北方農(nóng)村建筑節(jié)能改造措施研究

張立華， 魏麗麗， 王英杰， 王春林， 趙勝男

（赤峰學(xué)院 資源環(huán)境與建筑工程學(xué)院， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的急速發(fā)展，農(nóng)村整體生活水平持續(xù)提高，村民對自己的生活條件也設(shè)定了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)。為了實現(xiàn)整體提高村民生活質(zhì)量的目標(biāo)， 我們應(yīng)該著眼于改善農(nóng)民實際居住環(huán)境，科學(xué)合理地規(guī)劃農(nóng)村建筑規(guī)劃體系，提高農(nóng)村地區(qū)的建筑節(jié)能改造技術(shù)，推行建筑節(jié)能也是我國實現(xiàn)“節(jié)能減排” 戰(zhàn)略的重要部分。 我國農(nóng)村人口基數(shù)大，由于文化差異大，節(jié)能意識比較薄弱。 基于此，探索適合北方諸多農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造的推廣模式，進一步加快北方農(nóng)村節(jié)能建筑發(fā)展的步伐已經(jīng)迫在眉睫[1]。

1 現(xiàn)階段北方農(nóng)村建筑的主要特征

1.1 建筑物結(jié)構(gòu)特征

北方地區(qū)大多數(shù)農(nóng)村住宅基本上是由農(nóng)民個人出資，由工匠獨立設(shè)計和建造而成的且建筑形式一般與當(dāng)?shù)貧夂?、地方?xí)俗等條件有關(guān)。 由于近兩年北方地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟的急速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)建筑的整體建設(shè)正處于高峰期，同一階段的設(shè)計理念也大同小異。目前，北方地區(qū)農(nóng)村建筑形式比較單一，多為南北走向，多布置在單戶單院落內(nèi)，分布不集中。從建筑特征來說，北方地區(qū)建筑主要與施工技術(shù)以及施工材料有關(guān)。 北方農(nóng)村主要能源利用以薪材、秸稈以及煤炭為主， 致使北方農(nóng)村建筑高耗能，環(huán)境也受到嚴(yán)重污染。

1.2 建筑物的規(guī)劃布局

北方地區(qū)大部分農(nóng)村冬冷夏熱。 因此，在建筑規(guī)劃設(shè)計以及選址過程中，應(yīng)充分發(fā)揮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件及地理位置的優(yōu)勢， 通過室內(nèi)外環(huán)境特點，科學(xué)建立環(huán)境因素與建筑的關(guān)系。建筑平面設(shè)計應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)卮迕竦娜粘Ｉ盍?xí)慣，合理規(guī)劃各個地塊的功能分區(qū)[2]。

（1）按照農(nóng)村地區(qū)村民的實際生活習(xí)慣，合理劃分建筑的日常居住空間以及農(nóng)副產(chǎn)品空間。 例如，日常居住空間的臥室或者客廳應(yīng)規(guī)劃在陽光充足的南向，遵循“坐北朝南”的原則；而農(nóng)副產(chǎn)品加工廠應(yīng)規(guī)劃在陰涼通風(fēng)的北向，便于食物或者農(nóng)副產(chǎn)品的儲藏[3]。

（2）在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)利用兩戶或多戶平行的設(shè)計形式，降低建筑實際占地面積，這有助于大幅度減少農(nóng)村地區(qū)的建筑能耗。

（3）建筑的實際選址應(yīng)盡可能避開山谷及溝底等極其惡劣的空曠區(qū)域居住環(huán)境條件，因為冬季氣流可能會對部分建筑造成一系列的“霜洞”隱患，這將增加建筑的整體能耗。

（4）建筑規(guī)劃階段應(yīng)高度重視環(huán)境保護。 綠化措施可以較好的改善建筑群的整體氣候條件，調(diào)節(jié)室外溫度，減輕溫室效應(yīng)，遮陽隔熱，減少噪音，是改善室內(nèi)環(huán)境、大幅度降低建筑實際能耗的有效舉措。

