徐偉琦，徐寧

（武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023）

荊楚農(nóng)居現(xiàn)狀及節(jié)能設(shè)計(jì)研究

徐偉琦，徐寧

（武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023）

隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展，原有農(nóng)居已不能滿足現(xiàn)代生活的需要，并且也不能滿足資源節(jié)約型社會(huì)的時(shí)代需求，所以，改造原有農(nóng)居、提出新的節(jié)能型農(nóng)居是一項(xiàng)重要內(nèi)容。創(chuàng)造宜人的居住空間，已成為新農(nóng)居建設(shè)的一大亮點(diǎn)。針對(duì)荊楚地區(qū)農(nóng)村建設(shè)中所普通存在的問(wèn)題，就墻的用材、門(mén)窗構(gòu)造、屋面地面、能源使用、建筑通風(fēng)幾個(gè)方面進(jìn)行了剖析，指出優(yōu)點(diǎn)和存在的不足，并綜合新技術(shù)、新工藝、新材料提出優(yōu)化方案，以構(gòu)建具有荊楚特色的新型節(jié)能農(nóng)居模式。

荊楚農(nóng)居；節(jié)能設(shè)計(jì)；能源材料；建筑構(gòu)造；建筑通風(fēng)

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，荊楚地區(qū)農(nóng)民生活水準(zhǔn)的逐漸提高，居住者對(duì)自己居住條件要求也越來(lái)越高。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)村建筑的特點(diǎn)是：占地多、建造水平低、缺乏科學(xué)性，甚至忽視了基本的舒適性要求。傳統(tǒng)農(nóng)居缺乏系統(tǒng)的建筑規(guī)劃，能源利用率低、建筑保溫隔熱性能差、舒適度低。為了倡導(dǎo)資源節(jié)約型社會(huì)，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，應(yīng)在荊楚地區(qū)對(duì)農(nóng)居進(jìn)行完整規(guī)劃與科學(xué)改造，大力發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，推廣具有荊楚地區(qū)特色的新型節(jié)能農(nóng)居。

1 荊楚農(nóng)居現(xiàn)狀

我國(guó)農(nóng)村住宅建設(shè)普遍存在缺陷：一是建設(shè)觀念落后；二是浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重；三是節(jié)能技術(shù)滯后；四是環(huán)境質(zhì)量較差。以下就荊楚地區(qū)農(nóng)居現(xiàn)狀的幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1.1 墻體材料落后

建筑主要是靠墻體圍合而成，外墻是分隔室內(nèi)外空間的構(gòu)件，所以在保溫隔熱方面它起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)在荊楚的農(nóng)居中，絕大多數(shù)的外墻采用的是240 mm厚的實(shí)心粘土磚墻，內(nèi)外抹面，無(wú)保溫隔熱措施。粘土燒結(jié)磚墻雖然歷史悠久、制作工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、設(shè)計(jì)施工成熟，但是存在許多弊病，例如環(huán)境破壞大，由于粘土磚主要靠開(kāi)挖的土壤燒結(jié)而成，因此會(huì)破壞土壤和植被等，造成水土流失，會(huì)使壞境遭到嚴(yán)重破壞，因此國(guó)家正逐漸停止工程使用粘土磚；其次粘土燒結(jié)磚的孔隙率小，隔音效果差，聲音傳播到粘土磚中，由于其空隙率較小，沒(méi)有對(duì)聲音進(jìn)行隔離，聲音的強(qiáng)度降低很少，而其他砌筑材料，如現(xiàn)在采用較多的砼加氣塊［1］，其空隙率較大，隔音效果明顯，但是保溫隔熱性不好。湖北是屬于冬冷夏熱地區(qū)，采用這樣砌體作為外墻是不合理的。由于自重大，粘土磚的重量較其他墻體砌筑材料自重相對(duì)較大，使得結(jié)構(gòu)需要承受較大自重，工程造價(jià)增加。所以，粘土磚對(duì)于建筑的節(jié)能是十分不利的，因此，為了節(jié)約能源并且經(jīng)濟(jì)適用，建筑的外墻要換材料。

