(河北建筑工程學院建筑與藝術學院 河北 張家口 075024)

冀東地區(qū)農(nóng)村住宅被動式節(jié)能研究

任志坤成帥孫健陸炳燕

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院河北張家口075024)

我國農(nóng)業(yè)戶口較多，農(nóng)村住宅存在能耗大、室內(nèi)舒適性差等的問題。針對此現(xiàn)象，本文以冀東地區(qū)鄉(xiāng)村民居的現(xiàn)狀以及發(fā)現(xiàn)的問題為出發(fā)點，采用地域特色的被動式策略和設計方法，改善當?shù)鼐用竦臒崾孢m環(huán)境，并通過軟件模擬的方法來驗證不同被動式設計策略的節(jié)能貢獻率以及最優(yōu)組合方案。

冀東地區(qū)；農(nóng)村住宅；被動式；軟件模擬

一、引言

為減輕農(nóng)村經(jīng)濟壓力，改善農(nóng)村住宅居住環(huán)境，國家對農(nóng)宅節(jié)能創(chuàng)新投入了大量資力。寒冷地區(qū)農(nóng)宅，冬季采暖技術相對落后，造成室內(nèi)環(huán)境污染嚴重，嚴重危害人體健康。改善落后的技術設施，使采暖技術與住宅功能形式實現(xiàn)一體化；轉變能源結構，增加對可再生能源的利用；減少農(nóng)村住宅在采暖上的成本投入而提高室內(nèi)熱舒適度。

二、冀東地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能現(xiàn)狀分析

為深入了解冀東地區(qū)農(nóng)村住房建筑現(xiàn)狀，分別對唐山、秦皇島的典型村鎮(zhèn)進行了實地考察和問卷調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括外墻做法、屋頂結構形式、門窗類型及氣密性、地面做法。冀東地區(qū)農(nóng)村住宅調(diào)研結果如下:

1.外墻。冀東地區(qū)農(nóng)村住宅外墻材料以磚墻、土墻、石墻為主。外墻材質(zhì)以磚墻居多，約占75%，其中大部分均為黏土磚，部分為蒸壓灰砂磚等新型墻體材料。79%的外墻厚度為370mm，85%的內(nèi)墻的厚度為240mm。土墻以及石墻材質(zhì)占比較低，且建造時間較早(一些新型的生土建筑除外)，區(qū)域性劃分比較明顯，土墻厚度以400mm為主。農(nóng)村外墻裝飾以水泥勾縫或涂料為主，經(jīng)濟條件較好的農(nóng)戶會在墻身外圍貼上瓷磚，以保護墻壁，外墻基本不做保溫措施。

2.屋頂。農(nóng)村住宅屋頂分為坡屋頂和平屋頂兩種形式，以平屋頂形式為主。平屋頂材料一般為木材、混凝土、輕鋼。木屋架平屋頂建造時間較早，于上世紀九十年代左右，檁條上鋪蘆葦板和秸稈，再在上面鋪麥稈泥或泥沙、爐渣混合物，經(jīng)過人工壓實成型。在本世紀以后平屋頂結構多采用現(xiàn)澆混凝土，結構層上面擱水泥砂漿找平層及防水層?；炷良拜p鋼屋架坡屋頂部分采用彩鋼板復合保溫板作為屋面，保溫措施簡易。

3.門窗。農(nóng)村住宅門窗類型以木門窗、塑鋼門窗、鋁合金門窗為主，僅有25%的農(nóng)戶采用了鋁合金門窗。通過對部分農(nóng)村新建民居門窗的氣密性測試，門窗氣密性較差，均沒有達到《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設計標準》四級氣密性的要求。木門窗的使用率高達60%，木門窗由于氣密性較差，冬季冷風易滲透，造成了大量的熱損耗。

4.地面。農(nóng)村地面一般為2種形式，即水泥地面和瓷磚地面，大部分住戶沒有做地面保溫。

三、農(nóng)村住宅被動式技術設計策略及應用

在對冀東地區(qū)農(nóng)村住宅實地調(diào)研之后，總結適和農(nóng)村住宅的基本功能和形式、采暖技術，如附加陽光間的被動式太陽能技術和集熱蓄熱墻技術。對適宜農(nóng)村住宅的構造做法進行優(yōu)化改良，將優(yōu)化后前后的住宅功能及形式進行分析，得出改進措施，使其適應當前農(nóng)村的實際情況。

