豫北地區(qū)合院式農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)研分析

周洪濤，楊鎮(zhèn)

（吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130118）

豫北地區(qū)合院式農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)研分析

周洪濤，楊鎮(zhèn)

（吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130118）

長久以來，我國農(nóng)村的住房建設(shè)以自籌自建為主，缺乏專業(yè)人士指導(dǎo)，由于農(nóng)民的收入水平相對較低且節(jié)能意識薄弱，農(nóng)民自主建設(shè)的房屋很少采取節(jié)能措施，造成室內(nèi)熱環(huán)境差、能耗嚴(yán)重等現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民收入水平的提高，農(nóng)村居民對住宅的室內(nèi)熱環(huán)境要求越來越高。

1 區(qū)域概況

豫北地區(qū)主要指河南省境內(nèi)黃河以北地區(qū)，包括安陽、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、鶴壁，濟(jì)源六市。該區(qū)域具有典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，降水集中在夏季。根據(jù)《河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（寒冷地區(qū)）》DBJ41/062-2012[1]，該區(qū)域?qū)俸銪區(qū)，建筑應(yīng)滿足冬季保溫要求，兼顧夏季防熱。

2 調(diào)研方法

2016年1-2月，筆者對安陽、新鄉(xiāng)兩市的南平村、西崇固村、袁河村等10個村莊進(jìn)行了調(diào)研。通過調(diào)查問卷和現(xiàn)場測試的方式，認(rèn)真了解住戶的生活習(xí)慣，住宅的平面布局和構(gòu)造做法，并測量記錄了部分住宅室內(nèi)溫度狀況。

3 調(diào)研結(jié)果

3.1 農(nóng)村住宅現(xiàn)狀

3.1.1 平面形式

該地區(qū)現(xiàn)有農(nóng)村住宅基本采用磚混或磚木結(jié)構(gòu)，平面形式多為1-2層合院，院落大多坐北朝南，在山區(qū)有些院落受到道路走向或地勢的影響朝向較為自由。圍墻限定院落空間，形成了對外封閉，向內(nèi)開敞的空間（見圖1、圖2）。庭院作為單體建筑的聯(lián)系紐帶，使同一院內(nèi)的各單體建筑與庭院空間組合在一起，成為一種室內(nèi)、室外共同使用的居住空間，適合大家庭居住[2]。

圖1 農(nóng)村住宅平面圖

圖2 豫北地區(qū)農(nóng)村住宅實(shí)景

3.1.2 層高

原有住宅凈高一般為3.0m，隨著年代的推移，新建房屋的層高逐漸增高，新建房屋凈高達(dá)到3.3m以上，個別房屋甚至達(dá)到了3.8m。

3.1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)（見表1）

表1 豫北農(nóng)村住宅相關(guān)現(xiàn)狀調(diào)研統(tǒng)計(jì)

（1）屋頂——平屋頂和坡屋頂數(shù)量上差距不大，坡屋頂做法均為傳統(tǒng)木屋架瓦屋頂；平屋面采用預(yù)制或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，僅作卷材防水或灰泥防水層，絕大多數(shù)沒有設(shè)置保溫層，屋頂?shù)谋匦Ч^差。少部分住宅有吊頂，一般為輕鋼龍骨紙面石膏板，構(gòu)造上不鋪設(shè)保溫材料。

（2）墻體——該地區(qū)農(nóng)村住宅外墻類型有磚墻和土石墻，土石墻只在年代較早的房屋中采用，新建房屋墻體一般為240mm實(shí)心粘土磚墻，外立面做法有清水磚墻、瓷磚或外墻涂料等。

（3）門窗——年代較早的房屋多采用木門窗，新建房屋為鋁合金門窗，也有較少的農(nóng)戶采用了塑鋼型材。單層玻璃由于成本低、加工簡單，在當(dāng)?shù)厥褂梅浅Ｆ毡椤Ｄ鹃T窗雖然導(dǎo)熱系數(shù)小，但由于長期使用，窗框產(chǎn)生了形變。新建住宅的門窗尺寸偏大，一般無保溫措施。

