對于中國北方農村建筑節能工作發展現狀的分析及節能技術策略的建議

劉璇 陸羿杉 于卓成 朱雨晴

青島理工大學 山東 青島 266000

1 引言

提高農村建筑的居住舒適程度，關鍵在于制定切實可行的農村建筑規劃體系，貫徹因地制宜的發展策略，改善農村建筑的生活居住條件。其主要工作分為兩方面：一方面，通過政府的大力扶持，加大節能建筑的建設力度；另一方面，要普及節能知識，增強村民節能意識，以便更加深入地發展節能建筑技術。

本文對我國農村建筑用能總體情況和特點進行分析，發現了農村建筑能源消耗存在著能源利用率低、生活舒適度差等主要問題；通過對農村居住建筑現狀和建成案例的分析，總結得到我國北方農村建筑節能的具體技術思路和解決方法。

2 農村居住建筑現狀分析

2.1 建設觀念陳舊，缺乏科學規劃

現如今，大多數村民缺乏對于建筑設計的科學規劃，農村建筑建設水平參差不齊，相當一部分建筑存在著隨意搭建，破壞用地、功能混亂等諸多問題；此外，由于經濟條件的制約，建筑施工技術在農村受限頗多，建筑材料往往質量不高、做工粗劣；外墻、外窗等圍護結構做法過時，保溫性能差，十分不利于節能技術的應用。

但隨著經濟的迅速發展以及美麗鄉村的快速建設，村民對生活居住環境有了更高層次的要求。為圖省錢省力，村民常常自行建設住宅，僅追求外表而忽視了建筑節能設計。總的來說，農村建設觀念陳舊,缺乏總體性科學指導與規劃以及資源利用不合理等問題，阻礙了農村建筑的節能發展。

2.2 環境影響大，資源消耗快

農村建筑節能問題是全國建筑節能推進的重要一環，其中尤以北方農村建筑為甚。據清華大學的調查結果顯示，全國建筑總能耗中，農村建筑能耗量約占全國建筑總能耗的37%，而北方地區農村平均建筑能耗為南方兩倍不止；此外，北方農村住宅建筑通常存在著體量較大、分布分散的特點，加之處于寒冷或嚴寒氣候區，節能保溫措施等較為缺乏，化石燃料能源消耗量大，總體處于能耗高、能效低的水平。

2.3 相關政策應運而生，節能推廣任務任重道遠

目前，國家正大力推廣綠色建筑技術在建筑方面的運用，出臺了一系列的相關政策。但由于農村建設水平有限，各地區基本沒有形成適宜的技術路徑，節能建筑建設受到多方面的掣肘，總體進程較為緩慢。但有些成功實踐案例已經提供了可供借鑒的經驗，推廣節能技術有了可靠現實的基礎。

3 改善北方農村居住建筑節能技術的研究措施

3.1 被動式太陽能技術的利用

農村建筑層數大多是層高較低的單層或多層建筑，能夠充分利用太陽能資源。

3.1.1 直接利用

直接得熱是被動式太陽房中最簡單普通的一種形式。太陽輻射通過南向窗戶照射進來，室內升溫快，構造簡單。在設置時應使玻璃窗應朝向正南，適當增大表面積，以提高建筑的集熱面積；窗玻璃的類型應盡量選用漫射，避免室內使用者受到陽光的直接照射。

除注重玻璃選材外，室內也應設置磚、土坯等貯熱體，貯存過剩熱能，減少室內溫度的波動幅度。

3.1.2 集熱-蓄熱墻式

集熱-蓄熱墻是一種間接利用太陽能的采暖方式，此種太陽能被動利用方式最早由法國學者特朗勃（Trombe)等提出，因此其中的蓄熱墻體部分又被稱為“特朗勃墻”。其做法即在直接受益式太陽窗后面加筑一道結構墻，使太陽光首先照射到南向的深色儲熱墻體上，該墻體吸收太陽輻射，溫度升高，一部分熱量通過透明蓋層散向室外，另一部分加熱夾層內部空氣，產生密度差，通過上下通風口形成自然對流，余下熱量通過集熱墻體傳入室內。通過傳導將熱量傳到墻體的另外一側。

集熱墻的外表面常涂有吸收層，增大了熱量的吸收率，提高了蓄熱墻的蓄熱效率。

3.1.3 附加日光間式

附加日光間也是一種間接利用太陽能的得熱方式，工作原理和直接得熱式相同，后部房間的集熱方式則跟集熱一蓄熱墻式系統相似，因而兼有兩種系統的優點，即熱效率高、室內溫度波動小，同時方便打掃。其具體做法是利用雙層透明玻璃墻，在房屋南部設置南向緩沖區，在地板及日光間與房間之間墻體等部設置貯熱體，存儲熱量；并通過設置卷式保溫簾減少夜間熱損失。這種被動式太陽能利用手段可應用于新建房屋，也可用于舊房改造。

