冀東地區(qū)農(nóng)村住宅被動(dòng)式節(jié)能研究

(河北建筑工程學(xué)院建筑與藝術(shù)學(xué)院 河北 張家口 075024)

冀東地區(qū)農(nóng)村住宅被動(dòng)式節(jié)能研究

任志坤成帥孫健陸炳燕

(河北建筑工程學(xué)院建筑與藝術(shù)學(xué)院河北張家口075024)

我國(guó)農(nóng)業(yè)戶口較多，農(nóng)村住宅存在能耗大、室內(nèi)舒適性差等的問(wèn)題。針對(duì)此現(xiàn)象，本文以冀東地區(qū)鄉(xiāng)村民居的現(xiàn)狀以及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，采用地域特色的被動(dòng)式策略和設(shè)計(jì)方法，改善當(dāng)?shù)鼐用竦臒崾孢m環(huán)境，并通過(guò)軟件模擬的方法來(lái)驗(yàn)證不同被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的節(jié)能貢獻(xiàn)率以及最優(yōu)組合方案。

冀東地區(qū)；農(nóng)村住宅；被動(dòng)式；軟件模擬

一、引言

為減輕農(nóng)村經(jīng)濟(jì)壓力，改善農(nóng)村住宅居住環(huán)境，國(guó)家對(duì)農(nóng)宅節(jié)能創(chuàng)新投入了大量資力。寒冷地區(qū)農(nóng)宅，冬季采暖技術(shù)相對(duì)落后，造成室內(nèi)環(huán)境污染嚴(yán)重，嚴(yán)重危害人體健康。改善落后的技術(shù)設(shè)施，使采暖技術(shù)與住宅功能形式實(shí)現(xiàn)一體化；轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，增加對(duì)可再生能源的利用；減少農(nóng)村住宅在采暖上的成本投入而提高室內(nèi)熱舒適度。

二、冀東地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能現(xiàn)狀分析

為深入了解冀東地區(qū)農(nóng)村住房建筑現(xiàn)狀，分別對(duì)唐山、秦皇島的典型村鎮(zhèn)進(jìn)行了實(shí)地考察和問(wèn)卷調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括外墻做法、屋頂結(jié)構(gòu)形式、門窗類型及氣密性、地面做法。冀東地區(qū)農(nóng)村住宅調(diào)研結(jié)果如下:

1.外墻。冀東地區(qū)農(nóng)村住宅外墻材料以磚墻、土墻、石墻為主。外墻材質(zhì)以磚墻居多，約占75%，其中大部分均為黏土磚，部分為蒸壓灰砂磚等新型墻體材料。79%的外墻厚度為370mm，85%的內(nèi)墻的厚度為240mm。土墻以及石墻材質(zhì)占比較低，且建造時(shí)間較早(一些新型的生土建筑除外)，區(qū)域性劃分比較明顯，土墻厚度以400mm為主。農(nóng)村外墻裝飾以水泥勾縫或涂料為主，經(jīng)濟(jì)條件較好的農(nóng)戶會(huì)在墻身外圍貼上瓷磚，以保護(hù)墻壁，外墻基本不做保溫措施。

2.屋頂。農(nóng)村住宅屋頂分為坡屋頂和平屋頂兩種形式，以平屋頂形式為主。平屋頂材料一般為木材、混凝土、輕鋼。木屋架平屋頂建造時(shí)間較早，于上世紀(jì)九十年代左右，檁條上鋪蘆葦板和秸稈，再在上面鋪麥稈泥或泥沙、爐渣混合物，經(jīng)過(guò)人工壓實(shí)成型。在本世紀(jì)以后平屋頂結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)澆混凝土，結(jié)構(gòu)層上面擱水泥砂漿找平層及防水層?；炷良拜p鋼屋架坡屋頂部分采用彩鋼板復(fù)合保溫板作為屋面，保溫措施簡(jiǎn)易。

3.門窗。農(nóng)村住宅門窗類型以木門窗、塑鋼門窗、鋁合金門窗為主，僅有25%的農(nóng)戶采用了鋁合金門窗。通過(guò)對(duì)部分農(nóng)村新建民居門窗的氣密性測(cè)試，門窗氣密性較差，均沒(méi)有達(dá)到《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》四級(jí)氣密性的要求。木門窗的使用率高達(dá)60%，木門窗由于氣密性較差，冬季冷風(fēng)易滲透，造成了大量的熱損耗。

4.地面。農(nóng)村地面一般為2種形式，即水泥地面和瓷磚地面，大部分住戶沒(méi)有做地面保溫。

三、農(nóng)村住宅被動(dòng)式技術(shù)設(shè)計(jì)策略及應(yīng)用

在對(duì)冀東地區(qū)農(nóng)村住宅實(shí)地調(diào)研之后，總結(jié)適和農(nóng)村住宅的基本功能和形式、采暖技術(shù)，如附加陽(yáng)光間的被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)和集熱蓄熱墻技術(shù)。對(duì)適宜農(nóng)村住宅的構(gòu)造做法進(jìn)行優(yōu)化改良，將優(yōu)化后前后的住宅功能及形式進(jìn)行分析，得出改進(jìn)措施，使其適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)村的實(shí)際情況。

