包宇朱曉光王楠

（1.營(yíng)口市老邊區(qū)國(guó)土資源監(jiān)察大隊(duì) 遼寧營(yíng)口 115000 2.營(yíng)口市老邊區(qū)建筑工程管理站 遼寧營(yíng)口 115000 3.營(yíng)口市政務(wù)服務(wù)中心 遼寧營(yíng)口 115000）

1 引言

對(duì)于我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)，其在建筑熱工分區(qū)上處于嚴(yán)寒或寒冷地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，該地區(qū)建筑用能最突出問(wèn)題是建筑采暖。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，北方農(nóng)村能源消耗占全國(guó)農(nóng)村總能源消耗量的56%，且超過(guò)80%的農(nóng)村能源消耗用于采暖需求。長(zhǎng)期以來(lái)，常規(guī)生物質(zhì)能源如稻草、秸稈和薪柴等由于獲取便利且易于儲(chǔ)藏，成為廣大農(nóng)村地區(qū)主要的能源利用對(duì)象。我國(guó)農(nóng)村每年產(chǎn)生的秸稈薪柴等生物質(zhì)能源總量約6億t，其中約60%用作燃料供采暖與炊事。同時(shí)，人們使用了各式各樣的利用生物質(zhì)燃料的采暖方式，如火炕、火墻、火爐等。其中，炕是我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用最為廣泛的建筑采暖方式。

2 火炕在中國(guó)北方的應(yīng)用

炕的定義為“北方的一種床，用土坯或磚石砌成，下有孔道，可生火取暖”?？蛔钤绯霈F(xiàn)于我國(guó)春秋時(shí)代，至今己有二千多年的歷史。早在《詩(shī)經(jīng)·小雅·瓤葉》記載“炕火炙之”，意思是舉物放在火上烤炙。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，炕在空間結(jié)構(gòu)上從古至今經(jīng)歷了“炙地”、“火地”和“火炕”三個(gè)階段，早在我國(guó)東漢時(shí)期公元一年就發(fā)現(xiàn)有“U”字形和“L”字形的單煙道炕，現(xiàn)如今結(jié)構(gòu)形式的炕至少出現(xiàn)在唐朝。在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，炕逐漸發(fā)展為成熟的采暖設(shè)施，又可作為人們休息場(chǎng)所，符合人們的生活習(xí)慣，且經(jīng)濟(jì)方便。目前，炕使用數(shù)量巨大、應(yīng)用范圍極為廣泛。據(jù)遼寧省農(nóng)村能源辦公室統(tǒng)計(jì)，2004年底中國(guó)大約有6685萬(wàn)鋪炕，近4364萬(wàn)戶農(nóng)村家庭使用炕采暖（按照每戶家庭平均口4人計(jì)算，約1.75億人口），平均每戶家庭約有1.5鋪炕。2006年清華大學(xué)對(duì)北方農(nóng)村地區(qū)家庭能源與環(huán)境狀況調(diào)研也發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)炕使用率達(dá)73.3%，西北地區(qū)達(dá)86.3%，東北地區(qū)達(dá)96.2%。