3.1.4 綜合得熱

在建筑設計中，被動式太陽能的利用通常是綜合考慮多種利用形式，采用有效的手段加以結合，使之發揮各自特點，成為一個有效利用太陽能的綜合系統。

為保證房間內部達到較高的太陽能供暖率，應盡量減少房間的進深；在房屋外部設置太陽能構件，增添建筑的設計感，在滿足節能設計需求的同時提高立面的美學趣味。

農村建筑綜合、合理采用被動式節能技術，能有效的降低農村建筑采暖能耗，并有效提升冬季室內溫度。

3.2 建筑圍護結構節能設計

3.2.1 門與外窗

門與外窗屬于透明圍護結構，有采光、通視功能，在圍護結構總面積中占約30%-60%，可以引進較多的太陽輻射，同時也會造成冷風滲透與傳熱損失，綜合保溫能力較低。大部分單層門窗密封性差，保溫性能一般。但由于經濟條件的限制，北方農村建筑的門窗大部分為單層，熱阻較小，不適用于寒冷及嚴寒地區，熱量容易透過窗戶產生較多的熱損失。為盡量減少這一損失，應在滿足自然通風和采光的要求下做到以下幾點：

1.減少窗墻比，控制建筑的采暖耗熱量。

2.提高氣密性，采用密封條對外窗、幕墻等進行密封處理，減少冷風滲透耗熱量。

3.提高窗框保溫性能，選用空心型材、隔熱構件等，使內部形成空氣間層，增強其密封性，以此來提高窗的總熱阻。

4.選用Low-E中空保溫玻璃，提高玻璃的保溫能力。

3.2.2 外墻

外墻散失的熱量約占整個圍護結構總能耗的 30%，對建筑物的整體能耗水平有著一定的影響。因此寒冷地區的北方農村建筑外墻設計，應首先注重減小體形系數，即盡量減小外墻的表面積，減少能耗。除此之外，外墻材料也是影響外墻耗熱量的重要因素，在材料選擇時，可選用較有發展前途的新型保溫材料，如聚苯乙烯泡沫塑料顆粒、EPS板等；同時在建造時靈活選取構造措施，可采用外墻外保溫的構造做法，降低溫度應力作用，提高熱穩定性，減少保溫層內部水汽凝結。

3.2.3 屋面與地面

除去外墻、外窗等一般圍護結構，屋面與地面作為房屋的第五立面，不僅影響建筑的樣式與美觀程度，在一定程度上也會對整體節能設計有所影響。農村建筑建設中可以采用坡屋頂，設置架空層或設置吊頂層，并選用導熱系數小，可就地取材的保溫材料，可以在兼顧經濟條件的情況下有效減少屋面的熱損失。

地面保溫節能設計可以通過在地面墊層下鋪設爐渣等其他保溫材料，以及采用低溫熱水地板輻射采暖的方式，加強周邊地面保溫構造節能效果，減小熱能的損耗。

3.3 美麗鄉村低碳住宅體系

近年來，鄉村建筑節能設計有了明顯的進展。海南大學結構工程研究所研究設計出了一種新型節能住宅體系，該體系綜合考慮了受力骨架、樓面、屋面和圍護結構四部分的節能處理設計：整體受力骨架采用小截面H型鋼、冷彎薄壁型鋼或輕鋼龍骨，經焊接、螺栓連接或自攻螺釘連接而成，能承受建筑正常使用情況下的各種豎向荷載和水平荷載；樓面采用冷彎薄壁型鋼或木梁與OSB定向板復合結構，下設隔音層并用防火石膏板封閉；屋面采用輕型保溫屋蓋系統，在輕鋼屋架上鋪OSB定向板等結構板材，依次鋪秸稈草磚保溫材料、防水層，最后鋪設屋面瓦材，下設隔氣層并用防火石膏板封閉，有效減少了屋面的熱損失；墻體用輕鋼－秸稈草磚復合墻體結構，用200～400mm厚秸稈草磚在輕鋼骨架內側或外側砌筑而成，用鋼拉條或木拉條將草磚與輕鋼骨架固定，表面經草筋泥或水泥砂漿找平后外掛鋼絲網抹灰，或掛設防水結構板材；內墻在輕鋼骨架雙側掛鋼絲網抹灰或掛木板、OSB定向板及水泥纖維板、石膏板等圍護，內填小厚度秸稈草磚或其他隔音材料，表面根據實際情況進行抹灰找平處理；外墻門窗全部采用隔熱性能好的塑鋼門窗，建筑節能率可達到65%以上。

