火炕在中國北方的應用與發(fā)展研究

包宇朱曉光王楠

（1.營口市老邊區(qū)國土資源監(jiān)察大隊 遼寧營口 115000 2.營口市老邊區(qū)建筑工程管理站 遼寧營口 115000 3.營口市政務服務中心 遼寧營口 115000）

1 引言

對于我國北方農(nóng)村地區(qū)，其在建筑熱工分區(qū)上處于嚴寒或寒冷地區(qū)，冬季漫長嚴寒，該地區(qū)建筑用能最突出問題是建筑采暖。據(jù)調查統(tǒng)計，北方農(nóng)村能源消耗占全國農(nóng)村總能源消耗量的56%，且超過80%的農(nóng)村能源消耗用于采暖需求。長期以來，常規(guī)生物質能源如稻草、秸稈和薪柴等由于獲取便利且易于儲藏，成為廣大農(nóng)村地區(qū)主要的能源利用對象。我國農(nóng)村每年產(chǎn)生的秸稈薪柴等生物質能源總量約6億t，其中約60%用作燃料供采暖與炊事。同時，人們使用了各式各樣的利用生物質燃料的采暖方式，如火炕、火墻、火爐等。其中，炕是我國北方農(nóng)村地區(qū)應用最為廣泛的建筑采暖方式。

2 火炕在中國北方的應用

炕的定義為“北方的一種床，用土坯或磚石砌成，下有孔道，可生火取暖”?？蛔钤绯霈F(xiàn)于我國春秋時代，至今己有二千多年的歷史。早在《詩經(jīng)·小雅·瓤葉》記載“炕火炙之”，意思是舉物放在火上烤炙。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，炕在空間結構上從古至今經(jīng)歷了“炙地”、“火地”和“火炕”三個階段，早在我國東漢時期公元一年就發(fā)現(xiàn)有“U”字形和“L”字形的單煙道炕，現(xiàn)如今結構形式的炕至少出現(xiàn)在唐朝。在漫長的發(fā)展過程中，炕逐漸發(fā)展為成熟的采暖設施，又可作為人們休息場所，符合人們的生活習慣，且經(jīng)濟方便。目前，炕使用數(shù)量巨大、應用范圍極為廣泛。據(jù)遼寧省農(nóng)村能源辦公室統(tǒng)計，2004年底中國大約有6685萬鋪炕，近4364萬戶農(nóng)村家庭使用炕采暖（按照每戶家庭平均口4人計算，約1.75億人口），平均每戶家庭約有1.5鋪炕。2006年清華大學對北方農(nóng)村地區(qū)家庭能源與環(huán)境狀況調研也發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)炕使用率達73.3%，西北地區(qū)達86.3%，東北地區(qū)達96.2%。

2.1 火炕的組成及特征

一個完整的炕（或稱之為“炕系統(tǒng)”）由爐灶、炕體及煙囪三大部分組成。其中爐灶為熱源，炕體為散熱部件，煙囪為排煙部件。具有以下基本特征：①布置靈活、用能合理?？坏膽脤崿F(xiàn)了加熱空間和供暖空間的分離，有助于合理利用室內空間、改善衛(wèi)生條件；此外，炕通過利用灶在炊事時所產(chǎn)生的排煙余熱來加熱炕體，使炕表面溫度升高，并將部分熱量儲存在炕板中，來維持居室的溫度，這種方式在現(xiàn)代供熱系統(tǒng)發(fā)展之前可以合理利用能源，極大地降低了資源消耗。②蓄熱供暖、操作方便。在加熱時，灶的排煙流經(jīng)煙道并與炕板發(fā)生熱交換，由于炕板的蓄熱作用，積蓄在炕板的熱量可以使炕板保持一定的溫度水平，并可在停止加熱后持續(xù)向室內供暖；同時，炕的蓄熱特性使人在操作時間上有了較大的選擇余地，一般在炊事時間燒火加熱炕，從而炊事、采暖兩不誤。若炕散熱量不足，根據(jù)需求隨時可以增加燒火次數(shù)或燒火時間。③多樣散熱、效果明顯?？话寰哂休^大的散熱面積，加熱的炕板不僅以熱對流方式向室內散熱，在炕體周圍營造具有一定溫度水平的微氣候，同時也以熱輻射方式加熱室內各表面，從而提高居室的整體溫度水平；此外，人員若坐臥在炕上活動或休息，與炕表面接觸，能夠直接感受到炕的溫暖。④就地取材、經(jīng)濟環(huán)保、炕的搭建材料主要以土坯、磚為主，目前逐漸采用混凝土、石板等。這些材料比較常見，便于就近取材，因地制宜；此外，炕使用的燃料主要是稻草、樹枝、秸稈等生物質資源，可循環(huán)再生，并在燃燒后可用作肥料。在農(nóng)村地區(qū)這些資源分布廣泛，無需購買或價格低廉。

