李春姬 金日學

(吉林建筑大學建筑與規(guī)劃學院，長春 130118)

1 嚴寒地區(qū)農(nóng)村住宅概念及特點

長期以來，我國嚴寒地區(qū)的農(nóng)村住宅能源供應(yīng)嚴重不足，大部分住宅仍舊使用傳統(tǒng)的火炕、火墻等分散式采暖方式，熱效率低，建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能差，能源浪費嚴重，熱功效能與《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能65%設(shè)計標準》相差甚遠，如果不采取有效的節(jié)能措施，新建建筑和既有建筑能耗會進一步加速我國能源緊張的狀況.因此，實現(xiàn)農(nóng)村建筑節(jié)能，尤其是解決嚴寒及寒冷地區(qū)的農(nóng)村住宅的節(jié)能及保溫迫在眉睫.

根據(jù)我國建筑熱工分區(qū)劃分，嚴寒地區(qū)包括內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林等地區(qū).這些地區(qū)的最冷月平局溫度在－10℃以下，且全年日平均溫度≤5℃的天數(shù)≥145天［1］.特殊的氣候條件要求該地區(qū)的農(nóng)村住宅必須充分滿足冬季保溫要求.本文以吉林省地區(qū)農(nóng)村住宅及傳統(tǒng)民居為研究對象，重點探討住宅的節(jié)能設(shè)計策略.

2 嚴寒地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能現(xiàn)狀

(1)圍護結(jié)構(gòu)熱工性能差，冬季室內(nèi)溫度低.由磚、土砌筑的墻體圍護結(jié)構(gòu)熱工性能欠佳;門窗質(zhì)量差，寒風滲透嚴重;屋頂保溫不達標，導致大面積散熱;

(2)取暖設(shè)施效率低下，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量差.嚴寒地區(qū)農(nóng)村住宅大部分采用火炕式取暖，以稻草、秸稈、煤為主要的取暖燃料，單一的取暖設(shè)施導致熱效率低下，能耗高.此外，在取暖與炊事為一體的傳統(tǒng)廚房格局中燃料占地面積過大，致使室內(nèi)環(huán)境污染嚴重.

如何通過建筑自身合理的功能布局提高建筑的節(jié)能效應(yīng)，通過采用潔凈新能源提高能效并保護環(huán)境，實現(xiàn)建筑節(jié)能的低造價與技術(shù)適應(yīng)性，這是農(nóng)村建筑節(jié)能領(lǐng)域亟待解決的重要課題.

3 嚴寒地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能措施

3.1 空間布局

(1)采用二列型平面. 其中南面進深大，布置臥室、起居室等主要功能房間;北面進深小，布置廚房、儲藏間等輔助空間.此類平面通過北面的輔助空間形成“雙重墻體”，大大提高建筑的御寒能力(見圖1);

(2)建筑南側(cè)加設(shè)可封閉的多功能平臺. 通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在長白縣、靖宇縣等長白山周邊地區(qū)，不少農(nóng)村住宅和傳統(tǒng)民居冬季在住宅南側(cè)加設(shè)塑料大棚，用來抵御冷風，但現(xiàn)有設(shè)施外觀簡陋、技術(shù)粗糙.考慮節(jié)能、經(jīng)濟、美觀、多功能等要求，圍合結(jié)構(gòu)采用斷橋鋁框和雙玻折疊門，并在條件允許的情況下屋頂設(shè)置可調(diào)節(jié)遮陽棚.該平臺春、夏、秋季可開啟，為使用者提供休息、晾衣、晾曬農(nóng)作物、室外家庭作業(yè)等功能;冬季平臺封閉形成“陽光房”，加強南向主要房間的保溫效應(yīng)，平臺內(nèi)部可種植花卉、晾衣等(見圖2).

圖1 二列型平面

圖2 可封閉式多功能平臺

(3)適當降低建筑層高，將建筑的層高控制在2.7m～3.0m. 適中的層高不僅節(jié)省造價，而且能有效地減少建筑的散熱面積.

3.2 圍護結(jié)構(gòu)

圍護結(jié)構(gòu)是農(nóng)村住宅節(jié)能的最薄弱的環(huán)節(jié)，我國大部分農(nóng)村地區(qū)的住宅外圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能與國家標準相差甚遠.圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的改善是農(nóng)村住宅節(jié)能關(guān)鍵.

3.2.1 外墻

在建筑外圍護結(jié)構(gòu)中，墻體所占比重最大.冬季通過墻體散失的熱量約為建筑總散熱量的20%，夏季通過外墻吸收的熱量約為建筑總吸熱量的35%［2］，因而外墻體的保溫設(shè)計相當重要.最常用的保溫方式就是增加墻體的保溫層，保溫層根據(jù)位置的不同可以分為:內(nèi)保溫、外保溫和夾心保溫.其中，外保溫墻體形式應(yīng)用最為廣泛.通常承重墻體厚度為370mm，外加100厚保溫層，保溫層可以利用當?shù)刎S富的植物秸稈材料制作成草板附加在承重墻外，并用混合型砂漿等透氣性材料完成表面裝飾.草板不僅起到很好的保溫效果，而且比較經(jīng)濟(見圖3).