（4）地面——新建住宅地面面層采用瓷磚鋪地，年代較早的也有水磨石地面或水泥砂漿地面，地坪以下為素土夯實(shí)和碎磚石土。

3.2 采暖方式

考慮到經(jīng)濟(jì)上的原因，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一般只在主臥或客廳中采用燒煤爐或土暖氣提供持續(xù)供暖，并用于燒水以充分利用熱源，其它房間當(dāng)有人時通過空調(diào)、電熱器設(shè)備提供間歇供暖，即使如此，室內(nèi)人員在穿棉服的情況下仍感覺偏冷。另外，該地區(qū)習(xí)慣將廂房或倒座作為廚房，因炊事產(chǎn)生的大量熱量直接散失而不能被臥室和客廳等生活空間有效利用。近年來，由于我國城鎮(zhèn)化的加速，天然氣逐漸走進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕嫁r(nóng)村，在有些家庭開始使用壁掛爐采暖，這種采暖方式具有干凈、升溫快的特點(diǎn)。

當(dāng)?shù)孛禾抠Y源豐富，冬季農(nóng)戶將煤作為熱源供熱，煤在室內(nèi)以直接燃燒的形式釋放熱量，燃料的利用率不高，能量浪費(fèi)嚴(yán)重，且會有少部分CO、顆粒物等飄散到室內(nèi)，導(dǎo)致空氣質(zhì)量差，夜間易發(fā)生煤氣中毒等現(xiàn)象。

3.3 冬季太陽能的利用

豫北地區(qū)全年日照時數(shù)2200～3000h，屬于太陽能資源較豐富的地區(qū)，具備利用太陽能的有利條件。目前在該地區(qū)農(nóng)村太陽能技術(shù)推廣較多的有太陽能熱水器、被動式太陽房等（見圖3），按集熱形式來講，被動式太陽房以直接受益式和附加陽光間為主，有的住宅在正房廊檐下做玻璃幕墻，避免了冬季冷風(fēng)直接進(jìn)入主要房間，同時起到了保持室內(nèi)干凈衛(wèi)生的目的。這種類似附加陽光間的空間使冬季白天可以接受更多太陽輻射，但由于沒考慮保溫和蓄熱處理，所收集的熱量不能很好地利用和蓄存[3]。

圖3 太陽能利用情況

3.4 室內(nèi)熱環(huán)境測量

調(diào)研期間用RC-4溫度記錄儀測量記錄了3組農(nóng)戶冬季采暖房間與室外溫度變化情況，具體測試時間為不同時段內(nèi)一天當(dāng)中從當(dāng)日10∶00到次日10∶00，每半小時記錄一次（見表2中的圖片）。

住宅A為二層坡屋頂，正房朝向?yàn)槟舷颍瑢痈?.4m，墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用24磚墻兩邊抹灰，木門窗，東耳房用作臥室采用煤爐持續(xù)供暖。測量結(jié)果：在中午時由于人員頻繁出入，室內(nèi)的溫度出現(xiàn)波動，夜間煤爐在封火處理后室內(nèi)氣溫下降到10℃左右時保持恒定。

住宅B為一層平屋頂，正房南向，層高3.5m，24磚墻，鋁合金門窗，正房西側(cè)房間作為臥室使用，采用土暖氣對正房的所有房間持續(xù)供暖。由于供暖面積較大，室內(nèi)溫度提升緩慢，在上午10:00-19：00上升了10℃，但由于缺乏必要的保溫措施，室內(nèi)供熱量變少后溫度下降較快。

住宅C為單層坡屋頂，正房南向，層高3.7m，24磚墻，木門窗，正房的西側(cè)隔出臥室，采用燃?xì)獗趻鞝t提供間歇供暖。壁掛爐通過燃燒燃?xì)猓瑢⒐┡到y(tǒng)管內(nèi)的水加熱，循環(huán)水泵將加熱的水流過安裝在室內(nèi)的散熱器中發(fā)出熱量，達(dá)到供暖的目的，從測量結(jié)果可看出供暖設(shè)定溫度在8℃左右。

測量得到的3個住宅的采暖房間平均溫度分別為11.2℃、10.9℃、7.7℃，最高溫度為16.2℃，最低溫度為5.4℃。絕大部分時間室內(nèi)溫度維持在8～12℃，低于《農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[4]中室內(nèi)計(jì)算溫度為14℃的標(biāo)準(zhǔn)。

