夏熱冬冷地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

柳紅明 張帥偉

吉林建筑大學(xué)，研究生學(xué)院（130118）

1 夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)概述

根據(jù)我國(guó)建筑氣候區(qū)劃，“夏熱冬冷”是我國(guó)長(zhǎng)江流域及其周邊區(qū)域的典型氣候環(huán)境特征，夏熱冬冷地區(qū)涉及到16個(gè)省、自治區(qū)、直轄市（如圖1所示），主要指江浙、湖南、湖北、河南、四川、安徽等部分區(qū)域。該地區(qū)面積約180萬(wàn)km2，一年中最熱的一個(gè)月平均氣溫為25～30℃，其中有15～25d是溫度高于35℃的酷熱天氣，最高氣溫可達(dá)41℃；另外一年中最冷一個(gè)月平均氣溫為0～10℃，其中溫度低于5℃的天數(shù)有2-2.5個(gè)月，最低氣溫可至-18℃。加之該區(qū)域內(nèi)水系豐富和年降雨量大等綜合原因，使該地區(qū)形成了夏天悶熱、冬季濕冷的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)[1-2]。

圖1 中國(guó)建筑氣候區(qū)劃圖

2 夏熱冬冷地區(qū)農(nóng)村住宅熱環(huán)境現(xiàn)狀

“冬暖夏涼”的家居環(huán)境的理想是人們一直所追求的，隨著人們生活水平的普遍提高，加之近年來(lái)氣候反常及環(huán)境問(wèn)題頻發(fā)，我國(guó)的采暖需求線(xiàn)也隨之南移，在夏熱冬冷地區(qū)的農(nóng)村住宅建筑中，由于地理位置差異、住宅建造工藝不同和生活群體對(duì)夏季降溫和冬季取暖需求的提高和保溫隔熱方面的不重視，導(dǎo)致節(jié)能措施的應(yīng)用與農(nóng)宅的實(shí)際情況脫節(jié)，熱工性普遍較差。

一方面，由于地區(qū)的農(nóng)村住宅建筑普遍是無(wú)規(guī)劃、無(wú)建筑設(shè)計(jì)的自發(fā)建設(shè)（如圖2所示），導(dǎo)致農(nóng)宅在使用中存在功能不合理、通風(fēng)采光不好、建筑空間浪費(fèi)（如層高達(dá)到4m）和房屋質(zhì)量存在隱患等狀況。如外墻普遍為實(shí)心黏土磚與水泥砂漿粉刷或部分粘貼磁磚習(xí)慣做法，導(dǎo)致房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差。屋面一般是現(xiàn)澆混凝土，很少有保溫層或通風(fēng)間層，造成居住舒適性差。建筑技術(shù)的落后與質(zhì)量意識(shí)淡薄，使得農(nóng)村住宅建筑的外部結(jié)構(gòu)普遍缺少一個(gè)良好的冬季保溫、夏季隔熱措施。

圖2 嘉興地區(qū)農(nóng)村住宅現(xiàn)狀

另一方面，由于人們?cè)谵r(nóng)村對(duì)有關(guān)節(jié)能宣傳、教育和培訓(xùn)的關(guān)注不多，大多數(shù)農(nóng)村居民對(duì)建筑節(jié)能沒(méi)有概念，認(rèn)識(shí)程度不夠。目前我國(guó)大部分地區(qū)農(nóng)村生活用能仍以生物能源為主，取暖、做飯依靠柴草和農(nóng)作物秸稈，熱效率低，耗能量大。加之居民對(duì)夏季降溫設(shè)施和其他冬季取暖設(shè)備的自行安裝，在居住環(huán)境上不僅沒(méi)有得到真正的改善，還因此增加了生活群體的額外支出，更導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。更甚是在近年，全國(guó)各個(gè)地區(qū)出現(xiàn)了煤荒和電荒現(xiàn)象。因此夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能政策的強(qiáng)制執(zhí)行是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的必然選擇，是發(fā)展節(jié)約型社會(huì)的重要途徑，更是改善人們居環(huán)境質(zhì)量的必由之路[3]。