此外，炕在漫長的發(fā)展過程中，逐漸向多元化方向發(fā)展?？蛔鳛槿藗兤鹁印?、娛樂等幾乎全部日?；顒拥闹匾獔鏊?，是北方農(nóng)村家庭生活中不可缺少的組成部分，進而形成了歷史悠久、極具特點的炕文化，對人們的起居飲食、習俗禮儀等產(chǎn)生了重要的影響?？坏奈幕滋N和社會價值可能是炕流傳至今并廣泛使用的內在根源。自古以來，“南人習床、北人尚炕”成為南北居住文化差異的體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代化建設步伐的逐漸加快，在城鎮(zhèn)中炕逐漸被現(xiàn)代家居所取代，但北方廣大農(nóng)村地區(qū)仍沿此習慣，享受“熱炕頭”的樂趣。保留和發(fā)展炕這種獨特的采暖方式，對于保護我國北方地區(qū)民族性、地域性的文化特色具有極其重要的意義。

2.2 火炕在應用過程中存在的問題

然而，目前炕的設計和搭建主要基于民間經(jīng)驗，缺少理論基礎支持，且采用生物質燃料直接燃燒方式加熱，在實際應用中存在熱舒適性差、熱效率低、室內空氣污染嚴重等問題。

據(jù)調查，我國北方農(nóng)村住宅普遍存在著室內溫度過低、采暖能耗大、污染嚴重等問題，如房間溫度只能維持在10℃左右，但耗煤量卻高達30～40kg標煤/m2，為城市采暖能耗的1.5～2倍。此外，由于生物質燃燒引起的室內空氣污染導致農(nóng)戶患有一系列疾病，比如呼吸道、慢性肺病、肺癌、哮喘等。隨著農(nóng)村生活水平提高和城市化進程加快，炕的發(fā)展前景不容樂觀。從80年代起，商品能源如煤、電及天然氣等在農(nóng)村地區(qū)使用量逐漸增多。2006年李玉國等人通過對我國北方黑龍江、遼寧和甘肅三省農(nóng)村生態(tài)能源綜合利用情況進行調研考察發(fā)現(xiàn)，北方農(nóng)村建筑有拋棄現(xiàn)有以非商品能為主的采暖模式而全部采用商品能進行供暖的趨勢，以床代炕，引入煤、電等商品能源進行供暖。當前，我國農(nóng)村地區(qū)生活用能中煤、電等商品能源使用己達到60%。長此下去，勢必為我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展帶來沉重的壓力。

如何根據(jù)北方農(nóng)村的特點，尋求適宜的采暖方式是當前農(nóng)村建筑節(jié)能領域重要課題，在改善建筑室內熱環(huán)境的同時，又不會造成我國能源消耗的大幅度增長。目前，農(nóng)村地區(qū)己經(jīng)出現(xiàn)多種可供選擇的采暖方式，如燃煤的土暖氣和火爐、戶用生物質氣化爐等。然而，這些方式要么完全依靠煤、電等商品能源，要么采用成本高昂的生物質能轉換技術，而這種技術受多種因素的影響仍需要較長的時間來應用和推廣。據(jù)估計，在農(nóng)村改造一鋪節(jié)能架空炕和節(jié)能灶的費用為300～350元/戶，修建沼氣池的費用約為2000～3000元/戶，被動式太陽房比普通房屋增加成本10～15%，修建秸稈氣化站的費用約為60～70萬元/200戶。而沼氣和氣化設備的主要目的是為農(nóng)戶炊事提供能源，還沒有全面考慮到農(nóng)戶的供暖問題。此外，考慮到農(nóng)村人口基數(shù)巨大，在農(nóng)村發(fā)展集中供熱是農(nóng)村經(jīng)濟狀況所不能承受的，也是我國能源供給系統(tǒng)所不可承受的。如果北方農(nóng)村建筑全部采用商品能進行供暖，則每年至少需要3～4億t標煤的商品能。同時，目前我國每年農(nóng)村產(chǎn)生的秸稈薪柴等生物質能源總量折合約3億t標準煤，除個別經(jīng)濟發(fā)達。非農(nóng)村經(jīng)濟占主要經(jīng)濟收入的地區(qū)以外，當?shù)禺a(chǎn)生的生物質能源完全可以滿足當?shù)剞r(nóng)村家庭生活需要，且綜合考慮到農(nóng)民收集生物質能源的時間成本，稻草或秸稈剩余物的成本仍小于購買煤等商品能。目前，大量秸稈等生物質能源被棄田間地頭并就地焚燒，既浪費了能源，又造成嚴重的環(huán)境污染，在農(nóng)村地區(qū)合理地利用生物質能在一定程度上減少商品能消耗。

