基于實(shí)地調(diào)研的農(nóng)村建筑環(huán)境現(xiàn)狀分析

郝學(xué)軍 孫沛然 李曉萍 李以通 張成昱 張濤

1 北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院

2 中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司

盡管農(nóng)村地區(qū)能源消耗逐年增加，但與城市相比，農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境較惡劣。已有不少學(xué)者進(jìn)行過(guò)各種調(diào)研：劉興民對(duì)三北地區(qū)農(nóng)村建筑和用能現(xiàn)狀進(jìn)行了分析[1]。程坦對(duì)魯中地區(qū)農(nóng)村住宅現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了解決方法[2]。馬清芳對(duì)寧波地區(qū)農(nóng)村居住建筑進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查及室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)測(cè)試，提出了適用于當(dāng)?shù)氐母倪M(jìn)措施[3]。目前對(duì)于不同氣候區(qū)下的農(nóng)村建筑環(huán)境現(xiàn)狀的實(shí)地調(diào)查研究還較少。本文通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式對(duì)不同氣候區(qū)下的4 省300 余戶住戶的農(nóng)村建筑環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，提出了提高室內(nèi)舒適度的措施，為改善村民的居住熱環(huán)境提供參考。

1 調(diào)查范圍

本次調(diào)查了不同氣候區(qū)下的4 地農(nóng)村建筑環(huán)境現(xiàn)狀情況，如圖1 所示。標(biāo)號(hào)1～4 分別為河北省C 鄉(xiāng)、陜西省B 縣、貴州省A 縣、廣西省D 縣。

圖1 實(shí)地調(diào)研地點(diǎn)分布

2 調(diào)查方法

本次能源應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查主要采用主觀問(wèn)卷調(diào)查的方式。于2019 年-2020 年實(shí)際調(diào)研了4 省300 余戶。調(diào)研問(wèn)卷主要內(nèi)容包括：1）建筑的基本情況：建造年代、層數(shù)、朝向、外墻、外窗、屋面形式。2）室內(nèi)供暖納涼方式、室內(nèi)熱感覺(jué)投票等。

熱感覺(jué)投票使用ASHRAE 7 點(diǎn)標(biāo)度[4]，具體如圖2 所示。

圖2 ASHRAE 7 點(diǎn)標(biāo)度

3 調(diào)查結(jié)果和分析

3.1 住宅現(xiàn)狀概況

住宅建設(shè)年代，結(jié)構(gòu)，層數(shù)及屋頂形式的調(diào)研結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 住宅建設(shè)年代、結(jié)構(gòu)等情況

調(diào)查表明：從住宅結(jié)構(gòu)來(lái)看，除了河北省C 鄉(xiāng)采用石頭窯洞結(jié)構(gòu)較多外，其余地區(qū)采用磚混結(jié)構(gòu)的最多。從層數(shù)來(lái)看，除了河北省C 鄉(xiāng)采用一層建筑較多外，其余地區(qū)采用多層建筑較多。屋頂形式上，除了貴州省A 縣采用坡頂較多外，其余的地區(qū)建筑則以平頂為主。

磚混結(jié)構(gòu)是上世紀(jì)90 年代以來(lái)農(nóng)村常用的住宅結(jié)構(gòu)，而河北省C 鄉(xiāng)地處井陘山區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用褚虻刂埔?、就地取材，采用傳統(tǒng)的石頭窯洞結(jié)構(gòu)的比例超過(guò)了磚混結(jié)構(gòu)。平屋頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)用性強(qiáng)：可用于晾曬、種植等，方便安裝電視接收天線、太陽(yáng)能集熱板等，想加蓋一層也很方便，缺點(diǎn)是與坡屋頂相比，隔熱和防水性能較差[5]。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體情況見(jiàn)表2。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)信息統(tǒng)計(jì)

調(diào)查表明：河北省C 鄉(xiāng)屋面材料采用磚石較多，木屋架+瓦和現(xiàn)澆鋼筋砼是貴州省A 縣和陜西省B縣最常用的兩種屋面材料，廣西省D 縣常用的兩種屋面材料是現(xiàn)澆鋼筋砼和預(yù)制板，4 地的屋面大多沒(méi)有保溫。粘土磚是調(diào)研的4 個(gè)地區(qū)常用的外墻材料，且外墻大多沒(méi)有保溫。內(nèi)墻也大多采用粘土磚，河北省C鄉(xiāng)還較多采用了石材作為內(nèi)外墻材料。鋁合金和木框是常用的窗框材料。窗戶玻璃大多為單層白玻璃。木門(mén)、鋁合金門(mén)、鐵門(mén)是常見(jiàn)的外門(mén)形式。這些常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在不采用保溫措施情況下，熱工性能較差。