2.1 火炕的組成及特征

一個(gè)完整的炕（或稱之為“炕系統(tǒng)”）由爐灶、炕體及煙囪三大部分組成。其中爐灶為熱源，炕體為散熱部件，煙囪為排煙部件。具有以下基本特征：①布置靈活、用能合理?？坏膽?yīng)用實(shí)現(xiàn)了加熱空間和供暖空間的分離，有助于合理利用室內(nèi)空間、改善衛(wèi)生條件；此外，炕通過(guò)利用灶在炊事時(shí)所產(chǎn)生的排煙余熱來(lái)加熱炕體，使炕表面溫度升高，并將部分熱量?jī)?chǔ)存在炕板中，來(lái)維持居室的溫度，這種方式在現(xiàn)代供熱系統(tǒng)發(fā)展之前可以合理利用能源，極大地降低了資源消耗。②蓄熱供暖、操作方便。在加熱時(shí)，灶的排煙流經(jīng)煙道并與炕板發(fā)生熱交換，由于炕板的蓄熱作用，積蓄在炕板的熱量可以使炕板保持一定的溫度水平，并可在停止加熱后持續(xù)向室內(nèi)供暖；同時(shí)，炕的蓄熱特性使人在操作時(shí)間上有了較大的選擇余地，一般在炊事時(shí)間燒火加熱炕，從而炊事、采暖兩不誤。若炕散熱量不足，根據(jù)需求隨時(shí)可以增加燒火次數(shù)或燒火時(shí)間。③多樣散熱、效果明顯?？话寰哂休^大的散熱面積，加熱的炕板不僅以熱對(duì)流方式向室內(nèi)散熱，在炕體周圍營(yíng)造具有一定溫度水平的微氣候，同時(shí)也以熱輻射方式加熱室內(nèi)各表面，從而提高居室的整體溫度水平；此外，人員若坐臥在炕上活動(dòng)或休息，與炕表面接觸，能夠直接感受到炕的溫暖。④就地取材、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、炕的搭建材料主要以土坯、磚為主，目前逐漸采用混凝土、石板等。這些材料比較常見(jiàn)，便于就近取材，因地制宜；此外，炕使用的燃料主要是稻草、樹(shù)枝、秸稈等生物質(zhì)資源，可循環(huán)再生，并在燃燒后可用作肥料。在農(nóng)村地區(qū)這些資源分布廣泛，無(wú)需購(gòu)買或價(jià)格低廉。

此外，炕在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，逐漸向多元化方向發(fā)展?？蛔鳛槿藗兤鹁?、會(huì)客、娛樂(lè)等幾乎全部日?；顒?dòng)的重要場(chǎng)所，是北方農(nóng)村家庭生活中不可缺少的組成部分，進(jìn)而形成了歷史悠久、極具特點(diǎn)的炕文化，對(duì)人們的起居飲食、習(xí)俗禮儀等產(chǎn)生了重要的影響?？坏奈幕滋N(yùn)和社會(huì)價(jià)值可能是炕流傳至今并廣泛使用的內(nèi)在根源。自古以來(lái)，“南人習(xí)床、北人尚炕”成為南北居住文化差異的體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代化建設(shè)步伐的逐漸加快，在城鎮(zhèn)中炕逐漸被現(xiàn)代家居所取代，但北方廣大農(nóng)村地區(qū)仍沿此習(xí)慣，享受“熱炕頭”的樂(lè)趣。保留和發(fā)展炕這種獨(dú)特的采暖方式，對(duì)于保護(hù)我國(guó)北方地區(qū)民族性、地域性的文化特色具有極其重要的意義。

2.2 火炕在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題

然而，目前炕的設(shè)計(jì)和搭建主要基于民間經(jīng)驗(yàn)，缺少理論基礎(chǔ)支持，且采用生物質(zhì)燃料直接燃燒方式加熱，在實(shí)際應(yīng)用中存在熱舒適性差、熱效率低、室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重等問(wèn)題。

據(jù)調(diào)查，我國(guó)北方農(nóng)村住宅普遍存在著室內(nèi)溫度過(guò)低、采暖能耗大、污染嚴(yán)重等問(wèn)題，如房間溫度只能維持在10℃左右，但耗煤量卻高達(dá)30～40kg標(biāo)煤/m2，為城市采暖能耗的1.5～2倍。此外，由于生物質(zhì)燃燒引起的室內(nèi)空氣污染導(dǎo)致農(nóng)戶患有一系列疾病，比如呼吸道、慢性肺病、肺癌、哮喘等。隨著農(nóng)村生活水平提高和城市化進(jìn)程加快，炕的發(fā)展前景不容樂(lè)觀。從80年代起，商品能源如煤、電及天然氣等在農(nóng)村地區(qū)使用量逐漸增多。2006年李玉國(guó)等人通過(guò)對(duì)我國(guó)北方黑龍江、遼寧和甘肅三省農(nóng)村生態(tài)能源綜合利用情況進(jìn)行調(diào)研考察發(fā)現(xiàn)，北方農(nóng)村建筑有拋棄現(xiàn)有以非商品能為主的采暖模式而全部采用商品能進(jìn)行供暖的趨勢(shì)，以床代炕，引入煤、電等商品能源進(jìn)行供暖。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)生活用能中煤、電等商品能源使用己達(dá)到60%。長(zhǎng)此下去，勢(shì)必為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)沉重的壓力。