2.3 火炕在中國北方鄉(xiāng)村生活中的意義

因此，從農(nóng)村實際出發(fā)，根據(jù)農(nóng)村能源結構、經(jīng)濟水平和炕的應用特點，對傳統(tǒng)炕采暖方式進行改進或革新是我國北方農(nóng)村建筑未來采暖方式更新和轉換的關鍵，在提高生物質燃料能效的同時，提高農(nóng)村居民的生活質量。其原因主要為：①目前炕在我國北方農(nóng)村家庭使用廣泛、數(shù)量巨大，在很大程度上己被廣大農(nóng)民所認可，如能夠對炕進一步改進，在應用和推廣上相對于其他采暖技術來說更具可行性；②炕是人類最早掌握并使用的生活取暖方式之一，成本較低并利用可再生的生物質能源，擁有一定的生態(tài)內涵和豐富的技術經(jīng)驗，符合可持續(xù)發(fā)展理念，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。比如，在傳統(tǒng)火炕的基礎上衍生出的新型架空炕（又稱“吊炕”），相對于傳統(tǒng)落地炕，在燃燒條件、炕表面熱狀況、散熱能力等方面均有所改善；③炕具有悠久的歷史和濃厚的文化底蘊，是我國北方勞動人民長期在嚴寒的氣候條件下生活的智慧結晶。農(nóng)村家庭活動大多在炕上度過，在考慮該地區(qū)家庭能源供應技術更替時不可忽視文化因素的作用。

綜上所述，炕將來可能作為我國北方農(nóng)村建筑供暖的主要途徑，是綜合考慮炕在技術、應用、歷史、文化等方面的作用和影響的基礎上得到的結論，關系到我國未來農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展的問題。然而，目前炕在性能、使用上仍存在很大的缺陷和歷史的局限性，如炕的熱性能仍需改善、熱源類型魚需開發(fā)、使用生物質燃燒引起的室內空氣污染問題魚需解決等。加強炕可持續(xù)發(fā)展的研究，進一步改進炕的熱性能和舒適性，使其有機地融入農(nóng)村建筑中來改善居住環(huán)境以滿足現(xiàn)代生活的需要，符合國家“節(jié)能減排”政策。此外，由對炕研究產(chǎn)生的對中國傳統(tǒng)文化的思考，是值得在解決農(nóng)村建筑能源問題和社會主義新農(nóng)村建設工作中借鑒。

3 火炕的發(fā)展形勢及技術現(xiàn)狀

炕的形式多樣，與社會經(jīng)濟和技術狀況。人們的生活條件和需求息息相關，它對傳熱和供暖效果等有著直接的影響。我國人民在長期的生活實踐中積累了豐富的炕搭建經(jīng)驗，從結構上劃分有落地炕、架空炕、燃池等；按煙道布置方式不同有直洞炕、花洞炕和倒卷簾（回洞）炕等：此外，受生活習俗的影響，產(chǎn)生了一些具有民族特色的火炕形式，如朝鮮族的“滿地炕”，滿族的“萬字炕”等。下面分別論述目前我國北方地區(qū)使用最為廣泛的落地炕和架空炕技術特點。

3.1 落地炕

作為最為古老的炕形式，其最大特點是炕體下部直接與地面相接。炕體用磚搭砌，砌出炕洞及煙道，炕洞空間用于煙氣流動加熱炕板，炕表面仍使用磚平鋪，外表面以灰泥抹面，上鋪炕席或人造革等?？坏某叽缫话闶?.8～2.0m寬，0.6～0.7m高，長度大小由房間的寬度來決定。

經(jīng)過多年實踐發(fā)現(xiàn)落地炕主要存在以下問題或缺陷：①炕表面溫度不均。主要是為了延長煙氣流程而設置前分煙、落灰膛處，形成了渦流而產(chǎn)生炕表面溫度不均等問題。②熱效率低、浪費燃料。熱效率低產(chǎn)生的原因很多，比如落地炕體與地面完全接觸?加之炕體保溫性能不好導致由炕洞向地下的熱損失增大；由于炕體材料的限制，炕洞內過多地擺放支柱及增加煙氣阻擋物，致使煙氣流通面積較小且流動路徑變短，縮短煙氣在炕洞內停留時間，從而降低了煙氣與炕體間換熱量等。據(jù)調查，炕體的熱效率大約為14～18%，灶的熱效率也只有8～10%左右，炕連灶綜合熱效率不足45%。③室內環(huán)境熱舒適性差。落地炕是單面散熱，加之熱效率低下，散熱量不能夠滿足建筑熱負荷需求，導致室內空氣溫度偏低。調查發(fā)現(xiàn)，北方寒冷地區(qū)農(nóng)村家庭生活能耗絕大部分在炊事和采暖上，其中采暖能耗所占比例很大，但該地區(qū)農(nóng)民冬季仍生活在日均不到5℃的環(huán)境中。④使用落地炕常發(fā)生室內空氣污染問題，這是由于燃燒生物質燃料的灶不好燒或通風不好引起煙氣回流或泄露等現(xiàn)象引起的，尤其是當灶和炕體位于同一房間內時，污染狀況更為嚴重。