2 北方農(nóng)村建筑節(jié)能發(fā)展面臨的現(xiàn)狀

2.1 北方農(nóng)村建筑能源利用現(xiàn)狀

大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)建筑主要為雙戶、單戶以及多戶平行建筑。 一直以來，大部分農(nóng)村建筑都是個人設(shè)計的，農(nóng)民可以隨意建造。 農(nóng)村建筑缺乏規(guī)劃設(shè)計， 導(dǎo)致建筑功能整體劃分不科學(xué)且嚴(yán)重浪費土地。在住宅建設(shè)過程中，因為技術(shù)改造、建設(shè)條件和經(jīng)濟條件的限制，農(nóng)民在建房時選擇了一些不合格的施工材料，建筑內(nèi)部圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計仍采用傳統(tǒng)的手段，造成建筑整體能耗高，阻礙建筑節(jié)能改造的發(fā)展。

（1）缺乏節(jié)能意識。近年來，我國大力推行節(jié)能減排，改善農(nóng)村內(nèi)部整體環(huán)境，但部分村民的節(jié)能環(huán)保意識仍然認(rèn)識不足，生產(chǎn)生活節(jié)能的主動性也不是特別積極。 另外，部分農(nóng)村建筑整體節(jié)能改造技術(shù)欠缺，建筑墻體有關(guān)保溫圍護結(jié)構(gòu)以及屋面保溫的設(shè)計較簡單，窗戶和墻體的實際比例一般設(shè)計得比較大且大多采用價格低廉的門窗，使得農(nóng)村房屋的保溫性能不好且能耗比較高[3]。（2）缺乏合理的管理方法。北方地區(qū)建筑整體節(jié)能技術(shù)缺乏合理的建筑能耗管理體系，全國和部分偏遠(yuǎn)地區(qū)之間沒有完善科學(xué)的建筑能耗統(tǒng)計的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。在現(xiàn)場施工過程中， 缺乏衡量實際能量損失的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實施手段不科學(xué)合理， 導(dǎo)致最終計算結(jié)果不精準(zhǔn)。（3）能源循環(huán)效率低。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)合理，建筑節(jié)能整體效果不高，能源實際綜合利用率低。 根據(jù)相關(guān)報告表明，在供暖期間，農(nóng)村大多數(shù)家庭平均每年在采暖階段需要使用3-5 噸煤炭，其中包括300 千瓦時電力以及2-3 罐液化氣。 每年用于能源消耗所支出的費用大約3-5 千元，而且隨著能源實際價格的持續(xù)上漲，還會進一步提升。

2.2 北方農(nóng)村建筑節(jié)能改造面臨的問題

隨著我國國內(nèi)市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的持續(xù)增長， 土地資源日益緊張且環(huán)境污染日益嚴(yán)峻。我國建筑節(jié)能改造相關(guān)研究始于20 世70年代末，工作過程中仍會出現(xiàn)一些弊端。

（1）缺乏資金的大力支持。 我國針對北方建筑節(jié)能改造技術(shù)的開發(fā)、研討以及創(chuàng)新等方面的支持率并不樂觀。 所有地區(qū)各級城鄉(xiāng)建設(shè)行政主管部門，要加強落實國家推進農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造技術(shù)優(yōu)惠政策的力度。在農(nóng)村地區(qū)房屋建筑工程規(guī)劃和保障性住房建設(shè)項目中，尤其是震害設(shè)防區(qū)內(nèi)列入節(jié)能改造以及綠色環(huán)保的內(nèi)容。在建筑節(jié)能領(lǐng)域出臺一套制度方法，把農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造與當(dāng)?shù)刎斦煦^且列入當(dāng)?shù)刎斦ぷ骺荚u范疇。當(dāng)?shù)卣ㄟ^稅收優(yōu)惠或科研立項等手段支持農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造工作示范建設(shè)。

（2）施工環(huán)保管理不足。 在農(nóng)村建筑施工或者室內(nèi)裝飾過程中，管理制度仍需完善。目前，我國裝修市場一片混沌。 在裝修過程中由于工作量大、工作周期長的原因，部分裝飾企業(yè)為降低時間成本和人工成本，不能把環(huán)保的設(shè)計理念運用于農(nóng)村地區(qū)建筑施工中，嚴(yán)重影響了農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造的長遠(yuǎn)發(fā)展。