圖3 外墻保溫構(gòu)造

圖4 屋頂保溫構(gòu)造

3.2.2 屋頂

吉林地區(qū)的農(nóng)村住宅屋頂形式大多采用硬山或歇山式坡屋頂?shù)男问?

傳統(tǒng)民居屋頂多為木結(jié)構(gòu).其保溫做法是:在屋架上鋪設(shè)檁條，再在表面鋪設(shè)植物秸稈和草泥的保溫，最后鋪設(shè)瓦材.這樣的屋頂較混凝土屋頂自重輕，易于施工，但傳統(tǒng)做法的保溫效果不明顯，有待改進.本方案提出，在傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)屋頂?shù)幕A(chǔ)上，采用雙層木望板的形式，中間留有空氣間層100mm左右，中間可以用干燥的秸稈末或膨脹珍珠巖、礦棉、爐渣等疏松、輕質(zhì)的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)草泥材料進行填充，上層木望板上鋪設(shè)油氈瓦，這種屋頂較傳統(tǒng)的瓦材屋面不僅自重降低了很多，保溫效果也大大提高(見圖4).

3.2.3 門窗

外窗部分的熱損失占整個建筑能耗的30%，同面積的窗戶的熱損失是同等面積墻體的9倍，所以外窗的節(jié)能設(shè)計是建筑節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié).提高外窗的保溫性能有以下幾種方法:

(1)增加隔熱性能. 窗戶采用雙層窗或單框雙玻窗，北面可增加玻璃層數(shù)，采用單層三玻窗.

(2)選擇合理的窗框材料. 相對木窗及鋁合金窗，塑鋼窗保溫隔熱性能較好，價格便宜，適合在農(nóng)村地區(qū)廣泛使用.

(3)加強氣密性. 窗縫的冷風滲透占整個窗熱損失的1/3～1/2，加強門窗的氣密性是加強窗保溫性能的最為簡單和有效辦法，建議采用平開窗，平開窗比推拉窗更利于保證窗的氣密性.此外，建議采用一些民間傳統(tǒng)的做法，如用糊紙和粘塑料膜的方式來解決窗戶的漏風，雖技術(shù)簡陋，卻能減少75%的漏風.這些傳統(tǒng)做法，若能通過研究得到進一步科學化、技術(shù)化、模數(shù)化發(fā)展，在未來農(nóng)村住宅中將發(fā)揮其不可替代的作用.

3.3 節(jié)能設(shè)施

3.3.1 太陽能熱水器

太陽能熱水器主要為浴室提供熱水，并滿足一家人的日常熱水需求.通常在屋頂設(shè)置太陽能熱水器，可獨立設(shè)置，也可以與建筑一體化設(shè)計.太陽能熱水器與建筑一體化設(shè)計是當前節(jié)能建筑發(fā)展的一大趨勢，它一方面可以巧妙、高效的利用空間，使建筑外觀和諧統(tǒng)一;另一方面，合理設(shè)計與同步施工可以降低總造價，并有利于減輕建筑荷載.

3.3.2 鍋爐

農(nóng)村住宅以傳統(tǒng)的火炕取暖方式為主導，增設(shè)家用鍋爐用房，補充熱源.鍋爐房位置應(yīng)做到熱能利用率最大，危險性小，便于使用，并滿足衛(wèi)生要求.

圖5 火墻構(gòu)造

3.3.3 火墻

火墻是一種優(yōu)秀、高效的節(jié)能采暖系統(tǒng)，它是利用火口的煙氣通過立磚砌成的空心短墻采暖的設(shè)備，其原理和火炕類似，是北方傳統(tǒng)民居被動式節(jié)能的一種方式.火墻由爐膛、火墻體和煙囪三部分構(gòu)成.火墻可兼作隔墻，但不允許作承重結(jié)構(gòu).比起火炕，火墻的傳熱方式更加立體，而墻體的構(gòu)造也要求更高(見圖5).

4 結(jié)論

目前，我國建筑能耗和環(huán)境污染都很高，節(jié)約能源、保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展已成為這個時代發(fā)展的主旋律.隨著城鄉(xiāng)一體化進程的加快，農(nóng)民對居住環(huán)境的舒適性要求也越來越高，對于嚴寒地區(qū)的農(nóng)村居住者而言，防寒、節(jié)能、保溫毋庸置疑成為首要解決的問題.

農(nóng)村住宅節(jié)能措施是一個復雜的系統(tǒng)工程，筆者認為，農(nóng)村住宅的節(jié)能措施應(yīng)體現(xiàn)低造價與技術(shù)的適宜性及可推廣性，基于當?shù)貍鹘y(tǒng)材料、傳統(tǒng)技術(shù)，通過建筑本身合理有效地空間布局實現(xiàn)建筑的防寒與節(jié)能保溫效果，滿足人們的需求.推廣本土性節(jié)能措施可以對我國廣大農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展起到舉足輕重的作用.

［1］中華人民共和國建設(shè)部.民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范(GB50176－93)［S］.北京:中國計劃出版社，1993.

［2］石占軍.東北農(nóng)村的節(jié)能住宅設(shè)計［D］.吉林:吉林農(nóng)業(yè)科技學院，2011.