蘇北地區(qū)農(nóng)村住宅建筑節(jié)能適用技術(shù)研究

方建邦,王進(jìn)

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州221116;2.鹽城工學(xué)院,江蘇 鹽城224051)

蘇北地區(qū)農(nóng)村住宅建筑節(jié)能適用技術(shù)研究

方建邦1,王進(jìn)2

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州221116;2.鹽城工學(xué)院,江蘇 鹽城224051)

為了挖掘蘇北地方性建筑材料的節(jié)能價值,為農(nóng)民建造更具徐州地方特色,性價比較高的住宅,課題組在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,探討了農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造技術(shù),以及被動節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù).形成了蘇北地區(qū)農(nóng)村住宅獨(dú)特的低成本、低技術(shù)的節(jié)能適用技術(shù)體系.

農(nóng)村住宅;綠色建材;圍護(hù)結(jié)構(gòu);低成本;被動技術(shù)

隨著建筑科學(xué)的不斷發(fā)展,近些年來關(guān)于建筑節(jié)能和綠色建筑的研究層出不窮,農(nóng)村住宅建設(shè)基本上處于跟城市接近的產(chǎn)業(yè)化狀態(tài).農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)是一個系統(tǒng)工程,包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用維護(hù)和運(yùn)行管理等方面,影響因素復(fù)雜,單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某個方面,很難綜合實(shí)現(xiàn)住宅節(jié)能目標(biāo)[1].本文在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,以徐州農(nóng)村實(shí)際狀況為例,與國內(nèi)外農(nóng)村住宅節(jié)能研究相結(jié)合,特別是低投入、低技術(shù)的住宅建造技術(shù),形成了蘇北農(nóng)村住宅建筑節(jié)能相關(guān)措施、構(gòu)造、材料等綜合方法.

1 外墻節(jié)能技術(shù)

在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,外墻面積所占比例最大,是冬季散失熱量和夏季室內(nèi)得熱的主要渠道.根據(jù)《江蘇省居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DGJ32/J 71—2008)及徐州市的相關(guān)規(guī)定,對于住宅建筑的保溫性能作了嚴(yán)格的規(guī)定,見表1,表2[2].

表1 寒冷地區(qū)墻體傳熱阻限值Tab.1 Limited value of heat transfer coefficient for wall in Jiangsu cold region

表2 寒冷地區(qū)節(jié)能65%墻體傳熱阻Tab.2 Wall's heat transfer coefficient for 65%rate in cold region

目前,加氣混凝土砌體[3]和聚苯板等保溫材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于城市建筑之中,取得了良好的節(jié)能效果.保溫層的加設(shè)方式按其位置分有內(nèi)保溫、外保溫和中間保溫等3種類型,外保溫是建筑保溫最常見的方式.對于農(nóng)村的農(nóng)民自建房,也應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)、鼓勵農(nóng)民采用相關(guān)的保溫材料和相關(guān)技術(shù)措施.農(nóng)村的建筑節(jié)能應(yīng)當(dāng)尋求使用農(nóng)村傳統(tǒng)技術(shù)和材料,降低建筑節(jié)能的造價,減少相關(guān)污染,實(shí)現(xiàn)農(nóng)村建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展.例如,生土、秸稈等材料在長期的使用過程中,起到了良好的效果,具有低造價、無污染、原生態(tài)等優(yōu)點(diǎn),為廣大農(nóng)民所接受.因此,在蘇北地區(qū)仍可以推廣使用,并創(chuàng)造出新的形式滿足現(xiàn)代農(nóng)村住宅建筑的要求.

在農(nóng)村地區(qū)也可采用中間保溫的方式進(jìn)行節(jié)能處理,即建筑的外墻砌兩道墻,兩墻之間設(shè)置夾層,并在夾層內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈作為保溫材料,如圖1所示.這種中間保溫的方法,可以使墻體的保溫性能有較大的提高,并且使建筑物的立面裝修較為容易,是一種效果較好的保溫處理方式.但是,在施工及使用的過程中應(yīng)當(dāng)注意材料的防潮問題.材料受潮后不僅其保溫效果大大降低,其耐久性也會受到很大的影響.此外,由于墻體處理成夾層墻體后,所用的粘土磚明顯增多,會增加建筑物的造價,且施工較為復(fù)雜.因此,應(yīng)當(dāng)綜合考慮其節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效果.