（3）對節(jié)能材料研究不足。 在農(nóng)村地區(qū)建筑施工過程中，會產(chǎn)生巨大的能耗，而有些辦法可大大減少能耗的損失。 如在裝修設(shè)計過程中，選用能耗低廉的家具和設(shè)施，以最大限度降低運行系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的能源消耗。中國北方大部分農(nóng)村地區(qū)冬冷夏熱，在建筑規(guī)劃和選址時，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和地理優(yōu)勢，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c，合理安排建筑與周圍環(huán)境因素的關(guān)系。建筑平面布置應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活習(xí)慣，合理安排建筑功能分區(qū)。因此，對節(jié)能材料研發(fā)的關(guān)注程度亟待提高。在建筑領(lǐng)域，投入的研究資金和培養(yǎng)的相關(guān)專業(yè)人才較少，所以科學(xué)研究嚴(yán)重缺少先進技術(shù)指導(dǎo)，且很多材料達(dá)不到有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 另外，由于不同地區(qū)周邊環(huán)境差別很大，在研究材料開發(fā)過程中也必須充分考慮這一特點。

（4）節(jié)能改造理念不成熟。 許多新建筑對節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不重視，實施不徹底。目前，我國的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要是從建筑熱工性能方面來規(guī)定的，與實際情況存在一定的差異。我國北方地區(qū)的建筑設(shè)計節(jié)能改造理念發(fā)展較晚且不完善。思想是行為的指導(dǎo)， 村民沒有完全認(rèn)識節(jié)能改造設(shè)計的重要性，因此村民沒有意識把節(jié)能改造工作同自然生態(tài)環(huán)境結(jié)合起來，更不必談將其運用到農(nóng)村建筑中[4]。農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能改造工作自身就存在著復(fù)雜性，對相關(guān)技術(shù)要求也較高，采用綠色理念以及節(jié)能改造的農(nóng)村地區(qū)建筑設(shè)計費時久且難度大。

3 北方農(nóng)村建筑節(jié)能改造的有效舉措

3.1 提高建筑形式的節(jié)能技術(shù)

對于農(nóng)村建筑，在相同的建筑面積以及實體體量下， 建筑整體形狀越接近正方體等規(guī)則的輪廓，土地利用率越高，對建筑節(jié)能改造也越有利。 考慮到北方農(nóng)村的整體建筑風(fēng)格以及農(nóng)民的生活習(xí)性，顯然將農(nóng)村房屋的外形建成“方形”是不合適的[4]。應(yīng)盡量避免因建筑物不平整而導(dǎo)致的外部面積增加，以實現(xiàn)建筑節(jié)能改造為目的。因此，整體提高建筑內(nèi)部圍護結(jié)構(gòu)的實際隔熱保溫能力，降低建筑內(nèi)部圍護結(jié)構(gòu)建筑熱能的大量損失，從而大幅度提高建筑熱能的實際利用率。

（1）墻體的節(jié)能改造。近兩年，對我國建筑外墻實施節(jié)能改造的手段主要有四種：內(nèi)墻以及外墻保溫、夾芯復(fù)合墻體保溫以及單一材料墻體保溫。 一般來說，采用內(nèi)保溫存在一定的弊端，如室內(nèi)潮氣容易滲透到保溫材料內(nèi)部形成結(jié)露現(xiàn)象，建筑外墻保溫是最高效、 最直接且保溫效果最好的保溫手段。 外墻保溫能夠很好的消除熱橋的影響，相對于內(nèi)保溫而言不占用建筑內(nèi)部使用空間。 因此，外墻保溫針對墻體實施節(jié)能改造的措施已成為我國使用率最高的節(jié)能改造技術(shù)之一。

（2）門窗的節(jié)能改造。 門窗是連接室外以及室內(nèi)的重要渠道，也是建筑物主要構(gòu)成部分之一。 門窗設(shè)計是否合理直接影響建筑的內(nèi)采光、溫度以及通風(fēng)的實際效果。建筑門窗不僅可以隔離室外的實際熱量，又可以強化室內(nèi)外溫度的平衡條件。所以，加強門窗的實際隔熱保溫性能，是大幅度提升室內(nèi)居住環(huán)境的核心。在滿足舒適、安全、經(jīng)濟等情況下嚴(yán)格控制窗墻面積比， 減少冷風(fēng)滲透提高保溫性能。 北方農(nóng)村地區(qū)建議普遍推廣塑鋼門窗，其傳熱性小保溫性好，又達(dá)到美觀的效果。

