東北農(nóng)村住宅落地炕與架空炕節(jié)能設計的對比分析

劉源等

摘要為了實現(xiàn)東北農(nóng)村地區(qū)能源的高效利用，使農(nóng)村的室內(nèi)生活環(huán)境更為舒適，對東北農(nóng)村采暖設施炕的兩種形式——落地炕和架空炕進行了比較和總結(jié)。分析表明，在適合農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)力水平和經(jīng)濟能力的前提下，架空炕是低成本、高效率的室內(nèi)取暖設施，更符合可持續(xù)發(fā)展原則。

關(guān)鍵詞農(nóng)村住宅；落地炕；架空炕；節(jié)能

中圖分類號S26文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）14-04326-03

東北冬季寒冷而漫長，特別是在農(nóng)村住宅中，火炕是常見的室內(nèi)取暖設備，既能供暖，又起到起居、待客等作用，從而形成了當?shù)囟疽钥粸橹行牡纳罘绞健Ｒ虼嘶鹂辉谵r(nóng)村住宅中有著重要的作用。由于農(nóng)村住宅呈分散性分布，無法集中供暖，導致不可再生資源的過度消耗，加劇了環(huán)境污染等問題。另外在農(nóng)村生活水平有所改善的條件下，人們對室內(nèi)生活環(huán)境有了新的需求[1] 。因此對火炕形式的優(yōu)化選擇是北方農(nóng)村實現(xiàn)節(jié)能、高效、可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑。

1火炕的形式

由于特殊的地理位置和自然條件，東北農(nóng)村住宅的火炕有著悠久的歷史。即便是在寒冷的冬季，炕所提供的溫度依然可以滿足人們的室內(nèi)生活需求，并形成一個熱效應環(huán)境。在東北，火炕不僅僅只是用來取暖，還具備了飲食、休息和接待客人的功能。火炕可以分為落地炕和架空炕兩種形式[2]。

1.1落地炕落地炕（圖1）是東北農(nóng)村住宅傳統(tǒng)炕的常見形式[3]，是炕體與地面接觸并用磚向上壘砌的形式。內(nèi)部用磚砌成炕洞和煙道，并連接廚房的爐灶。炕的表面用人造革或者炕席鋪設。炕上則可以放置炕柜和炕桌來存放生活用品。

圖1落地炕1.2架空炕架空炕（圖2）又叫吊炕，全稱叫“北方高效預制組裝架空炕連灶”，是對傳統(tǒng)炕的改進。這種炕的炕體架空，由立柱支撐底板而成。與落地炕不同的是，其炕體不接觸地面，而是有一定的高度，形似現(xiàn)代家居中的床，整潔美觀，受到廣大農(nóng)戶的喜歡。

圖2架空炕2落地炕與架空炕的結(jié)構(gòu)設計

落地炕與架空炕的主要結(jié)構(gòu)是由爐灶、炕體和煙囪3部分組成。爐灶主要是利用農(nóng)作物的剩余資源，玉米、秸稈、玉米芯等生物能源引火，既可以做飯，又可以通過炕體散發(fā)熱量來采暖，最后通過排煙口排出室外。

2.1落地炕的炕體構(gòu)造

2.1.1落地炕炕面。炕面是介于炕的內(nèi)外空間的重要部位，起著支撐、傳遞熱量和蓄熱的作用。

2.1.2落地炕炕洞。炕洞是炕體當中最重要的構(gòu)造，主要作用是引導煙氣走向，而煙氣的存儲是炕面熱量的主要保證，因此炕洞的結(jié)構(gòu)對煙氣存儲和火炕的熱效應效果有著很大的影響。根據(jù)炕體的構(gòu)造，炕洞的構(gòu)造可分為花洞、直洞、回洞和其他炕洞。

（1）花洞。花洞的構(gòu)造能夠使煙氣在炕洞內(nèi)做無序流動，可以從任何途徑到達排煙口。這種炕洞能夠使炕面熱得快，施工簡單，但是由于其構(gòu)造沒有有效地控制煙氣，從而導致炕面溫度不均勻，不適用于大面積的炕（圖3）。