4 熱環(huán)境不佳原因分析

表2 豫北農(nóng)村住宅室內(nèi)外溫度測量情況

4.1 層高過高，體形系數(shù)過大

新建農(nóng)村住房層高一般在3.4m以上，由于傳統(tǒng)上農(nóng)戶們普遍認(rèn)為高大的房屋敞亮、氣派，而沒有意識到對能耗的影響，且農(nóng)村存在跟風(fēng)建設(shè)和攀比心理，新建房屋的層高普遍過高，而參照《節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，農(nóng)村居住建筑室內(nèi)凈高不得超過3.0m[2]。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱能力差

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑保溫體系中最重要的環(huán)節(jié)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量占建筑耗熱量相當(dāng)大的比例。在農(nóng)村地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造相對簡單，墻體只采用了實(shí)心粘土磚作為承重材料，兩邊做砂漿抹面，墻體傳熱系數(shù)過大，造成冬季室內(nèi)陰冷，夏季高溫悶熱。特別對于平屋頂和受到西曬的房間，夏季直接受到陽光輻射，室內(nèi)熱環(huán)境更差。

4.3 窗墻比偏大，門窗密閉性差

合院中，幾乎所有房間的開窗都朝向院落，只能單側(cè)采光。新建住宅中，窗洞口加大以獲得更多光照，窗墻比大概在0.6左右。由于木門窗框時間長容易變形，鋁合金窗大都采用推拉窗扇的形式，窗的氣密性差，易冷風(fēng)滲透，保溫性差。

4.4 建筑空間布局不合理

圖4 廂房的遮擋情況

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)廂房山墻與臥室窗的距離一般只有1～1.5m（見圖4），且農(nóng)宅的廂房屋檐對正房造成了嚴(yán)重的遮擋，影響了正房兩側(cè)臥室的采光和通風(fēng)。

5 結(jié)語

此次主要從住宅現(xiàn)狀、室內(nèi)熱環(huán)境、采暖和太陽能利用等幾個方面對豫北地區(qū)農(nóng)村住宅進(jìn)行了調(diào)研。通過以上情況得出如建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能差、冷風(fēng)滲透嚴(yán)重、采暖能耗大等問題，并分析了該地區(qū)農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境不佳的原因。新農(nóng)村建設(shè)不能將城鎮(zhèn)房屋的做法簡單照搬到農(nóng)村中，為了達(dá)到改善居住環(huán)境、建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，應(yīng)當(dāng)對既有農(nóng)村住宅采取一些必要的構(gòu)造措施，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，挖掘農(nóng)村巨大的節(jié)能潛力。

[1]河南省建筑科學(xué)研究院有限公司.DBJ41/062-2012河南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：寒冷地區(qū)[S].河南省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2012.

[2]張獻(xiàn)梅，左滿常.河南民居院落平面布局特征[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（35）:15474-15476

[3]籍仙榮，杜俊芳，沈濤.被動式太陽能在山西農(nóng)村居住建筑中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能，2013，41（5）:39-44.

[4]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.GBT50824-2013農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study and Analysis on Indoor ThermalEnvironmentof Rural Courtyard Houses in North Henan Province in Winter

該文通過調(diào)查問卷、實(shí)地訪談以及現(xiàn)場測試的方法，了解豫北地區(qū)合院式農(nóng)村住宅熱環(huán)境現(xiàn)狀、太陽能利用等，重點(diǎn)分析了冬季室內(nèi)熱環(huán)境情況。結(jié)果表明該地區(qū)現(xiàn)有農(nóng)村住宅存在的一些問題，如體型系數(shù)大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)大、室內(nèi)熱舒適性差等。

豫北地區(qū)；合院式；熱環(huán)境；農(nóng)村住宅；調(diào)研現(xiàn)狀

this paper,by methods of investigation,survey and field measurement,studies the thermalenvironmentstatus quo and solar energy utilization of ruralcourtyard houses in north Henan province,especially the indoor thermalenvironmentin winter.The results show that there existsome problems in the currentruralresidences,for instance,high shape coefficient,large heattransfer coefficient,and poorindoorthermalcomfort,etc.

north Henan province;courtyard houses;thermalenvironment;ruralresidence;research status

TU111

A

1671-9107（2017）02-0014-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.02.014

2016-09-27

周洪濤（1974-），男，吉林長春人，研究生，副教授，主要從事建筑設(shè)計(jì)中的氣候適應(yīng)性策略及建筑節(jié)能構(gòu)造、技術(shù)的研究及應(yīng)用。