甘谷地區農村住宅現狀及圍護結構節能建議

李喜娟

(蘭州信息科技學院，甘肅 蘭州 730300)

0 引言

近年來，我國一直在加強新農村建設，推行各種利民政策，脫貧已成為國家工作的重點。而住房問題與老百姓生活息息相關，伴隨著農村改革以及農村經濟的全面發展，不同程度地掀起了農村建設的高潮。但是農村建設中又存在施工隊伍整體質量不好、農舍的建筑設計規范不健全、農民環保意識差等問題。隨著全球能耗的增加，我國建設部對建筑能耗提出節能65%的要求[1]。

耗能研究離不開碳排放，而甘肅甘谷縣農村冬季取暖依舊采用燒煤方式，用戶在耗費較大能量的同時得不到較好的取暖體驗，老百姓取暖需求與環境污染矛盾得不到緩解，根源在房屋外圍護結構保暖性差。因此對農村住房進行節能改造，應優先進行圍護結構的節能改造。

1 國內外研究現狀和趨勢

美國國家能源部在《建筑技術項目2008—2012年規劃》中明確指出，美國關于建筑節能發展的戰略目標是到2020年實現“零能耗建筑”試點項目成功，并完成在建筑市場上開始建設，到2025年實現“近零能耗建筑”，甚至“零能耗建筑”的產業化發展[2-3]。在英國，政府為了引領公民合理科學地節能，成立了專門的節能部門，英國的農村住宅利用隔熱保溫性能好的外圍結構，采取了合理的節能措施，在院落設計方面，綜合考慮朝向、釆光對于住宅取暖的影響[4-6]。日本也于20世紀在全國范圍內進行“造村運動”[7]。上述國家的節能措施對加快我國農村基礎設施建設、改善村容和環境等方面提供了很好的借鑒。

通過能耗模擬軟件對建筑能耗進行模擬是建筑節能優化的常用手段[8-9]。李舒揚[10]借助Design Builder等建筑節能模擬軟件，對山東地區鋼結構綠色農宅案例節能效果進行模擬與分析，得出適用于山東地區農住宅的圍護結構形式，并利用該地太陽能資源豐富的特點，將太陽能熱水系統與農宅一體化。劉丹[11]利用生態模擬軟件的研究方法，對典型新型農宅進行室內溫度及被動組分得熱模擬分析，指出西北地區鄉村節能住宅在空間形態方面，可利用合理的熱環境分區、附加陽光間、加強夏季自然通風、采用節能型炕以及庭院綠化等措施進行住宅節能。周茗如等人[12]在適合甘肅農村住房的建筑節能技術中指出有效利用太陽能的重要性，并有了“太陽房”的概念。敖鑫等人[13]通過實地調研和DeST耗能軟件進行能耗分析發現，農舍墻體圍護結構差從而導致冬季取暖耗熱量加大的同時室內溫度難以提高到較為舒適的范圍，提出從墻體圍護入手改善農房室內環境及舒適性，真正因地制宜實施農房節能改造技術措施。

2 甘谷地區住宅現狀及圍護結構節能方案

2.1 甘谷地區農村建筑住宅現狀

甘谷縣位于甘肅省東南部，天水市西北部。全縣平均海拔1 972 m。該地區屬大陸性季風氣候，冬季受高壓的影響，溫度低、濕度低、較干燥。該地區農村住宅修建沒有統一管理標準，按照農戶意愿及自身經濟條件進行自建，因此住宅的建筑材料、墻體保溫等沒有規范要求。如圖1所示，圖1(a)為窯洞，作為儲藏所用；圖1(b)同樣作為儲藏所用建筑，但建筑形式有圍墻與屋面，建筑物材料選取上沒有統一要求，磚、木、混凝土較為常見；圖1(c)為20世紀80～90年代用木、土坯或磚建筑材料所修建的堂屋，該類建筑在甘谷農村住宅依舊占有較大比例；圖1(d)為新修建筑中應用率高的鋼筋混凝土材料所做的堂屋。不論應用哪種建筑材料，在墻體的保溫性能上都存在熱耗過高的情況。