整體建筑體系適用于嚴寒地區農村建筑，目前項目已在在吉林省安圖縣成功建成1棟二層示范建筑，經5年監測，各方面性能均滿足使用要求[7]。

3.4 沼氣及其他能源的開發與應用

農村燃料常以干柴、秸稈等為主，受季節限制往往會儲備不足。沼氣的利用可以解決燃料缺乏問題，還可以實現采暖、照明等多方面的利用。除了燃料以外，肥料也是農民較需要的能源，比起化肥，沼氣生產過程中的沼液和沼渣等副產品可作為有機肥料，提高能源的利用效率，省錢省力。

除沼氣能源外，淺層地熱能源也是可供利用的一種能源：利用淺層地熱能，設置地源熱泵系統可以進行供熱制冷等需求，在農村地區可以進行集中規劃建造，從而節約燃料的使用；此外，部分地區風能資源也十分充足，可以選用風力發電的方式，供應日常生活和照明用電，因地制宜，方便廉價，實現了可再生能源的利用。

3.5 農村建筑節能管理

節能設計是實現建筑節能的關鍵環節，節能管理也是保證節能建筑技術大力推廣的必要條件。我們要建立健全農村建筑節能管理機制，落實建筑節能規劃設計，通過普及節能建筑知識，提高農民的節能意識，改變陳舊建設觀念，在建設初期階段對當地自然資源情況以及能源綜合利用工作的可行性進行全面分析，以便進行因地制宜、選取利用當地廉價易得的節能建筑材料，實施最適宜當地環境的解決辦法。此外，對集中的沼氣、采暖系統等公用能源設施進行統一管理。

4 北方農村建筑節能工作實踐案例：河北豐寧滿族自治縣云霧山村——生物質壓塊采暖示范村

為推進農村能源清潔開發工作，承德市豐寧縣云霧山村作為示范村，充分利用了當地玉米秸稈等生物質資源，將壓塊后的秸稈作為農戶采暖、炊事的燃料，同時對爐具、民居墻體等進行了節能改造。

在當地政府幫助下，云霧山村在村內自建了一個秸稈壓塊加工廠，農戶收集秸稈運到工廠進行壓塊加工處理，得到農戶采暖、炊事的基本燃料。

自2010年啟動了美麗鄉村建設活動以來，該村高標準建成新民居178戶。戶型分為兩種：96㎡房型，約占新民居總數的83%；72㎡的房型，約占17%。每戶均有廚、衛、浴配套，并統一規劃建設了吊炕、節柴灶等配套節能設施。

4.1 外窗改造

一般情況下，窗戶的保溫隔熱性能遠遠小于外墻，窗墻面積比越大，室內空調采暖能耗也越大。因此，從降低建筑能耗的角度出發，必須限制窗墻面積比。云霧山村建設的新型節能民居對外窗進行了一定的改造：北向窗墻比控制在0.1，南向窗墻比約為0.7，并將原有單層玻璃窗更換為雙層中空玻璃窗，使得保溫效果更佳。

4.2 外墻改造

2014年，該村統一對所有178戶新民居進行了外墻保溫改造。外墻保溫基本構造由內向外依次為：墻體、基層處理、聚合物粘結砂漿、膨脹聚苯板（或巖棉保溫板）、耐堿網格布、外墻柔性耐水膩子、浮雕飾面層。

4.3 改造成果

全村農戶對更換后的秸稈壓塊爐系統總體評價良好，其主要優點有：著火快，火力旺，炒菜做時比使用柴灶更方便：不倒煙、更清潔、填火后屋內溫度上升速度快。

采暖能耗量相當情況下，采用秸稈壓塊采暖農戶年均秸稈壓塊消耗量為2.5~3.5 t；作為輔助能源，年均散煤使用量約0.25 t，柴火約為0.375 t；散煤采暖農戶同時使用少量秸稈壓塊和少量柴火，其年均散煤消耗量約1.5~3 t，整體耗煤量有了大幅度減少。

圖1 采暖能耗分析

5 總結

在農村住宅建筑設計上，必須本著以人為本的態度，從廣大農民的利益和經濟水平出發,建設適應新時期農民生活需要的可持續節能環保住宅，并依靠、利用當地現有自然資源引導農村住宅向節能、節水、節材、節地的環保方向發展，通過住宅的改變來靈活適應農村生活方式的轉變，從而提高農民生活質量，推動農村經濟發展，為構建和諧的社會主義新農村做出貢獻。