2 屋頂節(jié)能技術(shù)

因屋頂防水問題難以解決,徐州農(nóng)村地區(qū)的住宅一般不采用平屋頂,而較多地采用硬山式坡屋頂.一般是在水平放置的樓板上,用山墻承檁的方式擱置鋼筋混凝土檁條,再鋪木板、油氈,并放置粘土瓦.因此,屋頂?shù)臉前鍖雍臀菝嬷g形成了一個較大的空氣層,夏季有一定的隔熱效果.

圖1 中間保溫墻體Fig.1 Central insulating wall

1)屋頂保溫材料的選擇.農(nóng)村常見的農(nóng)作物秸稈是非常好的保溫材料.我國農(nóng)村每年秸桿的生產(chǎn)量約為6億噸[4],經(jīng)測定干燥、松散的植物秸稈的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.047W/m·K,還不到膨脹珍珠巖導(dǎo)熱系數(shù)的1/3,磚砌體導(dǎo)熱系數(shù)的1/17.因此,用農(nóng)作物秸稈作為建筑物的保溫層可以大大地增強(qiáng)建筑物的保溫性能.同時,秸稈還是一種在農(nóng)村極為常見的廢料,收割冬小麥后有大量的植物秸稈被焚燒,對于空氣產(chǎn)生非常嚴(yán)重的污染.將秸稈用于建筑屋頂?shù)谋夭牧?既可以滿足建筑節(jié)能的需要,又可以充分利用廢棄物.當(dāng)然,植物秸稈作為保溫層,當(dāng)受潮或是發(fā)霉時,需要隨時對其進(jìn)行更換.

2)屋頂保溫構(gòu)造的改進(jìn).傳統(tǒng)農(nóng)宅屋頂?shù)奈菝媾c鋼筋混凝土板之間存在空氣層,保溫層可設(shè)置在空氣層的上部(圖2)或者下部(圖3),可以起到很好的保溫效果.

將保溫層置于空氣間層下部的做法,構(gòu)造簡單,造價低廉,基本上與目前徐州農(nóng)村住宅的建造方式一致,不需要采用特殊的措施進(jìn)行處理,只要在樓板上放置保溫材料即可.同時,該構(gòu)造能夠使植物秸稈保溫層在天氣干燥時有適當(dāng)?shù)膬?nèi)部通風(fēng),以防止植物秸稈受潮、發(fā)霉.

圖2 保溫層置于空氣間層上部的構(gòu)造Fig.2 Thermal insulation layer upon air layer structure

圖3 保溫層置于空氣間層下部的構(gòu)造Fig.3 Thermal insulation layer under air layer structure

3 門窗節(jié)能技術(shù)

外窗是建筑的重要組成部分,建筑物透過窗戶可實(shí)現(xiàn)有效的采光和通風(fēng).然而,窗戶又是建筑節(jié)能最薄弱的部位,由于窗戶的保溫性能較差,傳熱系數(shù)是墻體的數(shù)倍.因此,從窗戶散失的熱量不能忽視.

1)窗戶的遮陽設(shè)計(jì).按照遮陽的設(shè)置位置,可以分為內(nèi)遮陽與外遮陽兩種類型,外遮陽的節(jié)能效果要好于內(nèi)遮陽.外遮陽可以分為水平式、垂直式、綜合式和擋板式等4種遮陽類型,如圖4所示.外遮陽是最有效的遮陽設(shè)施,它直接將80%的太陽輻射熱量遮擋于室外[5].調(diào)研發(fā)現(xiàn)徐州農(nóng)村住宅門窗多采用雨棚,可以結(jié)合雨棚設(shè)計(jì)遮陽系統(tǒng).

由于百葉窗具有通風(fēng)遮光的效果,因而在夏季既可以實(shí)現(xiàn)遮陽的作用,又可以達(dá)到通風(fēng)的目的.在實(shí)際使用過程中各種遮陽設(shè)施又可以演化為各種不同類型的百葉窗.例如,平開式百葉窗、推拉式百葉窗和折疊百葉窗等.