（2）直洞。直洞是在東北農(nóng)村住宅中被廣泛應用的一種炕洞形式，炕內(nèi)的支撐都有規(guī)則地垂直和水平布置，對抗面起到了穩(wěn)定的支撐作用。炕內(nèi)的支柱墻面規(guī)則順序能夠有效地控制煙氣，因此使炕體的蓄熱量大，且在施工方面相對花洞炕的構(gòu)造浪費建筑材料。另由于其直線型的炕洞流線導致熱量傳遞速度快，因此直洞炕的炕面溫度往往是熱得快，涼得也快（圖4）。

（3）回洞。回洞是在直洞炕基礎(chǔ)上改進的，是指煙氣從進煙口以垂直或平行方向進入，然后集中到一條主煙道，能夠增加煙氣的儲蓄。在排煙口處的集中式煙道可以延長煙氣在炕內(nèi)的流動，從而提高炕體的熱效應。回洞的構(gòu)造使得施工方便，保證了炕體的穩(wěn)定性，因此這種類型的炕洞也被廣泛應用在東北農(nóng)村住宅。但是這種炕洞過長會增加排煙口迂回構(gòu)造的壓力，使得炕洞阻力過大。因此，一般適合小房間使用（圖5）。

（4）其他炕洞。除以上3種主要形式外，炕洞還有扇形、曲線和對角的形式。由于其內(nèi)部構(gòu)造相對復雜，浪費建筑材料，對煙氣的控制相對較弱，不能有效控制炕面溫度，因此并沒有在東北農(nóng)村地區(qū)廣泛應用。

圖3花洞圖4直洞圖5回洞2.2架空炕的炕體構(gòu)造

2.2.1架空炕的炕面。架空炕與落地炕的炕面不同，可以分為上下兩個部分。下部的炕面是由起到支撐作用的立柱構(gòu)成，因此形成了地面與炕體的一段空氣層，炕墻上還可以貼上瓷磚做裝飾。不僅在外觀上脫離了舊形式，而且可以充分利用空間，可以在炕下擺放鞋物。

2.2.2架空炕的炕洞結(jié)構(gòu)。架空炕的炕洞形式（圖6）是在傳統(tǒng)炕洞形式上的優(yōu)化與結(jié)合。采用花炕洞支撐墻的構(gòu)造可以減少建筑材料的投入，具有良好的穩(wěn)定性能；直炕洞的煙氣流動熱傳遞快和蓄熱量穩(wěn)定；回炕洞的煙氣緩沖形式保證了煙氣的充分流動，使得炕體的蓄熱量增大。

圖6架空炕的炕洞形式2.2.3架空炕的改進構(gòu)造。

（1）“人字形”分煙墻。采用“人字形”的處理方法，增加了阻煙墻的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以使煙氣在炕梢處分流迂回進入排煙口，起到了緩沖的作用，并且延長了炕梢的冷卻時間，也使煙氣能夠充分接觸到炕體的各個部位。“人字形”分煙墻的制作可以用紅磚砌成，也可以預制水泥件。其尺寸為420 mm×160 mm×50 mm，內(nèi)角為150°左右。

（2）出煙口插板。安裝在炕梢的排煙口處，在需要保持炕蓄熱性時，關(guān)閉出煙口插板，能夠有效減少漏煙現(xiàn)象，從而保持炕體溫度。

（3）保溫墻。保溫墻建在炕體靠窗戶的一側(cè)，是一道雙層墻，目的在于保溫。雙層墻的中間寬度為50 mm，里面放置耐火保溫材料，提高了冷墻一側(cè)的熱能效率。

從兩種火炕的構(gòu)造上可以看出，架空炕的炕體架空，由單一的炕面增至兩個散熱面，更新的炕體內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造有效地利用了炕內(nèi)、炕外的煙氣流通空間，減少熱量損失，從而提高了室溫。不僅造型美觀，而且還能保持良好的室內(nèi)環(huán)境。

