荊楚農(nóng)居現(xiàn)狀及節(jié)能設(shè)計研究

徐偉琦，徐寧

（武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023）

荊楚農(nóng)居現(xiàn)狀及節(jié)能設(shè)計研究

徐偉琦，徐寧

（武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023）

隨著時代的進步、社會的發(fā)展，原有農(nóng)居已不能滿足現(xiàn)代生活的需要，并且也不能滿足資源節(jié)約型社會的時代需求，所以，改造原有農(nóng)居、提出新的節(jié)能型農(nóng)居是一項重要內(nèi)容。創(chuàng)造宜人的居住空間，已成為新農(nóng)居建設(shè)的一大亮點。針對荊楚地區(qū)農(nóng)村建設(shè)中所普通存在的問題，就墻的用材、門窗構(gòu)造、屋面地面、能源使用、建筑通風(fēng)幾個方面進行了剖析，指出優(yōu)點和存在的不足，并綜合新技術(shù)、新工藝、新材料提出優(yōu)化方案，以構(gòu)建具有荊楚特色的新型節(jié)能農(nóng)居模式。

荊楚農(nóng)居；節(jié)能設(shè)計；能源材料；建筑構(gòu)造；建筑通風(fēng)

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，荊楚地區(qū)農(nóng)民生活水準的逐漸提高，居住者對自己居住條件要求也越來越高。長期以來，農(nóng)村建筑的特點是：占地多、建造水平低、缺乏科學(xué)性，甚至忽視了基本的舒適性要求。傳統(tǒng)農(nóng)居缺乏系統(tǒng)的建筑規(guī)劃，能源利用率低、建筑保溫隔熱性能差、舒適度低。為了倡導(dǎo)資源節(jié)約型社會，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，應(yīng)在荊楚地區(qū)對農(nóng)居進行完整規(guī)劃與科學(xué)改造，大力發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，推廣具有荊楚地區(qū)特色的新型節(jié)能農(nóng)居。

1 荊楚農(nóng)居現(xiàn)狀

我國農(nóng)村住宅建設(shè)普遍存在缺陷：一是建設(shè)觀念落后；二是浪費現(xiàn)象嚴重；三是節(jié)能技術(shù)滯后；四是環(huán)境質(zhì)量較差。以下就荊楚地區(qū)農(nóng)居現(xiàn)狀的幾個方面進行分析。

1.1 墻體材料落后

建筑主要是靠墻體圍合而成，外墻是分隔室內(nèi)外空間的構(gòu)件，所以在保溫隔熱方面它起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)在荊楚的農(nóng)居中，絕大多數(shù)的外墻采用的是240 mm厚的實心粘土磚墻，內(nèi)外抹面，無保溫隔熱措施。粘土燒結(jié)磚墻雖然歷史悠久、制作工藝簡單、價格低廉、設(shè)計施工成熟，但是存在許多弊病，例如環(huán)境破壞大，由于粘土磚主要靠開挖的土壤燒結(jié)而成，因此會破壞土壤和植被等，造成水土流失，會使壞境遭到嚴重破壞，因此國家正逐漸停止工程使用粘土磚；其次粘土燒結(jié)磚的孔隙率小，隔音效果差，聲音傳播到粘土磚中，由于其空隙率較小，沒有對聲音進行隔離，聲音的強度降低很少，而其他砌筑材料，如現(xiàn)在采用較多的砼加氣塊［1］，其空隙率較大，隔音效果明顯，但是保溫隔熱性不好。湖北是屬于冬冷夏熱地區(qū)，采用這樣砌體作為外墻是不合理的。由于自重大，粘土磚的重量較其他墻體砌筑材料自重相對較大，使得結(jié)構(gòu)需要承受較大自重，工程造價增加。所以，粘土磚對于建筑的節(jié)能是十分不利的，因此，為了節(jié)約能源并且經(jīng)濟適用，建筑的外墻要換材料。