1.建筑的布局形式。建筑群體布局合理、組合科學，取得良好日照的同時也能達到遮陽的目的。通過建筑布局形成良好的界面，建立氣候防護單元，有利于優(yōu)化微氣候和減少能耗。氣候防護單元應充分結合當?shù)氐淖匀画h(huán)境、氣候、建筑功能、人的行為活動等特點。在寒冷地區(qū)農(nóng)村應充分爭取及利用日照，合理組織內(nèi)部氣流，避免季風干擾。

合理的朝向、間距、布局方式對日照影響較大，充足的日照提升了采暖節(jié)能效益。朝向對于建筑節(jié)能影響很大，南向太陽輻射量最大，當其為南北向時，熱損耗量較低。面積相同情況下的朝南面積占比越大，熱損耗量越低。因此，從節(jié)能角度出發(fā)，總平面可以自由布置情況下，農(nóng)村住宅應首先選擇南北朝向的長方形建筑(如圖1所示)。

2.外圍護結構節(jié)能設計。方案中外墻使用了傳統(tǒng)的墻體材料，選用了120mm厚土坯保溫墻體(土坯即土、麥殼、白灰按一定比例的混合砌塊)，構造做法如圖1所示。

該墻板的保溫隔熱性能良好，經(jīng)計算其節(jié)能效果比370mm黏土磚墻高了一倍左右，傳熱系數(shù)為K=0.5W/(m2·K)，滿足節(jié)能設計標準的要求。方案選用了中空玻璃鋁合金外窗，節(jié)能且環(huán)保，其傳熱系數(shù)K=1.8W/(m2·K)，滿足節(jié)能設計標準的要求。通過優(yōu)化外墻、外窗、屋頂?shù)牟牧线x型和構造做法，該方案的外圍護結構熱特性顯著提高，在不增加能源消耗的同時提高了農(nóng)宅的室內(nèi)舒適度。

圖1 外墻構造(作者自繪)

3.被動式太陽房設計。冀東地區(qū)擁有豐富的太陽能資源，年平均氣溫10.6℃，1月份氣溫最低，月平均氣溫-5～-8℃；7月份氣溫最高，月平均氣溫25～26℃。全年平均日照2605小時，因此在農(nóng)宅設計中，采用被動式太陽房是一種經(jīng)濟有效的的方式。

借助Ecotect軟件中的Weather Tool模塊對當?shù)乇粍邮教柗康某蜻M行分析后，得到農(nóng)宅最優(yōu)朝向(如圖2)，采用被動式太陽房，農(nóng)宅室內(nèi)舒適區(qū)域范圍得到擴大，人體舒適度也明顯增加，同時過渡季節(jié)的建筑能耗也有了明顯降低的趨勢。

將新農(nóng)村住宅的使用功能與唐山地區(qū)氣候特征結合，對唐山市的農(nóng)宅設計實踐，探討運用被動式設計，改善農(nóng)宅在空間布局、圍護結構節(jié)能和可再生能源利用存在的不足。

圖2 被動式設計最優(yōu)朝向(作者自繪)

四、結論

1.通過基礎資料的收集整理和實地調(diào)研，在冀東地區(qū)農(nóng)村住宅的能耗現(xiàn)狀的研究指導下，做出分析、綜合與歸納，總結出冀東地區(qū)農(nóng)村低碳住宅現(xiàn)存的主要問題，并通過大量的收集資料進行比較分析，為以后冀東地區(qū)的農(nóng)村住宅的建設提供一定的參考。2.通過對冀東地區(qū)農(nóng)村民居的實地調(diào)研，發(fā)掘當?shù)氐赜蛱厣⑵淅诋數(shù)剞r(nóng)村生活居住的傳統(tǒng)技術傳承下去。3.冀東地區(qū)農(nóng)村民居傳統(tǒng)的技術與被動式技術相結合創(chuàng)造出符合本土化的技術措施。

[1]趙士永,郝雨杭,付素娟.華北地區(qū)農(nóng)村民居能耗現(xiàn)狀及節(jié)能改造方案分析[J].建筑節(jié)能,2015,43(02):114-117+123.[2017-09-17].

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校級A“農(nóng)村住宅被動式節(jié)能技術的應用研究——以冀東地區(qū)為例”，項目編號XA201714

任志坤(1987-)，男，研究生在讀。

成帥(1991-)，男，研究生在讀。