干旱寒冷地區(qū)農(nóng)村綠色建筑節(jié)能技術(shù)集成模式研究★

李 明 咸寶林 劉 娟

(1.寧夏大學(xué)基建處，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021； 4.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用工程研究中心，寧夏 銀川 750021)

0 引言

隨著農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的好轉(zhuǎn)，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，為了改善冬季室內(nèi)寒冷狀況，人們開(kāi)始利用各種方式為農(nóng)宅供暖，然而，由于效率低下的采暖系統(tǒng)、粗放的用能方式、落后的建造技術(shù)、房屋較大的體型系數(shù)及不利的平面形式，都增加了采暖能耗，但建筑內(nèi)冬季的熱舒適性反而沒(méi)有得到較大改善。

農(nóng)村綠色建筑在我國(guó)發(fā)展的較為緩慢，由于我國(guó)地域廣闊，氣候分區(qū)復(fù)雜，因此目前還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的綠色建筑技術(shù)集成模式可供參考。樸在林等[1]通過(guò)采用了雙保溫空心苯板模塊作為墻體材料，中間灌注鋼筋混凝土的建筑技術(shù)，同時(shí)集成了夏季地下常溫氣體室內(nèi)循環(huán)溫度調(diào)節(jié)、冬季太陽(yáng)能熱能室內(nèi)儲(chǔ)熱和陰雪天遠(yuǎn)紅外電地?zé)彳洶寤パa(bǔ)系統(tǒng)等技術(shù)，使得環(huán)境最低溫度在不大于-25 ℃時(shí)，室內(nèi)平均溫度不小于18 ℃。李金平等[2]利用可再生能源，構(gòu)建集成太陽(yáng)能恒溫沼氣池系統(tǒng)、低溫輻射床等供能系統(tǒng)滿足農(nóng)民燃?xì)狻⑸顭崴投静膳挠媚苄枨?，冬季環(huán)境溫度為-20 ℃時(shí)室內(nèi)溫度高于15 ℃。

本論文通過(guò)提高農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能、改變房間功能布局、改善能源利用方式，采用多種熱源相結(jié)合的方式，不僅提高了房間的節(jié)能性，也提高了房間的舒適性。

1 干旱區(qū)農(nóng)村綠色建筑節(jié)能技術(shù)集成模式

1.1 農(nóng)村綠色示范建筑概況

示范建筑位于銀川市興慶區(qū)月牙湖鄉(xiāng)海陶南村，共150戶農(nóng)宅，每戶住宅建筑面積121.22 m2，院落占地面積272 m2，房型結(jié)構(gòu)為三房一廳一衛(wèi)一廚，滿足三代人同時(shí)居住，外形為坡屋頂回族建筑風(fēng)格。其建筑效果圖如圖1所示。

1.2 綠色示范建筑節(jié)能技術(shù)集成模式

1.2.1全封閉生態(tài)艙技術(shù)

干旱區(qū)綠色農(nóng)宅從基礎(chǔ)到屋面，形成嚴(yán)密的“閉合式”隔熱保溫體系，在屋頂鋪設(shè)120 mm厚高密度聚苯保溫?zé)岚?或輕質(zhì)粉煤灰混凝土板)，對(duì)外墻做50 mm厚的聚苯保溫?zé)岚?，在地下?00 mm厚的卵石蓄熱層，并在蓄熱層下100 mm厚的高密度聚苯保溫?zé)岚?，從而減少能量從屋頂和地下的傳導(dǎo)與流失，猶如封閉太空艙，確保室內(nèi)溫度不流失。

1.2.2地下儲(chǔ)熱倉(cāng)技術(shù)

采用卵石和沙漠砂作為地下儲(chǔ)熱倉(cāng)的蓄熱材料，地面下鋪設(shè)300 mm厚的卵石儲(chǔ)熱層或沙漠砂蓄熱層，如圖2所示，在卵石或沙漠砂蓄熱層上表面鋪設(shè)φ50的地下盤(pán)管與太陽(yáng)能集熱器連接，形成卵石(沙漠砂)+地下盤(pán)管水箱的地下儲(chǔ)熱倉(cāng)。卵石和沙漠砂蓄熱材料與基礎(chǔ)和地基的接觸面處均采用100 mm厚的擠塑板隔熱，形成一個(gè)完整的地下“儲(chǔ)能倉(cāng)”結(jié)構(gòu)。卵石和沙漠砂與地面瓷磚的連接用發(fā)泡混凝土阻熱，延長(zhǎng)散熱時(shí)間，起到保溫蓄熱的作用。

1.2.3可再生能源應(yīng)用技術(shù)

1)被動(dòng)式太陽(yáng)房。

如圖3所示，在客廳南側(cè)做一個(gè)開(kāi)間6 m，進(jìn)深2.1 m的陽(yáng)光間，陽(yáng)光間下部做600 mm高的磚墻，下部開(kāi)有通風(fēng)孔。陽(yáng)光間上部做2.2 m高的6+12+6的中空玻璃，上部也開(kāi)有通風(fēng)孔。除在客廳南側(cè)做一個(gè)附加陽(yáng)光間外，在老人房和主臥南側(cè)做集熱蓄熱墻，即在老人房和主臥南墻上涂上吸熱涂層，在上下四個(gè)角開(kāi)四個(gè)通風(fēng)孔，并離南墻250 mm的距離做一層玻璃幕墻，從而形成一個(gè)250 mm厚的空氣間層，即形成集熱蓄熱墻。