1.2 門(mén)窗構(gòu)造薄弱

門(mén)窗是建筑的重要組成部分，也是建筑保溫隔熱的薄弱點(diǎn)。窗戶除具備通風(fēng)、日照和透光等功能外，還作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分承擔(dān)保溫和隔熱的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，夏季通過(guò)玻璃窗入射的熱量占制冷最大負(fù)荷的20%～30%；冬季單層玻璃的熱損失約占供熱負(fù)荷的30%～50%，傳統(tǒng)窗戶的保溫性能比墻體主體部分的保溫性能差得多。

荊楚農(nóng)居的門(mén)窗是十分簡(jiǎn)陋的，大部分為單層，且氣密性較差，這樣就形成了建筑節(jié)能的薄弱點(diǎn)。同時(shí)，新型現(xiàn)代農(nóng)居追求大的落地窗，雖然美觀卻不經(jīng)濟(jì)節(jié)能，所以要嚴(yán)格限制窗墻比。開(kāi)窗盡量南北向，東西向不要開(kāi)窗，防止西曬，利于節(jié)能。

1.3 屋面缺乏保溫措施

荊楚農(nóng)居建筑屋面散熱量占總散熱量的15%左右，地面約為6%左右，所以屋面層的保溫隔熱與地面層的保溫也很重要。

荊楚農(nóng)居的屋面分為兩種：坡屋面和平屋面。坡屋面一般采用檁條上搭瓦的形式；有的地區(qū)仍然采用木頭作為屋頂。這樣的屋面幾乎是不保溫的。平屋頂一般采用預(yù)制板或者混凝土，沒(méi)有設(shè)置保溫層和隔熱層。不設(shè)置保溫層與隔熱層的原因有很多，比如經(jīng)濟(jì)原因、施工不方便、比較麻煩等。

1.4 能源利用率低

在荊楚地區(qū)的農(nóng)村，仍然存在著大量未完全利用能源的現(xiàn)象。例如蜂窩煤的燃燒、柴的燃燒等，這些能源首先不環(huán)保，燃燒后排放出有害氣體污染環(huán)境；其次原料沒(méi)有被充分利用，會(huì)造成浪費(fèi)?？梢岳迷谵r(nóng)村隨處可見(jiàn)的秸稈、動(dòng)物排泄物等進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，在環(huán)保的同時(shí)也合理利用了資源。

1.5 通風(fēng)效果不良

住宅通風(fēng)對(duì)人們的健康和室內(nèi)的舒適性起著非常重要的作用。隨著大氣污染及溫室效應(yīng)的惡化，經(jīng)濟(jì)條件較好的農(nóng)戶采用輔助空調(diào)設(shè)施，在生活條件改善的同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)。自然通風(fēng)是利用建筑物開(kāi)口處存在壓差而產(chǎn)生空氣流動(dòng)，合理的住宅布局對(duì)室內(nèi)的通風(fēng)影響很大。通過(guò)自然通風(fēng)，可以為人們提供新鮮的空氣，帶走室內(nèi)的水分和熱量。目前，湖北省許多農(nóng)居隨意搭建，并未考慮其朝向問(wèn)題，在室內(nèi)布置方面就更不講究了。所以，農(nóng)居的通風(fēng)問(wèn)題應(yīng)該引起足夠重視。

2 節(jié)能優(yōu)化方案

根據(jù)我國(guó)目前情況看來(lái)，農(nóng)村住宅的節(jié)能建設(shè)十分迫切，它對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能有著重要意義。針對(duì)上文所提出的現(xiàn)存問(wèn)題，以下從5個(gè)方面進(jìn)行論述。

2.1 外墻的節(jié)能改造

墻體節(jié)點(diǎn)采用外墻外保溫形式，因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)很多［2-5］，如：保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)、保持室溫在穩(wěn)定的環(huán)境中，提高墻體氣密性和室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量且不占用室內(nèi)面積，如圖1中（a）所示的一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造做法——采用聚苯板作為保溫材料。其優(yōu)點(diǎn)是：輕質(zhì)、便宜、物理性能較好等。

同時(shí)外墻飾面可使用淺色，結(jié)合立體綠化，利用建筑外墻面種植綠色植物來(lái)進(jìn)行遮陽(yáng)，尤其是西面墻。如圖1中（b）所示，種植攀援植物，如爬山虎、常青藤等。這些植物能阻隔部分的太陽(yáng)輻射，同時(shí)植物的蒸騰作用能帶走部分熱量。