2)窗戶的通風(fēng)設(shè)計(jì).合理的窗戶是獲得良好的自然通風(fēng)的必要保障.徐州農(nóng)村地區(qū)很多住宅的北向墻體上不開窗,這就造成了進(jìn)、出風(fēng)口都位于南向墻體的狀況,這樣室內(nèi)的風(fēng)力過小,難以形成有效的“穿堂風(fēng)”.另外,進(jìn)、出風(fēng)口的高度不宜過高.蘇北地區(qū)北向墻體上的窗戶往往作為高窗處理,可以保證建筑的私密性.但是,窗戶的高度越高,氣流也相應(yīng)地越高,氣流貼著屋頂走.尤其是越靠近高窗的區(qū)域,下部的風(fēng)力也就越弱,通風(fēng)效果也越差.因此,窗戶的適宜高度是決定室內(nèi)通風(fēng)狀況的一個重要條件.

3)門窗保溫.徐州農(nóng)村地區(qū)建造年代較早的住宅多采用單層木窗,熱工性能較好,木材的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.14 W/m·K.但是這些窗戶由于使用時間較長,有些已經(jīng)變形和老化.近幾年,塑鋼窗技術(shù)日臻成熟,材料的生產(chǎn)制造商也是遍及各地,部分農(nóng)村新建住宅采用了塑料窗.塑料窗戶的平均價格約為150～300元/m2,甚至低于鋁合金窗戶平均350元/m2的造價,且塑料窗耐久性能好.

增加玻璃的層數(shù),并且在每層玻璃之間設(shè)置空氣間層,就可以大大地提高玻璃的隔熱性能.例如當(dāng)采用厚度為3 mm的雙層玻璃,中間留有10 mm的空隙,則該圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總熱阻值為0.298 m2·K/W.其數(shù)值與240 mm磚墻的熱阻值(0.446 m2·K/W)已很接近.如果將空間間層的厚度提高到40 mm的話,則熱阻值可以提高到0.338 m2·K/W.因此,采用雙層玻璃窗或者雙層窗扇,可以大大地增加窗戶的保溫效果.

圖4 各種遮陽的類型Fig.4 Types of sun-shade

4 結(jié)語

總之,蘇北地區(qū)農(nóng)村節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,必須結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村具體的地理及氣候條件,不能照搬照抄城市住宅建筑節(jié)能模式.既要最大限度地降低由于節(jié)能設(shè)計(jì)而增加的建筑造價,又要減少污染.因此,在實(shí)際建房工程中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行客觀分析,采取最優(yōu)化的措施取得有效的節(jié)能效果.

[1] 劉建龍,陳文,譚超毅.農(nóng)村住宅節(jié)能技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2010,36(1)：241- 243.

[2] DGJ32/J 71—2008江蘇省居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[EB/OL].(2009- 11- 12)[2014- 05- 12].http：//xiazai.dichan.com/show-248940.html.

[3] 劉平,孫奇.加氣混凝土復(fù)合夾芯保溫砌塊物理力學(xué)性能研究[J].混凝土,2010(5)：108- 110.

[4] 仇保興.建筑節(jié)能的十大對策[J].住宅科技,2007(4)：1- 3.

[5] 涂逢祥.運(yùn)用遮陽技術(shù)推進(jìn)建筑節(jié)能[J].建設(shè)科技,2006(15)：28- 29.

Research on applied building energy efficiency technologies for rural house in north Jiangsu province

Fang Jian-bang1,Wang Jin2
(1.School of Architectural Technology,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;2.Yancheng Institute of Technology,Yancheng,Jiangsu 224051,China)

In order to excavate the energy efficiency value of local construction materials and create houses with local characteristics,high performance but low cost,wide field investigation has been carried out.And then,formation and passive design technologies for building envelope in rural areas have been discussed.Finally,special applied energy efficiency technology system which is low cost and less complicated has been developed for rural houses in North Jiangsu Province.

rural house;green building materials;building envelope;low cost;passive technology

TU 201.5

A

2095- 3550(2014)03- 0001- 03

2014- 04- 26

江蘇省住建廳科技計(jì)劃項(xiàng)目：農(nóng)村居民集中居住區(qū)現(xiàn)代化人居環(huán)境構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究 (2012- JH07)

方建邦,女,江蘇張家港人,教授,研究方向?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)與建筑節(jié)能技術(shù).

E- mail：1439129643@qq.com

(責(zé)任編輯:陶紅林)