5℃的天數有2-2.5個月，最低氣溫可至-18℃。加之該區域內水系豐富和年降雨量大等綜合原因，使該地區形成了夏天悶熱、冬季濕冷的主要氣候特點[1-2]。

圖1 中國建筑氣候區劃圖

2 夏熱冬冷地區農村住宅熱環境現狀

“冬暖夏涼”的家居環境的理想是人們一直所追求的，隨著人們生活水平的普遍提高，加之近年來氣候反常及環境問題頻發，我國的采暖需求線也隨之南移，在夏熱冬冷地區的農村住宅建筑中，由于地理位置差異、住宅建造工藝不同和生活群體對夏季降溫和冬季取暖需求的提高和保溫隔熱方面的不重視，導致節能措施的應用與農宅的實際情況脫節，熱工性普遍較差。

一方面，由于地區的農村住宅建筑普遍是無規劃、無建筑設計的自發建設（如圖2所示），導致農宅在使用中存在功能不合理、通風采光不好、建筑空間浪費（如層高達到4m）和房屋質量存在隱患等狀況。如外墻普遍為實心黏土磚與水泥砂漿粉刷或部分粘貼磁磚習慣做法，導致房屋圍護結構保溫性能差。屋面一般是現澆混凝土，很少有保溫層或通風間層，造成居住舒適性差。建筑技術的落后與質量意識淡薄，使得農村住宅建筑的外部結構普遍缺少一個良好的冬季保溫、夏季隔熱措施。

圖2 嘉興地區農村住宅現狀

另一方面，由于人們在農村對有關節能宣傳、教育和培訓的關注不多，大多數農村居民對建筑節能沒有概念，認識程度不夠。目前我國大部分地區農村生活用能仍以生物能源為主，取暖、做飯依靠柴草和農作物秸稈，熱效率低，耗能量大。加之居民對夏季降溫設施和其他冬季取暖設備的自行安裝，在居住環境上不僅沒有得到真正的改善，還因此增加了生活群體的額外支出，更導致資源的浪費。更甚是在近年，全國各個地區出現了煤荒和電荒現象。因此夏熱冬冷地區居住建筑節能政策的強制執行是經濟和社會發展的必然選擇，是發展節約型社會的重要途徑，更是改善人們居環境質量的必由之路[3]。

3 農宅建筑節能設計要點分析

農宅建筑的節能設計要從整體規劃設計及單體設計兩個方面入手。在整體規劃布局中，要強調建筑與環境的關系，解決住宅與地形、地貌、植被、水土、風向、日照、氣候等關系。在設計開始階段，要結合當地太陽輻射量、大氣環流、地貌特征等因素的影響，建筑布局因地制宜，通過設計手段來形成建筑群體布局內微氣候環境，主要體現在建筑朝向、體型、間距、選址、布局、太陽輻射、道路布局、外部空間環境、冬季主導風向等方面。

單體設計時從設計本身出發，著重于改變傳統不符合建筑節能、節地的建房習慣，如房屋越建越大及層高越來越高等。設計中，對建筑平面布局、體型體量和墻面積比的設計，不僅要適應農村的生產方式和農民的生活習慣，還要遵循“節地、節能”的原則，滿足緊湊、合理、適用、衛生、安全的要求。另一方面是運用現代建筑技術進行現代演繹，建筑風格應結合傳統和地域，創造既具有傳統功能，又能適應現代生活和生產方式的新農村住宅（如圖3所示）。

圖3 浙江富陽農村住宅改造設計

3.1 農宅建筑群體布局設計

在對建筑群進行布局時要參考當地的環境情況，做出科學合理的規劃方案。對整體進行規劃設計時，要將室外的氣候特點進行數字化的記錄，然后模擬出動態的氣候模型。這樣就可以根據不同的室外氣候變化，來設計不同的方案，對建材的選擇、對門窗的設計、主體結構的設計都可以有所幫助。而且，對室外氣候條件的記錄越精細，其動態描述也會更加貼近實際，可以大大降低建筑不必要的能耗[4-5]。