1.2 門窗構(gòu)造薄弱

門窗是建筑的重要組成部分，也是建筑保溫隔熱的薄弱點。窗戶除具備通風(fēng)、日照和透光等功能外，還作為圍護結(jié)構(gòu)的一部分承擔(dān)保溫和隔熱的作用。據(jù)統(tǒng)計，夏季通過玻璃窗入射的熱量占制冷最大負荷的20%～30%；冬季單層玻璃的熱損失約占供熱負荷的30%～50%，傳統(tǒng)窗戶的保溫性能比墻體主體部分的保溫性能差得多。

荊楚農(nóng)居的門窗是十分簡陋的，大部分為單層，且氣密性較差，這樣就形成了建筑節(jié)能的薄弱點。同時，新型現(xiàn)代農(nóng)居追求大的落地窗，雖然美觀卻不經(jīng)濟節(jié)能，所以要嚴格限制窗墻比。開窗盡量南北向，東西向不要開窗，防止西曬，利于節(jié)能。

1.3 屋面缺乏保溫措施

荊楚農(nóng)居建筑屋面散熱量占總散熱量的15%左右，地面約為6%左右，所以屋面層的保溫隔熱與地面層的保溫也很重要。

荊楚農(nóng)居的屋面分為兩種：坡屋面和平屋面。坡屋面一般采用檁條上搭瓦的形式；有的地區(qū)仍然采用木頭作為屋頂。這樣的屋面幾乎是不保溫的。平屋頂一般采用預(yù)制板或者混凝土，沒有設(shè)置保溫層和隔熱層。不設(shè)置保溫層與隔熱層的原因有很多，比如經(jīng)濟原因、施工不方便、比較麻煩等。

1.4 能源利用率低

在荊楚地區(qū)的農(nóng)村，仍然存在著大量未完全利用能源的現(xiàn)象。例如蜂窩煤的燃燒、柴的燃燒等，這些能源首先不環(huán)保，燃燒后排放出有害氣體污染環(huán)境；其次原料沒有被充分利用，會造成浪費?？梢岳迷谵r(nóng)村隨處可見的秸稈、動物排泄物等進行發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，在環(huán)保的同時也合理利用了資源。

1.5 通風(fēng)效果不良

住宅通風(fēng)對人們的健康和室內(nèi)的舒適性起著非常重要的作用。隨著大氣污染及溫室效應(yīng)的惡化，經(jīng)濟條件較好的農(nóng)戶采用輔助空調(diào)設(shè)施，在生活條件改善的同時也造成了資源的浪費。自然通風(fēng)是利用建筑物開口處存在壓差而產(chǎn)生空氣流動，合理的住宅布局對室內(nèi)的通風(fēng)影響很大。通過自然通風(fēng)，可以為人們提供新鮮的空氣，帶走室內(nèi)的水分和熱量。目前，湖北省許多農(nóng)居隨意搭建，并未考慮其朝向問題，在室內(nèi)布置方面就更不講究了。所以，農(nóng)居的通風(fēng)問題應(yīng)該引起足夠重視。

2 節(jié)能優(yōu)化方案

根據(jù)我國目前情況看來，農(nóng)村住宅的節(jié)能建設(shè)十分迫切，它對于我國建筑節(jié)能有著重要意義。針對上文所提出的現(xiàn)存問題，以下從5個方面進行論述。

2.1 外墻的節(jié)能改造

墻體節(jié)點采用外墻外保溫形式，因為其優(yōu)點很多［2-5］，如：保護建筑結(jié)構(gòu)、保持室溫在穩(wěn)定的環(huán)境中，提高墻體氣密性和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量且不占用室內(nèi)面積，如圖1中（a）所示的一種經(jīng)濟簡單的構(gòu)造做法——采用聚苯板作為保溫材料。其優(yōu)點是：輕質(zhì)、便宜、物理性能較好等。

同時外墻飾面可使用淺色，結(jié)合立體綠化，利用建筑外墻面種植綠色植物來進行遮陽，尤其是西面墻。如圖1中（b）所示，種植攀援植物，如爬山虎、常青藤等。這些植物能阻隔部分的太陽輻射，同時植物的蒸騰作用能帶走部分熱量。