如何根據(jù)北方農(nóng)村的特點(diǎn)，尋求適宜的采暖方式是當(dāng)前農(nóng)村建筑節(jié)能領(lǐng)域重要課題，在改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境的同時(shí)，又不會(huì)造成我國(guó)能源消耗的大幅度增長(zhǎng)。目前，農(nóng)村地區(qū)己經(jīng)出現(xiàn)多種可供選擇的采暖方式，如燃煤的土暖氣和火爐、戶用生物質(zhì)氣化爐等。然而，這些方式要么完全依靠煤、電等商品能源，要么采用成本高昂的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)，而這種技術(shù)受多種因素的影響仍需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)應(yīng)用和推廣。據(jù)估計(jì)，在農(nóng)村改造一鋪節(jié)能架空炕和節(jié)能灶的費(fèi)用為300～350元/戶，修建沼氣池的費(fèi)用約為2000～3000元/戶，被動(dòng)式太陽(yáng)房比普通房屋增加成本10～15%，修建秸稈氣化站的費(fèi)用約為60～70萬(wàn)元/200戶。而沼氣和氣化設(shè)備的主要目的是為農(nóng)戶炊事提供能源，還沒(méi)有全面考慮到農(nóng)戶的供暖問(wèn)題。此外，考慮到農(nóng)村人口基數(shù)巨大，在農(nóng)村發(fā)展集中供熱是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況所不能承受的，也是我國(guó)能源供給系統(tǒng)所不可承受的。如果北方農(nóng)村建筑全部采用商品能進(jìn)行供暖，則每年至少需要3～4億t標(biāo)煤的商品能。同時(shí)，目前我國(guó)每年農(nóng)村產(chǎn)生的秸稈薪柴等生物質(zhì)能源總量折合約3億t標(biāo)準(zhǔn)煤，除個(gè)別經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。非農(nóng)村經(jīng)濟(jì)占主要經(jīng)濟(jì)收入的地區(qū)以外，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的生物質(zhì)能源完全可以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)村家庭生活需要，且綜合考慮到農(nóng)民收集生物質(zhì)能源的時(shí)間成本，稻草或秸稈剩余物的成本仍小于購(gòu)買煤等商品能。目前，大量秸稈等生物質(zhì)能源被棄田間地頭并就地焚燒，既浪費(fèi)了能源，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，在農(nóng)村地區(qū)合理地利用生物質(zhì)能在一定程度上減少商品能消耗。

