冀東地區農村住宅被動式節能研究

(河北建筑工程學院建筑與藝術學院 河北 張家口 075024)

冀東地區農村住宅被動式節能研究

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)

我國農業戶口較多，農村住宅存在能耗大、室內舒適性差等的問題。針對此現象，本文以冀東地區鄉村民居的現狀以及發現的問題為出發點，采用地域特色的被動式策略和設計方法，改善當地居民的熱舒適環境，并通過軟件模擬的方法來驗證不同被動式設計策略的節能貢獻率以及最優組合方案。

冀東地區；農村住宅；被動式；軟件模擬

一、引言

為減輕農村經濟壓力，改善農村住宅居住環境，國家對農宅節能創新投入了大量資力。寒冷地區農宅，冬季采暖技術相對落后，造成室內環境污染嚴重，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一體化；轉變能源結構，增加對可再生能源的利用；減少農村住宅在采暖上的成本投入而提高室內熱舒適度。

二、冀東地區農村住宅節能現狀分析

為深入了解冀東地區農村住房建筑現狀，分別對唐山、秦皇島的典型村鎮進行了實地考察和問卷調研，調研內容包括外墻做法、屋頂結構形式、門窗類型及氣密性、地面做法。冀東地區農村住宅調研結果如下:

1.外墻。冀東地區農村住宅外墻材料以磚墻、土墻、石墻為主。外墻材質以磚墻居多，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%的內墻的厚度為240mm。土墻以及石墻材質占比較低，且建造時間較早(一些新型的生土建筑除外)，區域性劃分比較明顯，土墻厚度以400mm為主。農村外墻裝飾以水泥勾縫或涂料為主，經濟條件較好的農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，經過人工壓實成型。在本世紀以后平屋頂結構多采用現澆混凝土，結構層上面擱水泥砂漿找平層及防水層。混凝土及輕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%的農戶采用了鋁合金門窗。通過對部分農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《農村居住建筑節能設計標準》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、農村住宅被動式技術設計策略及應用

在對冀東地區農村住宅實地調研之后，總結適和農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。對適宜農村住宅的構造做法進行優化改良，將優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，有利于優化微氣候和減少能耗。氣候防護單元應充分結合當地的自然環境、氣候、建筑功能、人的行為活動等特點。在寒冷地區農村應充分爭取及利用日照，合理組織內部氣流，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能效益。朝向對于建筑節能影響很大，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，從節能角度出發，總平面可以自由布置情況下，農村住宅應首先選擇南北朝向的長方形建筑(如圖1所示)。

2.外圍護結構節能設計。方案中外墻使用了傳統的墻體材料，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，經計算其節能效果比370mm黏土磚墻高了一倍左右，傳熱系數為K=0.5W/(m2·K)，滿足節能設計標準的要求。方案選用了中空玻璃鋁合金外窗，節能且環保，其傳熱系數K=1.8W/(m2·K)，滿足節能設計標準的要求。通過優化外墻、外窗、屋頂的材料選型和構造做法，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宅的室內舒適度。

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，因此在農宅設計中，采用被動式太陽房是一種經濟有效的的方式。

借助Ecotect軟件中的Weather Tool模塊對當地被動式太陽房的朝向進行分析后，得到農宅最優朝向(如圖2)，采用被動式太陽房，農宅室內舒適區域范圍得到擴大，人體舒適度也明顯增加，同時過渡季節的建筑能耗也有了明顯降低的趨勢。

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

圖2 被動式設計最優朝向(作者自繪)

四、結論

1.通過基礎資料的收集整理和實地調研，在冀東地區農村住宅的能耗現狀的研究指導下，做出分析、綜合與歸納，總結出冀東地區農村低碳住宅現存的主要問題，并通過大量的收集資料進行比較分析，為以后冀東地區的農村住宅的建設提供一定的參考。2.通過對冀東地區農村民居的實地調研，發掘當地地域特色，并將其利于當地農村生活居住的傳統技術傳承下去。3.冀東地區農村民居傳統的技術與被動式技術相結合創造出符合本土化的技術措施。

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

[2]崔艷秋,鄭海超,趙娜.寒冷地區村鎮住宅被動式技術設計策略探討[J].建筑節能,2016,44(02):52-55.[2017-09-17].

[3]葉昆山,程蓮萍.淺析北方農村住宅節能設計[J].安徽農業科學，2008，(28):12537-12538.[2017-09-17].DOI：10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.28.020

校級A“農村住宅被動式節能技術的應用研究——以冀東地區為例”，項目編號XA201714

任志坤(1987-)，男，研究生在讀。

成帥(1991-)，男，研究生在讀。