另外，傳統(tǒng)的荊楚民居節(jié)能做法中也有值得借鑒之處［6-8］。地處鄂東南地區(qū)的傳統(tǒng)民居：光祿大夫第，建筑外墻全部采用“金包銀”磚墻，如圖1中（c）所示。第一進墻體用青磚，第二進及第三進墻體用是泥磚或泥沖墻，地板是紅壤或“三合土”（用料為紅壤、石灰、河沙）夯實的。該結(jié)構(gòu)取名為“金包銀”。這種房子防潮隔熱，冬暖夏涼?？梢詤⒄铡敖鸢y”磚墻的構(gòu)造原理對荊楚地區(qū)的農(nóng)居外墻進行改造。

圖1 外墻節(jié)能改造方案Fig.1Reconstructive scheme of outside wall for energy saving

2.2 門窗節(jié)能改造

農(nóng)居窗玻璃節(jié)能改造的辦法有3種：（1）拆除原有窗戶，更換為單框雙玻璃塑鋼窗，采用空心型材的窗框，并加強窗框與窗扇、窗框與墻的密封性，增加滑動窗軌的密封處理；（2）拆除原有玻璃，更換為節(jié)能玻璃；（3）在玻璃上貼隔熱節(jié)能膜。南向窗采用雙層玻塑鋼窗切玻璃外貼隔熱膜的方案；北向窗戶設(shè)普通單玻窗；東西向則可直接加貼隔熱膜。另外，對朝向不好的窗要加強遮陽防曬處理，如利用百葉窗或防曬織物等。另外，應(yīng)盡可能選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的門。在夾板門內(nèi)加貼聚苯板，門外側(cè)貼鍍鋅鋼板，既可以保溫又可以防止空氣滲透；進戶門通常為防盜門，由保溫、吸音性材料制成門芯，一般來說，是可以滿足保溫隔熱要求的。

2.3 地面及屋面的節(jié)能改造

荊楚農(nóng)居的地面一般采用以下兩種形式：（1）直接使用土地作為室內(nèi)的地面；（2）先進行素土夯實再找平，然后在找平層上鋪瓷磚或者木地板。但是以上兩種方式都不利于保溫隔熱與防潮。事實上，可以在地面墊層下鋪設(shè)廉價的爐渣等其他保溫材料，并注意地面防潮設(shè)計，如：可以將地面架空一定高度，能同時起到保溫防潮的效果。其造價不貴、施工容易、取材方便、實現(xiàn)了廢物利用。

現(xiàn)在的村鎮(zhèn)住宅及農(nóng)居的屋面構(gòu)造如圖2（a）所示，一般屋面的導(dǎo)熱系數(shù)大，因為沒有設(shè)置保溫層。屋面的節(jié)能改造形式有多種選擇，如實體材料層節(jié)能屋面、通風(fēng)保溫隔熱屋面、植被屋面和蓄水屋面等，改造方案如下。

（1）在加設(shè)保溫隔熱層后設(shè)架空通風(fēng)層。一般構(gòu)造做法是在平屋頂?shù)谋貙由箱佋O(shè)防水層，最后加蓋保護層。為了夏季的涼爽舒適，在屋面上設(shè)置通風(fēng)層，并且在處夏季主導(dǎo)風(fēng)向上的女兒墻上開孔，用來通風(fēng)和帶走熱量。

（2）改造為倒置式屋面。將保溫層做在防水層的上面就是倒置式屋面，這樣便省去了隔氣層以及保溫層上的找平層，施工簡便、快捷，耐久性好，也可以在惡劣的天氣下施工。采用倒置式屋面一定要選用防水的保溫材料，如圖2（b）所示。

圖2 屋面做法舉例Fig.2Roofing example

2.4 加設(shè)太陽能系統(tǒng)