另外，傳統(tǒng)的荊楚民居節(jié)能做法中也有值得借鑒之處［6-8］。地處鄂東南地區(qū)的傳統(tǒng)民居：光祿大夫第，建筑外墻全部采用“金包銀”磚墻，如圖1中（c）所示。第一進(jìn)墻體用青磚，第二進(jìn)及第三進(jìn)墻體用是泥磚或泥沖墻，地板是紅壤或“三合土”（用料為紅壤、石灰、河沙）夯實(shí)的。該結(jié)構(gòu)取名為“金包銀”。這種房子防潮隔熱，冬暖夏涼?？梢詤⒄铡敖鸢y”磚墻的構(gòu)造原理對(duì)荊楚地區(qū)的農(nóng)居外墻進(jìn)行改造。

圖1 外墻節(jié)能改造方案Fig.1Reconstructive scheme of outside wall for energy saving

2.2 門(mén)窗節(jié)能改造

農(nóng)居窗玻璃節(jié)能改造的辦法有3種：（1）拆除原有窗戶，更換為單框雙玻璃塑鋼窗，采用空心型材的窗框，并加強(qiáng)窗框與窗扇、窗框與墻的密封性，增加滑動(dòng)窗軌的密封處理；（2）拆除原有玻璃，更換為節(jié)能玻璃；（3）在玻璃上貼隔熱節(jié)能膜。南向窗采用雙層玻塑鋼窗切玻璃外貼隔熱膜的方案；北向窗戶設(shè)普通單玻窗；東西向則可直接加貼隔熱膜。另外，對(duì)朝向不好的窗要加強(qiáng)遮陽(yáng)防曬處理，如利用百葉窗或防曬織物等。另外，應(yīng)盡可能選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的門(mén)。在夾板門(mén)內(nèi)加貼聚苯板，門(mén)外側(cè)貼鍍鋅鋼板，既可以保溫又可以防止空氣滲透；進(jìn)戶門(mén)通常為防盜門(mén)，由保溫、吸音性材料制成門(mén)芯，一般來(lái)說(shuō)，是可以滿足保溫隔熱要求的。

2.3 地面及屋面的節(jié)能改造

荊楚農(nóng)居的地面一般采用以下兩種形式：（1）直接使用土地作為室內(nèi)的地面；（2）先進(jìn)行素土夯實(shí)再找平，然后在找平層上鋪瓷磚或者木地板。但是以上兩種方式都不利于保溫隔熱與防潮。事實(shí)上，可以在地面墊層下鋪設(shè)廉價(jià)的爐渣等其他保溫材料，并注意地面防潮設(shè)計(jì)，如：可以將地面架空一定高度，能同時(shí)起到保溫防潮的效果。其造價(jià)不貴、施工容易、取材方便、實(shí)現(xiàn)了廢物利用。

現(xiàn)在的村鎮(zhèn)住宅及農(nóng)居的屋面構(gòu)造如圖2（a）所示，一般屋面的導(dǎo)熱系數(shù)大，因?yàn)闆](méi)有設(shè)置保溫層。屋面的節(jié)能改造形式有多種選擇，如實(shí)體材料層節(jié)能屋面、通風(fēng)保溫隔熱屋面、植被屋面和蓄水屋面等，改造方案如下。

（1）在加設(shè)保溫隔熱層后設(shè)架空通風(fēng)層。一般構(gòu)造做法是在平屋頂?shù)谋貙由箱佋O(shè)防水層，最后加蓋保護(hù)層。為了夏季的涼爽舒適，在屋面上設(shè)置通風(fēng)層，并且在處夏季主導(dǎo)風(fēng)向上的女兒墻上開(kāi)孔，用來(lái)通風(fēng)和帶走熱量。

（2）改造為倒置式屋面。將保溫層做在防水層的上面就是倒置式屋面，這樣便省去了隔氣層以及保溫層上的找平層，施工簡(jiǎn)便、快捷，耐久性好，也可以在惡劣的天氣下施工。采用倒置式屋面一定要選用防水的保溫材料，如圖2（b）所示。

圖2 屋面做法舉例Fig.2Roofing example

2.4 加設(shè)太陽(yáng)能系統(tǒng)