3落地炕與架空炕的熱效應對比

為了驗證構(gòu)造上的差異是否影響熱效應，針對黑龍江省龍爪鄉(xiāng)落地炕用戶和架空炕用戶，在其他方面都一致的條件下，對一天內(nèi)的室內(nèi)與室外溫度和炕表面溫度做了對比（圖7、8）。

由圖7可以看出，在-20 ℃的天氣下，架空炕用戶和落地炕用戶的室內(nèi)溫度的平均值在10 ℃以上，能夠保持良好的室內(nèi)微熱度環(huán)境。在18：00到次日03：00，落地炕用戶的室內(nèi)溫差較大，但架空炕用戶的室內(nèi)溫差較小，基本能達到持續(xù)恒溫并能夠持續(xù)保持良好的熱效應。

圖7黑龍江龍爪鄉(xiāng)1月9日室內(nèi)、室外溫度圖8黑龍江龍爪鄉(xiāng)1月9日炕面溫度由圖7、8可以看出，雖然室內(nèi)溫度很低，炕面溫度卻在33～40 ℃。根據(jù)醫(yī)學的相關(guān)知識，人體細胞不能忍受過高的接觸溫度，如果超過40 ℃，就會損害人體健康。因此，炕面的溫度值以25～35 ℃為宜。從圖8可以發(fā)現(xiàn)，從保護人體生理健康與滿足舒適性要求來看，架空炕炕面溫度大多數(shù)處于該舒適度范圍內(nèi)。

4落地炕與架空炕的節(jié)能效益分析

由于受地理環(huán)境的影響，東北農(nóng)村冬季漫長，因此冬季的采暖是主要的支出項目。在東北，取暖用能的燃料主要有煤炭、玉米梗和薪柴等。通過對落地炕與架空炕的節(jié)能分析[4]，分別對黑龍江省龍爪鄉(xiāng)落地炕和架空炕用戶一年內(nèi)冬季的采暖經(jīng)濟、資源和環(huán)境3個方面進行對比（表1、2）。

灶臺和火炕的能源消耗影響著東北農(nóng)村住宅的空氣質(zhì)量，農(nóng)村地區(qū)的空氣排放以生物質(zhì)燃料的二氧化碳、煤燃料的二氧化硫和其他有害物為主要成分。由圖9、10可知，與落地炕相比，架空炕耗能僅為落地炕的1/2～2/3，二氧化碳、二氧化硫等煙氣排放量大大減少，有效地凈化了空氣，對農(nóng)村環(huán)境的改善和保護有著積極的作用[5]。

圖9龍爪村架空炕用戶燃料氣體排放圖10龍爪村落地炕用戶燃料氣體排放5結(jié)論

通過對東北農(nóng)村住宅落地炕與架空炕的分析論述，得知架空炕是最適合東北農(nóng)村地區(qū)的采暖方式。在城市化進程加快的時代背景下，傳統(tǒng)文化、傳統(tǒng)技術(shù)、傳統(tǒng)生活方式面臨著巨大的挑戰(zhàn)和新的發(fā)展機遇。根據(jù)我國廣大農(nóng)村地區(qū)的住宅分布、自然條件等情況，無法采用集中烘暖的形式；另外與新型的供暖設施相比，架空炕在能源利用、節(jié)能的條件下更加貼近東北農(nóng)戶的生活需求[6]。對架空炕這種火炕形式在東北地區(qū)的推廣，是建設新農(nóng)村目標的需要，是改善農(nóng)村地區(qū)的生活環(huán)境，推進農(nóng)村技術(shù)發(fā)展，開創(chuàng)農(nóng)村新風貌的一項新課題。架空炕獨特的優(yōu)越性不僅可以充分利用生物質(zhì)能源，還可以提高冬季室內(nèi)環(huán)境舒適度，是一種在東北地域性特征基礎(chǔ)上，具有以人為本、可持續(xù)發(fā)展理念的新型資源節(jié)約型采暖方式[7]。

參考文獻

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[3] 胡莉莉.農(nóng)村節(jié)能吊炕的熱效益分析與應用研究[D].蘭州：蘭州大學，2012.

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