目前使用太陽能熱水器的住戶局限于住在頂層的住戶。太陽能熱水器分散安裝在建筑的頂層，影響了建筑美觀和其他用戶的使用、安裝。其實，優(yōu)化方案很簡單：將太陽能設(shè)備與建筑一體化，合理利用空間，如圖3所示。把太陽能熱水器與坡屋頂結(jié)合在一起，將坡屋面形成的特有的三角空間用來放置太陽能的水箱。使得屋面整齊一致，不會破壞建筑的美感，并且合理利用了空間，從而實現(xiàn)了能源的高效清潔利用，圖3為太陽能熱水器和坡屋頂?shù)募稍O(shè)計。

圖3 太陽能熱水系統(tǒng)與斜式建筑屋面整合設(shè)計Fig.3Design of integration of sun power water heater and sloping roof

2.5 建筑通風(fēng)

建筑空間的布局體型、風(fēng)口的大小及位置是影響建筑通風(fēng)的主要因素，優(yōu)化合理的建筑形體，在合適位置開大小合適的通風(fēng)口可改善農(nóng)居的通風(fēng)效果。

（1）優(yōu)化農(nóng)居布局和體型。農(nóng)居最好采用自然通風(fēng)，利用室內(nèi)自然形成的穿堂風(fēng)。將主要房間朝南布置且房屋縱軸平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向，室內(nèi)的家具布置應(yīng)避開穿堂風(fēng)經(jīng)過的路線，便可形成穿堂風(fēng)；輔助房間布置在背風(fēng)面，在冬季，進入主要房間內(nèi)冷風(fēng)量和室內(nèi)向外墻的散熱量可以減少。與此同時，盡量將居室與輔助空間的通風(fēng)分開，就可以創(chuàng)造一個涼爽干凈的環(huán)境。

研究表明當(dāng)建筑與風(fēng)向的投射角從0o增至60o時，風(fēng)速降低50%，降低了室內(nèi)通風(fēng)效果，但投射角越大，屋后漩渦區(qū)的深度大大縮短，利于縮短間距，節(jié)約用地，所以要綜合考慮。

此外，若農(nóng)居采用庭院式或天井式，庭院內(nèi)可種藤蔓，因為植物可阻擋部分太陽輻射，并且蒸騰作用也可帶走一些熱量，所以天井的溫度較低，可利用熱壓進行通風(fēng)。當(dāng)室外風(fēng)壓較大時，內(nèi)院地處負壓區(qū)域，可作為出風(fēng)口，向外抽風(fēng)，同時實現(xiàn)水平垂直通風(fēng)，室內(nèi)空氣流動更好，熱量更快地被帶走。

（2）合理設(shè)置風(fēng)口的大小及位置。窗戶是農(nóng)居主要的進出風(fēng)口，室內(nèi)的風(fēng)速和風(fēng)量由進出風(fēng)口的位置和大小控制。如圖4（a）所示房間開窗位置對室內(nèi)自然通風(fēng)的影響。室內(nèi)進出風(fēng)口不能“面對面”，而應(yīng)該相互錯開，否則形成氣流直接流通，導(dǎo)致遠離風(fēng)口的位置很難通風(fēng)，室內(nèi)空氣不流通；若進出風(fēng)口錯開，則氣流在室內(nèi)流動的路線會長一些，影響的面積也會大一些。當(dāng)只能在迎風(fēng)面一面墻開窗的時候，窗戶要非對稱布置，進風(fēng)口的位置不能設(shè)得太高。對于某些地區(qū)的農(nóng)居，要注意窗戶的可開啟面積，最好使用推拉窗，可以控制窗戶的可開啟面積。如果入風(fēng)口大一些，通風(fēng)效果會好一些。如圖4（b）不同進出風(fēng)口尺寸之比對通風(fēng)效果的影響。垂直于夏季主導(dǎo)方向的窗戶開口要大，并可開啟。相關(guān)資料顯示當(dāng)進風(fēng)口寬度為開間寬度的1/3～2/3時，開口面積為地板面積的15%～25%時，出風(fēng)口比進風(fēng)口面積大時，通風(fēng)效果最好。