3 農(nóng)宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

農(nóng)宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)要從整體規(guī)劃設(shè)計(jì)及單體設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手。在整體規(guī)劃布局中，要強(qiáng)調(diào)建筑與環(huán)境的關(guān)系，解決住宅與地形、地貌、植被、水土、風(fēng)向、日照、氣候等關(guān)系。在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，要結(jié)合當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射量、大氣環(huán)流、地貌特征等因素的影響，建筑布局因地制宜，通過(guò)設(shè)計(jì)手段來(lái)形成建筑群體布局內(nèi)微氣候環(huán)境，主要體現(xiàn)在建筑朝向、體型、間距、選址、布局、太陽(yáng)輻射、道路布局、外部空間環(huán)境、冬季主導(dǎo)風(fēng)向等方面。

單體設(shè)計(jì)時(shí)從設(shè)計(jì)本身出發(fā)，著重于改變傳統(tǒng)不符合建筑節(jié)能、節(jié)地的建房習(xí)慣，如房屋越建越大及層高越來(lái)越高等。設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑平面布局、體型體量和墻面積比的設(shè)計(jì)，不僅要適應(yīng)農(nóng)村的生產(chǎn)方式和農(nóng)民的生活習(xí)慣，還要遵循“節(jié)地、節(jié)能”的原則，滿(mǎn)足緊湊、合理、適用、衛(wèi)生、安全的要求。另一方面是運(yùn)用現(xiàn)代建筑技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代演繹，建筑風(fēng)格應(yīng)結(jié)合傳統(tǒng)和地域，創(chuàng)造既具有傳統(tǒng)功能，又能適應(yīng)現(xiàn)代生活和生產(chǎn)方式的新農(nóng)村住宅（如圖3所示）。

圖3 浙江富陽(yáng)農(nóng)村住宅改造設(shè)計(jì)

3.1 農(nóng)宅建筑群體布局設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑群進(jìn)行布局時(shí)要參考當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境情況，做出科學(xué)合理的規(guī)劃方案。對(duì)整體進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要將室外的氣候特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化的記錄，然后模擬出動(dòng)態(tài)的氣候模型。這樣就可以根據(jù)不同的室外氣候變化，來(lái)設(shè)計(jì)不同的方案，對(duì)建材的選擇、對(duì)門(mén)窗的設(shè)計(jì)、主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都可以有所幫助。而且，對(duì)室外氣候條件的記錄越精細(xì)，其動(dòng)態(tài)描述也會(huì)更加貼近實(shí)際，可以大大降低建筑不必要的能耗[4-5]。

同時(shí)，合理的規(guī)劃布局會(huì)使建筑物之間形成微氣候。如在河南鄧州白東村建設(shè)規(guī)劃中，將周邊環(huán)境資源整合到建筑群體布局設(shè)計(jì)中去，在保留原河道自然線(xiàn)形的基礎(chǔ)上，配以親水平臺(tái)、疊石、連廊、綠化景觀(guān)和小游園，通過(guò)運(yùn)用蜿蜒的曲線(xiàn)，與農(nóng)宅聯(lián)系在一起，不僅形成層次多元水系景觀(guān)，還改善建筑群之間的微氣候影響，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。統(tǒng)一朝向的建筑群在布局上更顯得整齊有序，增大了受光面積，建筑之間的通風(fēng)更流暢。建造住宅時(shí)，采用前后交錯(cuò)的排列方式不但節(jié)約了土地，增大了光照面積，也增加了住宅的室外活動(dòng)空間。

3.2 農(nóng)宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱設(shè)計(jì)

農(nóng)宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行充分考慮，滿(mǎn)足整體節(jié)能降耗的設(shè)計(jì)需求。建筑建的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其保溫隔熱的技術(shù)體系主要由外墻、屋面、地面以及門(mén)窗的組成。對(duì)于建筑的保溫材料建議應(yīng)較多的采用EPS(聚苯板)、XPS(擠塑u苯板)及巖棉。

在進(jìn)行保溫體系選擇的時(shí)候，一般有外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫兩種保溫方法。由于受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和施工工藝等因素的影響，可以選擇投資成本較低及施工工藝較為簡(jiǎn)單的外墻內(nèi)保溫體系。而相對(duì)于外墻內(nèi)保溫，外墻外保溫體系整體效果更佳（如圖4所示），隨著經(jīng)濟(jì)效益和施工技術(shù)水平的發(fā)展，這種保溫形式被越來(lái)越廣泛地接受并應(yīng)用。