（3）屋面的節(jié)能改造。 北方農(nóng)村地區(qū)屋頂?shù)男问街饕衅挛蓓敽推轿蓓攦煞N，屋頂?shù)纳崃恳膊蝗莺鲆?，為了增強農(nóng)村地區(qū)建筑屋面的整體保溫效果，可采用如下處理方式：建筑屋面采用導(dǎo)熱系數(shù)低、密度低以及吸水性極好的建筑保溫材料，屋面上設(shè)有多個排氣孔；采用巖棉板或者聚苯乙烯板替代傳統(tǒng)的水泥珍珠或者瀝青珍珠作為保溫材料，鋪裝在建筑屋面上加以保溫；建筑屋頂?shù)姆浪畬由峡稍O(shè)置加厚保溫層，所用的保溫材料應(yīng)具有優(yōu)質(zhì)的防水以及耐候性，避免白天陽光直射在建筑屋頂防水層上，防止建筑防水層因過高的溫度以及溫差出現(xiàn)開裂的情況，一方面延長了建筑屋頂防水層的使用周期，另一方面也徹底解決了建筑屋頂內(nèi)部的實際吸濕問題[3]。

3.2 進行節(jié)能改造優(yōu)化設(shè)計

在北方地區(qū)農(nóng)村建筑設(shè)計過程中，需綜合考慮節(jié)約與環(huán)保設(shè)計的要求，努力提高農(nóng)村地區(qū)建筑建設(shè)及其生產(chǎn)活動的生產(chǎn)效益。如在設(shè)計農(nóng)村建筑屋頂時，利用淺顏色設(shè)計元素，以提高對太陽輻射的反射效應(yīng)，并科學(xué)地優(yōu)化能源使用效果。 如在嚴(yán)寒的氣候環(huán)境下，提高對室內(nèi)終端環(huán)境的利用，從而降低能耗。 借助吊扇可以加強空氣熱耗，改善氣流效率，改善使用人員的工作舒適性，從而降低中央空調(diào)的價格成本。 進入現(xiàn)代發(fā)展時代，農(nóng)村地區(qū)建筑在施工過程中積極把控當(dāng)前發(fā)展形勢，推進工程與節(jié)能改造理念的和諧共存[4]。

3.3 大力研發(fā)節(jié)能材料

首先，人們要越來越關(guān)注新材料的研究，增加投資并積極引入國外的先進技術(shù)。 其次，要重視環(huán)境選材。 國家積極推進綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展，支持以粉煤灰、冶金礦渣等廢棄物為主要原料的綠色建材產(chǎn)品開發(fā)。人們必須把相關(guān)績效當(dāng)成一項很關(guān)鍵的考察因素， 充分考慮其選用與搭配材料的合理性，并盡量使用天然建筑材料以提供一種相對簡單的室內(nèi)環(huán)境。 然后，考慮農(nóng)村地區(qū)部分區(qū)域的建筑差異，不斷總結(jié)選材的成功經(jīng)驗。同時，也要注重開發(fā)天然能量，減少資源浪費與污染。強調(diào)以人為本，從人的實際需要入手，以市場為導(dǎo)向，認(rèn)真研究新型的節(jié)能建筑材料，重新審視市場實際需要[5]。

3.4 開發(fā)與利用可再生能源

（1）太陽能。北方農(nóng)村地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源，優(yōu)先選擇太陽能、沼氣、秸稈等，改良火炕、吊坑等利用生物燃料的采暖措施，進一步利用太陽能。 如被動式太陽能房屋是為了大幅度提高太陽能的實際價值，在很大程度上，通過設(shè)計房屋朝向以及合理利用周圍的環(huán)境著手，如房屋開間的設(shè)定不超6m，凈高不超3m，既有效節(jié)約材料又滿足基本需求，起到節(jié)能環(huán)保的作用。巧妙地設(shè)計房屋內(nèi)部和外部形狀并選擇合適的建筑材料，盡量選擇簡單、規(guī)整的建筑體型。 太陽能可以收集、存儲以解決冬天室內(nèi)供暖問題。