2)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)。

在農(nóng)宅坡屋面上鋪設(shè)熱管式太陽(yáng)能熱水集熱器，每組集熱器尺寸為1.645 m×1.95 m，集熱面積為3.2 m2,4組集熱面積為12.8 m2；另外兩戶在坡屋面上鋪設(shè)12 m2的平板太陽(yáng)能熱水集熱器。末端采用50 mm的地?zé)岜P(pán)管埋于地下，并配有300 mm厚的蓄熱材料，形成地下蓄熱庫(kù)。其中蓄熱材料有沙漠砂和卵石兩種，如圖4所示。

3)生物質(zhì)輔助采暖爐。

采用生物質(zhì)爐作為輔助熱源時(shí)，將太陽(yáng)能集熱器里加熱的熱水，通過(guò)生物質(zhì)爐再次加熱，如太陽(yáng)能集熱器里的熱水能滿足溫度要求，則不需點(diǎn)爐子，如不滿足溫度要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒用戶生爐子。

4)節(jié)能炕。

根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣，在老人房和北臥室設(shè)置節(jié)能炕。節(jié)能炕與傳統(tǒng)的土炕相比底部架空，取消底部墊土，增加散熱面積，使炕體由原來(lái)的一面散熱改為上、下兩面散熱，把原來(lái)落地式火炕由底部墊土導(dǎo)熱損失的熱量散入室內(nèi)，提高室溫和火炕的熱效率，其做法如圖5所示。

2 綠色示范農(nóng)宅熱舒適性分析

2.1 各房間室內(nèi)外溫度變化分析

對(duì)2015年12月28日到30日進(jìn)行了3 d的室內(nèi)外溫度測(cè)試，分析得出陽(yáng)光間溫度隨室外溫度變化較大，白天最高溫度23.4 ℃，平均溫度為16.3 ℃；而客廳溫度變化較為穩(wěn)定，白天最高溫度為19.1 ℃，平均溫度在15.9 ℃；南向主臥由于有外窗及空氣集熱器，受太陽(yáng)輻射熱影響，白天最高溫度可達(dá)22.6 ℃，平均溫度在17.8 ℃。室外平均溫度為0 ℃，室內(nèi)平均溫度都在14 ℃以上，房間熱舒適性較好。

2.2 空氣集熱器對(duì)室內(nèi)溫度的影響分析

在南向老人房和南向臥室的外墻上均裝有兩塊1.6 m2的空氣集熱器，室內(nèi)空氣溫度的變化曲線與空氣集熱器的變化趨勢(shì)一致，在空氣集熱器的作用下使空氣溫度提高6 ℃。

2.3 被動(dòng)式太陽(yáng)房對(duì)室內(nèi)溫度的影響分析

陽(yáng)光間和南向主臥由于受到太陽(yáng)輻射熱的影響，室內(nèi)溫度變化趨勢(shì)與室外溫度變化一致，而客廳和北向臥室溫度變化幅度小，溫度較穩(wěn)定。

2.4 蓄熱材料對(duì)室內(nèi)溫度的影響分析

對(duì)2016年1月14日到21日進(jìn)行8 d測(cè)試，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表1 不同蓄熱材料室內(nèi)溫度表

從表1可知，沙漠砂蓄熱層10 cm,30 cm以下的平均溫度分別為24.1 ℃,16.5 ℃，卵石蓄熱層10 cm,30 cm處的平均溫度分別為35.1 ℃,25.8 ℃。采用沙漠砂蓄熱的客廳平均溫度為15.5 ℃，采用卵石蓄熱的客廳平均溫度為19.1 ℃，比沙漠砂平均高出3.6 ℃。采用沙漠砂蓄熱的地?zé)岜P(pán)管供水和回水平均溫度分別為50.3 ℃,31.1 ℃，采用卵石蓄熱的地?zé)岜P(pán)管供水和回水平均溫度分別為46.1℃，35.1 ℃；充分說(shuō)明了沙漠砂吸熱快散熱也快，蓄熱量小，卵石蓄熱穩(wěn)定，蓄熱量大。

2.5 節(jié)能炕對(duì)室內(nèi)溫度的影響

通過(guò)對(duì)南北向有吊炕無(wú)地暖的房間溫度進(jìn)行測(cè)試，每天兩鋪炕均在早上8：00和下午18：00兩次點(diǎn)炕，每次使用煤2.5 kg。在無(wú)其他熱源的情況下，南向房間平均溫度為15.4 ℃，北向房間平均溫度為12.4 ℃，受太陽(yáng)輻射影響，南向房間比北向房間溫度平均高出3.0 ℃。房間溫度與室外溫度變化基本一致，南向房間受室外影響變化更為明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

1)該農(nóng)村綠色建筑技術(shù)集成模式，通過(guò)對(duì)戶型的改變降低了房間體形系數(shù)，通過(guò)加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫措施提高了房間的保溫性能，通過(guò)被動(dòng)式太陽(yáng)房提高了南向主要功能房間的熱舒適性，通過(guò)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)及其輔助采暖系統(tǒng)提高了所有房間的熱舒適性，通過(guò)地下蓄熱裝置提高了房間溫度的穩(wěn)定性。

2)示范農(nóng)宅在室外平均溫度為0 ℃的情況下，客廳溫度平均溫度在15.9 ℃；南向主臥平均溫度在17.8 ℃，室內(nèi)平均溫度都在14 ℃以上，房間熱舒適性較好。

3)該農(nóng)村綠色建筑技術(shù)集成模式可在西北干旱寒冷地區(qū)進(jìn)行推廣。