圖4 建筑結(jié)構(gòu)外墻內(nèi)保溫做法

3.3 自然采光通風(fēng)的應(yīng)用

節(jié)能建筑設(shè)計(jì)中，利用自然進(jìn)行通風(fēng)和采光是必不可少的。根據(jù)各個(gè)房間熱環(huán)境的需求量進(jìn)行居住空間的設(shè)計(jì)，如住宅中臥室是主要居住空間，即將其作為第一活動(dòng)空間，從采光得熱和太陽(yáng)輻射的角度上來(lái)看，應(yīng)該對(duì)臥室進(jìn)行主要房間設(shè)置。自然采光設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)基本步驟:確定性能目標(biāo)、確定自然采光的基本策略、確定外窗的基本策略、窗玻璃材料的選擇、開(kāi)天窗的策略、與人工照明的整合。如在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用導(dǎo)光板進(jìn)行采光（如圖5所示）。在高強(qiáng)度反射的原理下，導(dǎo)光板可以將很遠(yuǎn)處的光進(jìn)行反射。只要設(shè)計(jì)好角度，就可以使足夠的自然光進(jìn)入到建筑物中[6]。

圖5 屋頂導(dǎo)光板采光

如杭州米市巷社區(qū)的建筑改造運(yùn)用了導(dǎo)光板等外在手段。導(dǎo)光板的工作原理是采用反光材料制成，但此種材料的反射強(qiáng)度必須在高頻的條件下，如鋁制材料就比較適用。導(dǎo)光板可以將光源在更遠(yuǎn)的距離外進(jìn)行反射，使陽(yáng)光在建筑物頂部進(jìn)行散射，它可以調(diào)節(jié)進(jìn)入房屋當(dāng)中的陽(yáng)光數(shù)量，減少室內(nèi)照明能源消耗，避免陽(yáng)光刺眼等現(xiàn)象發(fā)生。為了使住宅建筑獲得最好的自然通風(fēng)效果，應(yīng)該根據(jù)建筑所在區(qū)域位置結(jié)合當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向，從戶(hù)型平面布局上保證進(jìn)出風(fēng)口對(duì)應(yīng)設(shè)置，將居室門(mén)窗位置相對(duì)設(shè)置，以便形成利于空氣自然流通的風(fēng)道，降低夏季能耗的需求。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向的研究，進(jìn)行窗戶(hù)的設(shè)計(jì)，采取“穿堂風(fēng)”的方式，讓大量的自然風(fēng)進(jìn)入到房屋中。這樣，夏天也可以減少空調(diào)的使用頻率，節(jié)約資源。

3.4 農(nóng)宅建筑屋面設(shè)計(jì)

屋頂可以使用架空保溫屋面的構(gòu)造，其與傳統(tǒng)的小青瓦坡屋頂相似（如圖6所示），一方面是能夠?qū)μ?yáng)光起到一定的遮擋作用，另一方面可以通過(guò)遮陽(yáng)面上下空間空氣的流通從而帶走遮陽(yáng)面的溫度，可以兼顧到屋頂通風(fēng)和保溫兩種需求，可以使得溫度在屋頂?shù)膫鬟f過(guò)程中逐漸削弱，同時(shí)可以在墻體兩面墻設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)口，使得屋頂空氣得以更好的流通，在冬季則將進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)口關(guān)閉，使得屋頂溫度得以保持。這種設(shè)置也滿(mǎn)足農(nóng)村居民將屋頂設(shè)置為曬場(chǎng)和儲(chǔ)藏空間的需求，同時(shí)避免屋面受到太陽(yáng)的直接照射[7]。

圖6 屋面架空隔熱原理

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，農(nóng)村住宅節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，影響因素重多而且復(fù)雜，單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某個(gè)方面，都很難達(dá)到綜合節(jié)能目標(biāo)。在我國(guó)大力提倡綠色節(jié)能建筑的大背景下，節(jié)能減排，發(fā)展綠色建筑模式勢(shì)在必行。同時(shí)重視建筑物所在的地理位置的環(huán)境氣候和人文生活習(xí)慣，在建筑質(zhì)量達(dá)到建筑標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。