目前使用太陽(yáng)能熱水器的住戶局限于住在頂層的住戶。太陽(yáng)能熱水器分散安裝在建筑的頂層，影響了建筑美觀和其他用戶的使用、安裝。其實(shí)，優(yōu)化方案很簡(jiǎn)單：將太陽(yáng)能設(shè)備與建筑一體化，合理利用空間，如圖3所示。把太陽(yáng)能熱水器與坡屋頂結(jié)合在一起，將坡屋面形成的特有的三角空間用來(lái)放置太陽(yáng)能的水箱。使得屋面整齊一致，不會(huì)破壞建筑的美感，并且合理利用了空間，從而實(shí)現(xiàn)了能源的高效清潔利用，圖3為太陽(yáng)能熱水器和坡屋頂?shù)募稍O(shè)計(jì)。

圖3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與斜式建筑屋面整合設(shè)計(jì)Fig.3Design of integration of sun power water heater and sloping roof

2.5 建筑通風(fēng)

建筑空間的布局體型、風(fēng)口的大小及位置是影響建筑通風(fēng)的主要因素，優(yōu)化合理的建筑形體，在合適位置開(kāi)大小合適的通風(fēng)口可改善農(nóng)居的通風(fēng)效果。

（1）優(yōu)化農(nóng)居布局和體型。農(nóng)居最好采用自然通風(fēng)，利用室內(nèi)自然形成的穿堂風(fēng)。將主要房間朝南布置且房屋縱軸平行于夏季主導(dǎo)風(fēng)向，室內(nèi)的家具布置應(yīng)避開(kāi)穿堂風(fēng)經(jīng)過(guò)的路線，便可形成穿堂風(fēng)；輔助房間布置在背風(fēng)面，在冬季，進(jìn)入主要房間內(nèi)冷風(fēng)量和室內(nèi)向外墻的散熱量可以減少。與此同時(shí)，盡量將居室與輔助空間的通風(fēng)分開(kāi)，就可以創(chuàng)造一個(gè)涼爽干凈的環(huán)境。

研究表明當(dāng)建筑與風(fēng)向的投射角從0o增至60o時(shí)，風(fēng)速降低50%，降低了室內(nèi)通風(fēng)效果，但投射角越大，屋后漩渦區(qū)的深度大大縮短，利于縮短間距，節(jié)約用地，所以要綜合考慮。

此外，若農(nóng)居采用庭院式或天井式，庭院內(nèi)可種藤蔓，因?yàn)橹参锟勺钃醪糠痔?yáng)輻射，并且蒸騰作用也可帶走一些熱量，所以天井的溫度較低，可利用熱壓進(jìn)行通風(fēng)。當(dāng)室外風(fēng)壓較大時(shí)，內(nèi)院地處負(fù)壓區(qū)域，可作為出風(fēng)口，向外抽風(fēng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平垂直通風(fēng)，室內(nèi)空氣流動(dòng)更好，熱量更快地被帶走。

（2）合理設(shè)置風(fēng)口的大小及位置。窗戶是農(nóng)居主要的進(jìn)出風(fēng)口，室內(nèi)的風(fēng)速和風(fēng)量由進(jìn)出風(fēng)口的位置和大小控制。如圖4（a）所示房間開(kāi)窗位置對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)的影響。室內(nèi)進(jìn)出風(fēng)口不能“面對(duì)面”，而應(yīng)該相互錯(cuò)開(kāi)，否則形成氣流直接流通，導(dǎo)致遠(yuǎn)離風(fēng)口的位置很難通風(fēng)，室內(nèi)空氣不流通；若進(jìn)出風(fēng)口錯(cuò)開(kāi)，則氣流在室內(nèi)流動(dòng)的路線會(huì)長(zhǎng)一些，影響的面積也會(huì)大一些。當(dāng)只能在迎風(fēng)面一面墻開(kāi)窗的時(shí)候，窗戶要非對(duì)稱布置，進(jìn)風(fēng)口的位置不能設(shè)得太高。對(duì)于某些地區(qū)的農(nóng)居，要注意窗戶的可開(kāi)啟面積，最好使用推拉窗，可以控制窗戶的可開(kāi)啟面積。如果入風(fēng)口大一些，通風(fēng)效果會(huì)好一些。如圖4（b）不同進(jìn)出風(fēng)口尺寸之比對(duì)通風(fēng)效果的影響。垂直于夏季主導(dǎo)方向的窗戶開(kāi)口要大，并可開(kāi)啟。相關(guān)資料顯示當(dāng)進(jìn)風(fēng)口寬度為開(kāi)間寬度的1/3～2/3時(shí)，開(kāi)口面積為地板面積的15%～25%時(shí)，出風(fēng)口比進(jìn)風(fēng)口面積大時(shí)，通風(fēng)效果最好。