3.2 架空炕（吊炕）

從20世紀70年代末開始，針對落地炕存在的問題，中國的許多學者和農(nóng)村能源第一線的科技工作者們對傳統(tǒng)灶炕進行了革新。在“七五”、“八五”期間遼寧、吉林兩省的農(nóng)村能源科技人員經(jīng)過反復研究、不斷實踐而研制出新型架空炕。架空炕底部架空，一般高于地面20～30cm，在炕底板上放置支柱用于支撐炕面板，形成高度為20cm左右的煙道，炕板的材料有石板、土坯、混凝土和茹土沙等。在90年代初期，中國政府己經(jīng)開始推廣架空炕，此項工作仍未結束。據(jù)遼寧省農(nóng)村能源辦公室統(tǒng)計，在2004年末全國大約有1956萬鋪架空炕，約占總火炕數(shù)的30%。

與落地炕相比，架空炕在結構、材料、炕體保溫等方面均作了一些改進：①取消炕洞底部墊土，使炕體由原來的一面散熱變?yōu)樯舷聝擅嫔?，而且使原落地炕的炕洞墊土導熱損失的熱量也散入室內；此外，在炕靠近外墻的部位加強了保溫。②通過調節(jié)炕板抹面材料厚度來提高炕表面溫度均勻性。③取消了炕煙道內人為設置的炕洞阻隔，使換熱過程在整個炕體內而不是在分炕洞內進行，這樣煙氣與炕體的接觸面積一般增加約30～50%。④在排煙口和灶門處分別安裝了擋煙板，防止炕體所獲得的熱量在?；鸷笸ㄟ^煙道散失。

因此，架空炕在熱能利用及提高室內溫度等方面都有了明顯的改善，炕灶的綜合效率提高到70～80%左右。根據(jù)中國農(nóng)村能源辦公室調查結果表明，每鋪落地炕每年消耗4000kg的柴草，而架空炕只消耗2790kg柴草，這樣架空炕每年可節(jié)約1210kg柴草或1382kg稻草。同時，對于降低農(nóng)村地區(qū)溫室氣體排放起到積極作用。另外，據(jù)實測，在不增加任何輔助采暖設施和燃料消耗的情況下，架空炕比落地炕可提高室溫4～5℃。但架空炕仍采用生物質直接燃燒加熱，室內空氣污染問題仍未得到有效解決。2006年李玉國等人分別對遼寧、黑龍江和甘肅三省農(nóng)村能源生態(tài)綜合利用情況進行實測和調查發(fā)現(xiàn)，北方農(nóng)村室內空氣質量情況不容樂觀，主要是可吸入小固體顆粒的濃度過高，大大超過國家標準允許值。CO和CO2等有害氣體排放量也都有不同程度的超標（見表1）。此外，調查也發(fā)現(xiàn)架空炕實際使用率小于10%，需要進一步改進及推廣。

表1 實測期間廚房內的空氣質量

綜上所述，架空炕有效地改進了傳統(tǒng)落地炕所存在的炕表面溫度不均、熱效率低、衛(wèi)生條件差等問題，被認為是目前最具代表性的先進的火炕形式。

4 結語

綜上所述，炕將來可能作為我國北方農(nóng)村建筑供暖的主要途徑，是綜合考慮炕在技術、應用、歷史、文化等方面的作用和影響的基礎上得到的結論，關系到我國未來農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展的問題。然而，目前炕在性能、使用上仍存在很大的缺陷和歷史的局限性，如炕的熱性能仍需改善、熱源類型魚需開發(fā)、使用生物質燃燒引起的室內空氣污染問題魚需解決等。加強炕可持續(xù)發(fā)展的研究，進一步改進炕的熱性能和舒適性，使其有機地融入農(nóng)村建筑中來改善居住環(huán)境以滿足現(xiàn)代生活的需要，符合國家“節(jié)能減排”政策。此外，由對炕研究產(chǎn)生的對中國傳統(tǒng)文化的思考，是值得在解決農(nóng)村建筑能源問題和社會主義新農(nóng)村建設工作中借鑒。

參考文獻

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