圖4 風(fēng)口的大小及位置設(shè)置示意圖Fig.4Size and place of tuyere

（3）通風(fēng)墻、通風(fēng)屋面及太陽能通風(fēng)井的設(shè)置［9-10］。將要隔熱的外墻做成夾層空心墻即通風(fēng)墻，在墻上下部開口，分別為出風(fēng)口和進風(fēng)口?？招膶雍穸纫话銥?0～100 mm?？招膬?nèi)的空氣受到來自室內(nèi)的熱量上升，空心層上下部之間產(chǎn)生壓差，迫使內(nèi)部空氣流動，從而帶走室內(nèi)的熱量。圖5（a）為通風(fēng)墻體的示意圖和典型構(gòu)造做法。

通風(fēng)屋面分為閣樓屋頂通風(fēng)屋面和平屋頂架空通風(fēng)屋面兩種，主要是利用屋面間層的空氣流動帶走熱量，從而降低房間的溫度。如圖5（b）所示，架空通風(fēng)屋面的構(gòu)造做法是在平屋頂上200 mm高左右處鋪設(shè)架空的方階磚或水泥板，每段風(fēng)道長度控制在15 m以內(nèi)，且女兒墻上的風(fēng)道入口應(yīng)足夠大，最好最成開閉式，夏季開啟，便于通風(fēng)，冬季關(guān)閉，以利保溫。閣樓通風(fēng)的形式通常有：在山墻上開通風(fēng)口、從檐口下進氣由屋脊排氣、在屋頂設(shè)老虎窗通風(fēng)等，如圖5（c）所示。

另一方面，也可設(shè)置太陽能通風(fēng)井［4］。屋頂上的通風(fēng)井吸收熱量后井內(nèi)溫度升高，熱空氣上升，井內(nèi)有壓差，帶動室內(nèi)空氣向通風(fēng)井流動，形成自然通風(fēng)，同時帶走室內(nèi)的濕熱，如圖5（d）所示。試驗表明，當(dāng)通風(fēng)井的空氣管道高寬之比為2∶1時，通風(fēng)量達到最大。

圖5通風(fēng)設(shè)施示意圖Fig.5Structure representation of ventilation

3 結(jié)語

現(xiàn)有的荊楚農(nóng)居是長久以來歷史沉淀的成果，有它固有的特色：天井式、騎樓、廊子等獨特的建筑元素。隨著社會的發(fā)展和時代的進步，原有的建筑形式已不能滿足需要?，F(xiàn)在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保型建筑，故在保留原有建筑特色的基礎(chǔ)上進行一定的節(jié)能改造，主要是構(gòu)造方面，用簡單、可行性大的節(jié)能改造設(shè)計來改變以往農(nóng)房建設(shè)無序、風(fēng)格單調(diào)的狀況，為指導(dǎo)和規(guī)范農(nóng)房建設(shè)和農(nóng)村危房改造、特色民居改造工作提供理論依據(jù)，以推進適應(yīng)荊楚特色的宜居村莊建設(shè)工作。

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（責(zé)任編輯：陳曠）

Energy-saving Design of Jingchu Rural Residential Housing

XU Weiqi，XU Ning
（School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，Hubei，China）

With the development of society，the original rural housing has been unable to meet the needs of modern life and resource-saving society.Thus，transforming the original rural housing and putting forward new energy-saving rural housing are the main contents.Creating a comfortable living room has become a bright spot.Analyses ubiquitous problem focusing on the material of wall，the construction of door，roof and ground，the use of energy and the ventilation of building，and points out the advantages and disadvantages.With the usage of new techniques and processes，propose opti?mization for constructing new rural residential housing pattern with Hubei characteristics.

jingchu rural housing；energy saving design；energy materials；building construction；building ventilation

TU241.4

A

1673-0143（2014）03-0074-05

2014-04-03

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（CXXL2013013）

徐偉琦（1986—），男，實驗員，碩士，研究方向：建筑設(shè)計。