圖4 風(fēng)口的大小及位置設(shè)置示意圖Fig.4Size and place of tuyere

（3）通風(fēng)墻、通風(fēng)屋面及太陽(yáng)能通風(fēng)井的設(shè)置［9-10］。將要隔熱的外墻做成夾層空心墻即通風(fēng)墻，在墻上下部開(kāi)口，分別為出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口?？招膶雍穸纫话銥?0～100 mm?？招膬?nèi)的空氣受到來(lái)自室內(nèi)的熱量上升，空心層上下部之間產(chǎn)生壓差，迫使內(nèi)部空氣流動(dòng)，從而帶走室內(nèi)的熱量。圖5（a）為通風(fēng)墻體的示意圖和典型構(gòu)造做法。

通風(fēng)屋面分為閣樓屋頂通風(fēng)屋面和平屋頂架空通風(fēng)屋面兩種，主要是利用屋面間層的空氣流動(dòng)帶走熱量，從而降低房間的溫度。如圖5（b）所示，架空通風(fēng)屋面的構(gòu)造做法是在平屋頂上200 mm高左右處鋪設(shè)架空的方階磚或水泥板，每段風(fēng)道長(zhǎng)度控制在15 m以內(nèi)，且女兒墻上的風(fēng)道入口應(yīng)足夠大，最好最成開(kāi)閉式，夏季開(kāi)啟，便于通風(fēng)，冬季關(guān)閉，以利保溫。閣樓通風(fēng)的形式通常有：在山墻上開(kāi)通風(fēng)口、從檐口下進(jìn)氣由屋脊排氣、在屋頂設(shè)老虎窗通風(fēng)等，如圖5（c）所示。

另一方面，也可設(shè)置太陽(yáng)能通風(fēng)井［4］。屋頂上的通風(fēng)井吸收熱量后井內(nèi)溫度升高，熱空氣上升，井內(nèi)有壓差，帶動(dòng)室內(nèi)空氣向通風(fēng)井流動(dòng)，形成自然通風(fēng)，同時(shí)帶走室內(nèi)的濕熱，如圖5（d）所示。試驗(yàn)表明，當(dāng)通風(fēng)井的空氣管道高寬之比為2∶1時(shí)，通風(fēng)量達(dá)到最大。

圖5通風(fēng)設(shè)施示意圖Fig.5Structure representation of ventilation

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的荊楚農(nóng)居是長(zhǎng)久以來(lái)歷史沉淀的成果，有它固有的特色：天井式、騎樓、廊子等獨(dú)特的建筑元素。隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，原有的建筑形式已不能滿足需要?，F(xiàn)在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保型建筑，故在保留原有建筑特色的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的節(jié)能改造，主要是構(gòu)造方面，用簡(jiǎn)單、可行性大的節(jié)能改造設(shè)計(jì)來(lái)改變以往農(nóng)房建設(shè)無(wú)序、風(fēng)格單調(diào)的狀況，為指導(dǎo)和規(guī)范農(nóng)房建設(shè)和農(nóng)村危房改造、特色民居改造工作提供理論依據(jù)，以推進(jìn)適應(yīng)荊楚特色的宜居村莊建設(shè)工作。

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（責(zé)任編輯：陳曠）

Energy-saving Design of Jingchu Rural Residential Housing

XU Weiqi，XU Ning
（School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，Hubei，China）

With the development of society，the original rural housing has been unable to meet the needs of modern life and resource-saving society.Thus，transforming the original rural housing and putting forward new energy-saving rural housing are the main contents.Creating a comfortable living room has become a bright spot.Analyses ubiquitous problem focusing on the material of wall，the construction of door，roof and ground，the use of energy and the ventilation of building，and points out the advantages and disadvantages.With the usage of new techniques and processes，propose opti?mization for constructing new rural residential housing pattern with Hubei characteristics.

jingchu rural housing；energy saving design；energy materials；building construction；building ventilation

TU241.4

A

1673-0143（2014）03-0074-05

2014-04-03

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（CXXL2013013）

徐偉琦（1986—），男，實(shí)驗(yàn)員，碩士，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。