3.2 供暖現(xiàn)狀

廣西省D 縣為夏熱冬暖地區(qū)，可以不考慮冬季保暖。而貴州省A 縣，陜西省B 縣和河北省C 鄉(xiāng)均采用多種方式組合供暖。圖3 給出了貴州省A 縣、陜西省B 縣、河北省C 鄉(xiāng)的供暖方式分布頻率。由圖3 可見(jiàn)，火爐、火炕在農(nóng)村冬季采暖依舊有著重要地位,散熱器在河北省C 鄉(xiāng)使用較多。這也表明上述地區(qū)農(nóng)村住宅冬季采暖所用燃料還是以煤炭、秸稈、鋸末、牛羊糞、果樹(shù)枝等為主。直接利用這些未經(jīng)加工的天然燃料，燃料的利用效率低造成很多能量損失，有必要開(kāi)發(fā)和采用更加高效環(huán)保的利用方式。

圖3 供暖方式（可多選）分布頻率圖

圖4 顯示了貴州省A 縣、陜西省B 縣、河北省C鄉(xiāng)冬季的熱感覺(jué)投票分布。由圖4 可以看出，貴州省A縣居民冬季室內(nèi)熱感覺(jué)投票為適中，微暖，微涼的樣本分別占為56.9%，12.3%，4.6%，共占總樣本數(shù)的73.8%，即熱接受率為73.8%?？梢?jiàn)，大多數(shù)居民可以接受所處的熱環(huán)境。陜西省B 縣居民冬季室內(nèi)熱感覺(jué)投票為適中，微涼的樣本分別占為44.3%，11.3%，共占總樣本數(shù)的55.6%，即熱接受率為55.6%?？梢?jiàn)，超過(guò)半數(shù)的居民可以接受所處的熱環(huán)境。河北省C 鄉(xiāng)居民冬季室內(nèi)熱感覺(jué)投票為適中，微涼，微暖的樣本分別占為32.5%，18.2%，10.4%，共占總樣本數(shù)的61.1%，即熱接受率為61.1%?？梢?jiàn)，超過(guò)半數(shù)的居民可以接受所處的熱環(huán)境。由以上結(jié)果可得，貴州省A 縣居民冬季室內(nèi)熱接受率最高，其它兩地還有改進(jìn)的空間。

圖4 冬季室內(nèi)熱感覺(jué)投票分布頻率圖

3.3 納涼現(xiàn)狀

貴州省A 縣，陜西省B 縣，河北省C 鄉(xiāng)和廣西省D 縣均采用多種方式組合納涼。圖5 給出了貴州省A縣、陜西省B 縣、河北省C 鄉(xiāng)的供暖方式分布頻率。由圖5 可見(jiàn)，空調(diào)、電扇、自然通風(fēng)在農(nóng)村夏季納涼方面應(yīng)用較多。電扇比空調(diào)更受歡迎，很大程度上是由于電費(fèi)問(wèn)題，另外，老年人感覺(jué)電扇使用起來(lái)更舒服,更偏愛(ài)電扇與自然通風(fēng)降溫的方式。

圖5 納涼方式（可多選）分布頻率圖

圖6 顯示了貴州省A 縣、陜西省B 縣、河北省C鄉(xiāng)和廣西省D 縣夏季室內(nèi)的熱感覺(jué)投票分布。由圖6可以看出，貴州省A 縣居民夏季熱感覺(jué)投票為適中，微暖，微涼的樣本分別占為69.23%，6.15%，10.77%，共占總樣本數(shù)的86.15%，即熱接受率為86.15%。可見(jiàn)，大多數(shù)居民可以接受所處的熱環(huán)境。陜西省B 縣居民夏季熱感覺(jué)投票為適中，微暖，微涼的樣本分別占為64%，1%，5%，共占總樣本數(shù)的70%，即熱接受率為70%?？梢?jiàn)，大多數(shù)居民可以接受所處的熱環(huán)境。河北省C 鄉(xiāng)夏季熱感覺(jué)投票為適中，微暖，微涼的樣本分別占為62.3%，7.8%，7.8%，共占總樣本數(shù)的77.9%，即熱接受率為77.9%?？梢?jiàn)，大多數(shù)居民可以接受所處的熱環(huán)境。廣西省D 縣居民夏季熱感覺(jué)投票為適中，微暖的樣本分別占為42.3%和5.8%，共占總樣本數(shù)的48.1%，即熱接受率為48.1%。可見(jiàn)，將近一半的居民可以接受所處的熱環(huán)境。由以上結(jié)果可得，貴州省A 縣、陜西省B 縣、河北省C 鄉(xiāng)居民對(duì)夏季室內(nèi)熱環(huán)境滿意度較高，廣西省D 縣還有改進(jìn)的空間。