1.建筑的布局形式。建筑群體布局合理、組合科學(xué)，取得良好日照的同時(shí)也能達(dá)到遮陽(yáng)的目的。通過(guò)建筑布局形成良好的界面，建立氣候防護(hù)單元，有利于優(yōu)化微氣候和減少能耗。氣候防護(hù)單元應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、氣候、建筑功能、人的行為活動(dòng)等特點(diǎn)。在寒冷地區(qū)農(nóng)村應(yīng)充分爭(zhēng)取及利用日照，合理組織內(nèi)部氣流，避免季風(fēng)干擾。

合理的朝向、間距、布局方式對(duì)日照影響較大，充足的日照提升了采暖節(jié)能效益。朝向?qū)τ诮ㄖ?jié)能影響很大，南向太陽(yáng)輻射量最大，當(dāng)其為南北向時(shí)，熱損耗量較低。面積相同情況下的朝南面積占比越大，熱損耗量越低。因此，從節(jié)能角度出發(fā)，總平面可以自由布置情況下，農(nóng)村住宅應(yīng)首先選擇南北朝向的長(zhǎng)方形建筑(如圖1所示)。

2.外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)。方案中外墻使用了傳統(tǒng)的墻體材料，選用了120mm厚土坯保溫墻體(土坯即土、麥殼、白灰按一定比例的混合砌塊)，構(gòu)造做法如圖1所示。

該墻板的保溫隔熱性能良好，經(jīng)計(jì)算其節(jié)能效果比370mm黏土磚墻高了一倍左右，傳熱系數(shù)為K=0.5W/(m2·K)，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。方案選用了中空玻璃鋁合金外窗，節(jié)能且環(huán)保，其傳熱系數(shù)K=1.8W/(m2·K)，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過(guò)優(yōu)化外墻、外窗、屋頂?shù)牟牧线x型和構(gòu)造做法，該方案的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱特性顯著提高，在不增加能源消耗的同時(shí)提高了農(nóng)宅的室內(nèi)舒適度。

圖1 外墻構(gòu)造(作者自繪)

3.被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)計(jì)。冀東地區(qū)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，年平均氣溫10.6℃，1月份氣溫最低，月平均氣溫-5～-8℃；7月份氣溫最高，月平均氣溫25～26℃。全年平均日照2605小時(shí)，因此在農(nóng)宅設(shè)計(jì)中，采用被動(dòng)式太陽(yáng)房是一種經(jīng)濟(jì)有效的的方式。

借助Ecotect軟件中的Weather Tool模塊對(duì)當(dāng)?shù)乇粍?dòng)式太陽(yáng)房的朝向進(jìn)行分析后，得到農(nóng)宅最優(yōu)朝向(如圖2)，采用被動(dòng)式太陽(yáng)房，農(nóng)宅室內(nèi)舒適區(qū)域范圍得到擴(kuò)大，人體舒適度也明顯增加，同時(shí)過(guò)渡季節(jié)的建筑能耗也有了明顯降低的趨勢(shì)。

將新農(nóng)村住宅的使用功能與唐山地區(qū)氣候特征結(jié)合，對(duì)唐山市的農(nóng)宅設(shè)計(jì)實(shí)踐，探討運(yùn)用被動(dòng)式設(shè)計(jì)，改善農(nóng)宅在空間布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能和可再生能源利用存在的不足。

圖2 被動(dòng)式設(shè)計(jì)最優(yōu)朝向(作者自繪)

四、結(jié)論

1.通過(guò)基礎(chǔ)資料的收集整理和實(shí)地調(diào)研，在冀東地區(qū)農(nóng)村住宅的能耗現(xiàn)狀的研究指導(dǎo)下，做出分析、綜合與歸納，總結(jié)出冀東地區(qū)農(nóng)村低碳住宅現(xiàn)存的主要問(wèn)題，并通過(guò)大量的收集資料進(jìn)行比較分析，為以后冀東地區(qū)的農(nóng)村住宅的建設(shè)提供一定的參考。2.通過(guò)對(duì)冀東地區(qū)農(nóng)村民居的實(shí)地調(diào)研，發(fā)掘當(dāng)?shù)氐赜蛱厣?，并將其利于?dāng)?shù)剞r(nóng)村生活居住的傳統(tǒng)技術(shù)傳承下去。3.冀東地區(qū)農(nóng)村民居傳統(tǒng)的技術(shù)與被動(dòng)式技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造出符合本土化的技術(shù)措施。

[1]趙士永,郝雨杭,付素娟.華北地區(qū)農(nóng)村民居能耗現(xiàn)狀及節(jié)能改造方案分析[J].建筑節(jié)能,2015,43(02):114-117+123.[2017-09-17].

[2]崔艷秋,鄭海超,趙娜.寒冷地區(qū)村鎮(zhèn)住宅被動(dòng)式技術(shù)設(shè)計(jì)策略探討[J].建筑節(jié)能,2016,44(02):52-55.[2017-09-17].

[3]葉昆山,程蓮萍.淺析北方農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，(28):12537-12538.[2017-09-17].DOI：10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.28.020

校級(jí)A“農(nóng)村住宅被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究——以冀東地區(qū)為例”，項(xiàng)目編號(hào)XA201714

任志坤(1987-)，男，研究生在讀。

成帥(1991-)，男，研究生在讀。