（2）水電。在節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用中，節(jié)水節(jié)電技術(shù)也是非常重要的一部分，水電是建筑施工過程中必不可少的資源。 如今，建筑工程行業(yè)和施工技術(shù)不斷發(fā)展，很多新型的電力設(shè)施設(shè)備不斷開發(fā)和應(yīng)用， 這對于電力資源供給也是一個不小的壓力，新型的電力施工設(shè)備往往具有更高效率，同時也有了更大的電力資源消耗力， 電能消耗水平不斷提升。 因此，只有對農(nóng)村地區(qū)建筑施中電力設(shè)備的用電進行優(yōu)化和管理，減少不必要的資源浪費，才能更好地踐行綠色施工的理念。強化農(nóng)村地區(qū)建筑用電管理工作，結(jié)合建筑施工的實際需求，制定合理的用電標(biāo)準(zhǔn)制度，及時關(guān)閉設(shè)備電源；在合理節(jié)約用電的前提下，投入更多節(jié)電的節(jié)能型設(shè)備，并按條例規(guī)章做好日常管理和維護[3]。 關(guān)于節(jié)水節(jié)能技術(shù)， 一般農(nóng)村地區(qū)建筑施工的實際用水量較大，特別是混凝土施工或者養(yǎng)護環(huán)節(jié)，主要來源都是當(dāng)?shù)氐氖姓芫W(wǎng)， 并沒有合理利用雨水等天然降水，且村民節(jié)能意識比較薄弱。 基于此，施工方案在設(shè)計之初就應(yīng)合理制定用水制度和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行施工計劃。 重視循環(huán)用水，科學(xué)利用循環(huán)水資源。 其次，加強村民的節(jié)約意識也是非常重要的。 比如，村長組織相關(guān)人員開展節(jié)水培訓(xùn)和講座，養(yǎng)成用電用水后第一時間關(guān)閉開關(guān)和閥門的好習(xí)慣，用制度去約束村民，并且在日常工作操作中有明確且詳細(xì)的制度去獎懲，以達(dá)到很好的建筑節(jié)能改造效果，從而提高農(nóng)村整體效益[5]。

（3）廢棄物。 農(nóng)村地區(qū)建筑施工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物也分為可回收材料和金屬材料，不可隨意丟棄和處理，應(yīng)科學(xué)合理地分類。 例如可回收材料、混凝土的剩余料渣和一些建材修剪過后的剩余材料等，都可作為后續(xù)施工材料。如果是金屬料渣，可將其單獨收集，專門集中處理。 廢棄固體污染物科學(xué)合理地物盡其用，可節(jié)約更多資源，促進資源的可持續(xù)發(fā)展，踐行資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的理念。

4 結(jié)論

當(dāng)建筑物溫度達(dá)到100℃時，鋼的拉伸性能會逐漸減弱；如果溫度繼續(xù)升高至250℃時，鋼的強度和韌性也會減弱；當(dāng)溫度上升至500 度℃，鋼材的性能則會完全喪失，可能導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)倒塌。 因此，農(nóng)村建筑設(shè)計首先應(yīng)該考慮建筑材料耐熱性。

近年來，地震事故頻發(fā)，農(nóng)村地區(qū)住宅建筑缺乏規(guī)范，難以滿足施工需要，造成住宅建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象。在對農(nóng)村地區(qū)的住宅建筑結(jié)構(gòu)進行性能分析時，根據(jù)其實際需求，完成結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計選型，提高節(jié)點設(shè)計的有效性， 保證建筑材料的性能，提高農(nóng)村地區(qū)住宅建筑的整體穩(wěn)定性，從而保證建筑抗震性能的標(biāo)準(zhǔn)化。

建筑材料有很多種，但為了更好地實行節(jié)能改造設(shè)計理念，必須從特殊環(huán)保材料入手，減少環(huán)境污染。 在農(nóng)村地區(qū)的住宅建筑設(shè)計與規(guī)劃中，應(yīng)科學(xué)合理地進行建筑材料的選擇，以提高設(shè)計優(yōu)化的效果。材料的特性差異將直接影響集成式居住建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性、穩(wěn)定性和安全系數(shù)。所以，在建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化工程設(shè)計中，要根據(jù)不同設(shè)計條件進行建材的選擇，以提高對建筑物的適應(yīng)性。