圖6 夏季室內(nèi)熱感覺(jué)投票分布頻率圖

4 熱環(huán)境現(xiàn)狀分析和改進(jìn)措施

對(duì)既有研究梳理表明，寒冷地區(qū)室內(nèi)較舒適溫度為13～16 ℃時(shí)[6]，說(shuō)明農(nóng)民對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境的需求和熱舒適的感受與城鎮(zhèn)居民不一樣[7]，這是因?yàn)槎叩纳罘绞胶土?xí)慣存在很大的差異，首先農(nóng)民已經(jīng)適應(yīng)了寒冷的氣候。其次，由于農(nóng)民經(jīng)常出入室內(nèi)外，不太習(xí)慣頻繁換衣服。室溫過(guò)高會(huì)造成感覺(jué)不適[8]。在夏季，農(nóng)民的熱舒適需求也與城鎮(zhèn)居民有差異，九成的農(nóng)民可接受溫度上限比城鎮(zhèn)居民要高1.6 ℃[9]，且相同操作溫度下的熱感覺(jué)投票值，城鎮(zhèn)居民更高[10]，可見(jiàn)農(nóng)民的熱適應(yīng)能力比城鎮(zhèn)居民要強(qiáng)，原因是在非空調(diào)環(huán)境下長(zhǎng)期生活的人熱適應(yīng)能力更強(qiáng)[11]。

但是通過(guò)實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)調(diào)研可知，目前農(nóng)村的熱環(huán)境并不理想。寒冷地區(qū)農(nóng)村實(shí)測(cè)表明，冬季室內(nèi)溫度全天只有0-7.5 ℃[12]。華北及華東地區(qū)農(nóng)村室內(nèi)平均溫度只有10 ℃上下，離室內(nèi)舒適溫度還有距離[13，14]。對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的研究表明，室內(nèi)熱環(huán)境也未達(dá)到舒適要求[7，15，16]，冬季夏熱冬冷地區(qū)農(nóng)村居住建筑的室內(nèi)平均溫度要盡量達(dá)到8 ℃以上[17]。而夏熱冬暖地區(qū)的農(nóng)村住宅在建筑隔熱方面還亟待提高[18]。

被調(diào)研的農(nóng)村居民均認(rèn)為采光通風(fēng)，保溫隔熱和防水防潮三方面是最急需改造的，具有很大的改造潛力，具體改造措施見(jiàn)圖7。

圖7 農(nóng)村住宅舒適度圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造措施框架圖

除了圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造外，供暖納涼方式優(yōu)化也有助于提高舒適度。模擬仿真結(jié)果表明，在寒冷地區(qū)宜優(yōu)先在外墻與屋面增加保溫措施[14，19]。夏熱冬冷地區(qū)在冬季夜間門(mén)窗關(guān)閉的情況下，增加外墻保溫十分有利于減少向室外的傳熱[15]。夏熱冬暖地區(qū)采用屋頂綠化之后隔熱性能有明顯提高，實(shí)測(cè)表明室溫降低達(dá)3 ℃左右[20]。

火炕、火爐這些供暖方式有其合理性，火炕周?chē)椛錅囟容^高,故在火炕附近活動(dòng)的人感覺(jué)還是舒適的[8]，而且像貴州等地冬天十分陰冷潮濕，相對(duì)濕度達(dá)60%～90%，火爐可以降低室內(nèi)濕度。傳統(tǒng)的火炕的缺點(diǎn)是綜合熱效率低，采用吊炕，使用同等重量的生物質(zhì)燃料，可比傳統(tǒng)火炕可以多放出更多熱量。夏季則可以利用自然通風(fēng)、沖涼、吃冷飲等土辦法納涼，雖然簡(jiǎn)單卻十分有效。

當(dāng)前，國(guó)家大力推進(jìn)清潔供暖工作，應(yīng)在對(duì)農(nóng)房保溫改造方面加大補(bǔ)貼力度，而不僅是增加安裝供暖設(shè)備的補(bǔ)貼。此外，要注重引入市場(chǎng)機(jī)制從而支持農(nóng)村能源市場(chǎng)的發(fā)展。在政府的支持下一些農(nóng)村能源項(xiàng)目可持續(xù)性有待提高[21]。

5 結(jié)論

1）不同氣候區(qū)下的農(nóng)村住宅在建筑形式和圍護(hù)結(jié)構(gòu)上有差異，但是普遍存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差，基本沒(méi)有保溫隔熱措施的問(wèn)題。

2）供暖形式上，火爐、火炕、散熱器等在農(nóng)村冬季采暖依舊有著重要地位。空調(diào)、電扇、自然通風(fēng)在農(nóng)村夏季納涼方面應(yīng)用較多。由于電費(fèi)問(wèn)題，電扇比空調(diào)使用得多。

3）實(shí)地調(diào)研得到的冬季和夏季的熱感覺(jué)投票結(jié)果表明，多數(shù)居民可以接受所處的熱環(huán)境，但還有不小的改進(jìn)空間，可通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造和供暖納涼方式優(yōu)化來(lái)提高舒適度，國(guó)家應(yīng)在對(duì)農(nóng)房保溫改造方面加大補(bǔ)貼力度并注重引入市場(chǎng)機(jī)制以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性。