當前農戶房屋面積大、外圍護結構的保溫性能差，儲物間、廁所等房屋甚至沒有任何保溫措施，這些都導致冬季取暖耗熱量大，熱損過多。雖然“煤改電”“煤改氣”是國家所倡導的措施，但在甘谷地區農村實施相對困難，多數老百姓還是采用傳統燒煤方式取暖，相比其收入，取暖費用高。因此對農戶住房進行節能改造，在進行熱源側改造前，應優先進行圍護結構的構造。

2.2 圍護結構不同的保暖方案

外墻、外門窗、屋面等圍護結構是住宅建筑節能的關鍵部分。對于經濟環境較差、建筑施工薄弱的農村地區，圍護結構采用的建筑材料與施工技術，決定了農村住宅建筑最終的節能性與居住的舒適性。鑒于此，在綜合考慮甘谷地區的農村住宅特點以及地理位置環境的基礎上，在設置外墻保溫施工方案時，應綜合考慮材料的經濟性、環保性、就地取材是否便利、導熱性等，最終的方案對比如表1所示。

(a)窯洞儲藏室 (b)簡易結構儲藏室

(c)采用磚-木材料的堂屋 (d)采用鋼筋混凝土材料的堂屋

表1 外墻保溫層方案對比

墻體保溫方案技術如圖2所示，在材料選取上盡量考慮“鄉土材料”，如秸稈、草磚、粉煤灰空心磚等材料均為本地易取材料，價格便宜、就地取材、施工難度低，適合該地區基本環境與建筑水平。屋面保溫設計時，不僅考慮其保溫性能，還要考慮排水性、防水層的設置。與墻體保溫材料的選取相同，在屋面保溫材料上也設置綠色環保的“鄉土材料”——秸稈，同聚苯乙烯保溫板作比較，探討是否“鄉土材料”具有更好的保溫性能。屋面各方案屋頂構造層次圖如圖3所示。

(a)方案一 (b)方案二 (c)方案三

(a)方案一 (b)方案二

2.3 DeST-h軟件模擬節能效果

DeST(Desinger's Simulation Toolkit)是建筑環境及HVAC系統模擬的軟件平臺，DeST軟件平臺是清華大學建筑科學系在2004年研發的耗能軟件，主要用于住宅建筑熱特性的影響因素分析、住宅建筑熱特性指標的計算、住宅建筑的全年動態負荷計算、住宅室溫計算、末端設備系統經濟性分析等領域[14]，距今已有十余年的實際使用經驗，建筑參數的設置、節能模擬的實際應用性較為成熟。因此，不同的保溫方案均用DeST耗能軟件進行節能效果的模擬。最終外墻、屋面不同方案時采暖負荷計算分析如表2所示。

表2 采暖負荷計算結果

表2中的節能效率模擬反映的是冬季寒冷時期的負荷節能效率，而不是全季節的節能效率，從表中可以看出，墻體方案二，也就是草磚墻體在保溫性能上優于其他2種方案。但從環保的角度考慮，墻體保溫方案一中秸稈不僅與當地環境有效結合，提高秸稈的利用率，而且減少了焚燒帶來的污染，其節能效果不比另外幾種方案弱。屋面保溫方案中，傳統材料使用時的保溫性能與擠塑型聚苯乙烯板保溫相差不大，但從經濟、環保方面，并結合農村住宅特點，方案一更適合該地區。

3 結語

在農村民用建筑材料的選用上，應該考慮住宅的實際情況，與一般多層、高層建筑材料相區分。考慮鄉土材料在農村就地取材，造價低，同時施工工藝簡單，熱工性能并不比多層、高層建筑中所采用的材料差，結合現代技術，對傳統鄉土材料在其材料特性和構造上進行改進，加大材料的耐久性，提高強度。可見，鄉土材料在農村住宅這樣規模小、層數小的建筑中運用是可行的。如果這些鄉土材料能在農村住宅建設中加以推廣，不僅可以減少造價，而且還環保、綠色，對于環境的污染比鋼筋混凝土結構少得多，在使用壽命結束以后不久還可以重復利用。在外圍結構保溫材料的選用上，如果能加入當地豐富的秸稈材料，制作成秸稈保溫層，既達到了保溫的效果，還能解決農民們處理秸稈材料的難題，減少焚燒帶來的污染。