同時，合理的規劃布局會使建筑物之間形成微氣候。如在河南鄧州白東村建設規劃中，將周邊環境資源整合到建筑群體布局設計中去，在保留原河道自然線形的基礎上，配以親水平臺、疊石、連廊、綠化景觀和小游園，通過運用蜿蜒的曲線，與農宅聯系在一起，不僅形成層次多元水系景觀，還改善建筑群之間的微氣候影響，進一步實現節能效果。統一朝向的建筑群在布局上更顯得整齊有序，增大了受光面積，建筑之間的通風更流暢。建造住宅時，采用前后交錯的排列方式不但節約了土地，增大了光照面積，也增加了住宅的室外活動空間。

3.2 農宅建筑圍護結構保溫隔熱設計

農宅建筑節能設計過程中，首先要對圍護結構設計的相關問題進行充分考慮，滿足整體節能降耗的設計需求。建筑建的外圍護結構，其保溫隔熱的技術體系主要由外墻、屋面、地面以及門窗的組成。對于建筑的保溫材料建議應較多的采用EPS(聚苯板)、XPS(擠塑u苯板)及巖棉。

在進行保溫體系選擇的時候，一般有外墻內保溫和外墻外保溫兩種保溫方法。由于受到經濟發展和施工工藝等因素的影響，可以選擇投資成本較低及施工工藝較為簡單的外墻內保溫體系。而相對于外墻內保溫，外墻外保溫體系整體效果更佳（如圖4所示），隨著經濟效益和施工技術水平的發展，這種保溫形式被越來越廣泛地接受并應用。

圖4 建筑結構外墻內保溫做法

3.3 自然采光通風的應用

節能建筑設計中，利用自然進行通風和采光是必不可少的。根據各個房間熱環境的需求量進行居住空間的設計，如住宅中臥室是主要居住空間，即將其作為第一活動空間，從采光得熱和太陽輻射的角度上來看，應該對臥室進行主要房間設置。自然采光設計有以下幾個基本步驟:確定性能目標、確定自然采光的基本策略、確定外窗的基本策略、窗玻璃材料的選擇、開天窗的策略、與人工照明的整合。如在建筑設計的過程中，利用導光板進行采光（如圖5所示）。在高強度反射的原理下，導光板可以將很遠處的光進行反射。只要設計好角度，就可以使足夠的自然光進入到建筑物中[6]。

圖5 屋頂導光板采光

如杭州米市巷社區的建筑改造運用了導光板等外在手段。導光板的工作原理是采用反光材料制成，但此種材料的反射強度必須在高頻的條件下，如鋁制材料就比較適用。導光板可以將光源在更遠的距離外進行反射，使陽光在建筑物頂部進行散射，它可以調節進入房屋當中的陽光數量，減少室內照明能源消耗，避免陽光刺眼等現象發生。為了使住宅建筑獲得最好的自然通風效果，應該根據建筑所在區域位置結合當地主導風向，從戶型平面布局上保證進出風口對應設置，將居室門窗位置相對設置，以便形成利于空氣自然流通的風道，降低夏季能耗的需求。通過對當地風向的研究，進行窗戶的設計，采取“穿堂風”的方式，讓大量的自然風進入到房屋中。這樣，夏天也可以減少空調的使用頻率，節約資源。

3.4 農宅建筑屋面設計

屋頂可以使用架空保溫屋面的構造，其與傳統的小青瓦坡屋頂相似（如圖6所示），一方面是能夠對太陽光起到一定的遮擋作用，另一方面可以通過遮陽面上下空間空氣的流通從而帶走遮陽面的溫度，可以兼顧到屋頂通風和保溫兩種需求，可以使得溫度在屋頂的傳遞過程中逐漸削弱，同時可以在墻體兩面墻設置進風口和通風口，使得屋頂空氣得以更好的流通，在冬季則將進風口和通風口關閉，使得屋頂溫度得以保持。這種設置也滿足農村居民將屋頂設置為曬場和儲藏空間的需求，同時避免屋面受到太陽的直接照射[7]。

圖6 屋面架空隔熱原理

4 結語

總而言之，農村住宅節能是一個系統工程，影響因素重多而且復雜，單獨強調某個方面，都很難達到綜合節能目標。在我國大力提倡綠色節能建筑的大背景下，節能減排，發展綠色建筑模式勢在必行。同時重視建筑物所在的地理位置的環境氣候和人文生活習慣，在建筑質量達到建筑標準的基礎上實現環保節能。