2.3 火炕在中國(guó)北方鄉(xiāng)村生活中的意義

因此，從農(nóng)村實(shí)際出發(fā)，根據(jù)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)水平和炕的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)炕采暖方式進(jìn)行改進(jìn)或革新是我國(guó)北方農(nóng)村建筑未來(lái)采暖方式更新和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，在提高生物質(zhì)燃料能效的同時(shí)，提高農(nóng)村居民的生活質(zhì)量。其原因主要為：①目前炕在我國(guó)北方農(nóng)村家庭使用廣泛、數(shù)量巨大，在很大程度上己被廣大農(nóng)民所認(rèn)可，如能夠?qū)贿M(jìn)一步改進(jìn)，在應(yīng)用和推廣上相對(duì)于其他采暖技術(shù)來(lái)說(shuō)更具可行性；②炕是人類最早掌握并使用的生活取暖方式之一，成本較低并利用可再生的生物質(zhì)能源，擁有一定的生態(tài)內(nèi)涵和豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，符合可持續(xù)發(fā)展理念，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α１热?，在傳統(tǒng)火炕的基礎(chǔ)上衍生出的新型架空炕（又稱“吊炕”），相對(duì)于傳統(tǒng)落地炕，在燃燒條件、炕表面熱狀況、散熱能力等方面均有所改善；③炕具有悠久的歷史和濃厚的文化底蘊(yùn)，是我國(guó)北方勞動(dòng)人民長(zhǎng)期在嚴(yán)寒的氣候條件下生活的智慧結(jié)晶。農(nóng)村家庭活動(dòng)大多在炕上度過(guò)，在考慮該地區(qū)家庭能源供應(yīng)技術(shù)更替時(shí)不可忽視文化因素的作用。

綜上所述，炕將來(lái)可能作為我國(guó)北方農(nóng)村建筑供暖的主要途徑，是綜合考慮炕在技術(shù)、應(yīng)用、歷史、文化等方面的作用和影響的基礎(chǔ)上得到的結(jié)論，關(guān)系到我國(guó)未來(lái)農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。然而，目前炕在性能、使用上仍存在很大的缺陷和歷史的局限性，如炕的熱性能仍需改善、熱源類型魚(yú)需開(kāi)發(fā)、使用生物質(zhì)燃燒引起的室內(nèi)空氣污染問(wèn)題魚(yú)需解決等。加強(qiáng)炕可持續(xù)發(fā)展的研究，進(jìn)一步改進(jìn)炕的熱性能和舒適性，使其有機(jī)地融入農(nóng)村建筑中來(lái)改善居住環(huán)境以滿足現(xiàn)代生活的需要，符合國(guó)家“節(jié)能減排”政策。此外，由對(duì)炕研究產(chǎn)生的對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的思考，是值得在解決農(nóng)村建筑能源問(wèn)題和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)工作中借鑒。

3 火炕的發(fā)展形勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀

炕的形式多樣，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)狀況。人們的生活條件和需求息息相關(guān)，它對(duì)傳熱和供暖效果等有著直接的影響。我國(guó)人民在長(zhǎng)期的生活實(shí)踐中積累了豐富的炕搭建經(jīng)驗(yàn)，從結(jié)構(gòu)上劃分有落地炕、架空炕、燃池等；按煙道布置方式不同有直洞炕、花洞炕和倒卷簾（回洞）炕等：此外，受生活習(xí)俗的影響，產(chǎn)生了一些具有民族特色的火炕形式，如朝鮮族的“滿地炕”，滿族的“萬(wàn)字炕”等。下面分別論述目前我國(guó)北方地區(qū)使用最為廣泛的落地炕和架空炕技術(shù)特點(diǎn)。

3.1 落地炕

作為最為古老的炕形式，其最大特點(diǎn)是炕體下部直接與地面相接?？惑w用磚搭砌，砌出炕洞及煙道，炕洞空間用于煙氣流動(dòng)加熱炕板，炕表面仍使用磚平鋪，外表面以灰泥抹面，上鋪炕席或人造革等。炕的尺寸一般是1.8～2.0m寬，0.6～0.7m高，長(zhǎng)度大小由房間的寬度來(lái)決定。

經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)落地炕主要存在以下問(wèn)題或缺陷：①炕表面溫度不均。主要是為了延長(zhǎng)煙氣流程而設(shè)置前分煙、落灰膛處，形成了渦流而產(chǎn)生炕表面溫度不均等問(wèn)題。②熱效率低、浪費(fèi)燃料。熱效率低產(chǎn)生的原因很多，比如落地炕體與地面完全接觸?加之炕體保溫性能不好導(dǎo)致由炕洞向地下的熱損失增大；由于炕體材料的限制，炕洞內(nèi)過(guò)多地?cái)[放支柱及增加煙氣阻擋物，致使煙氣流通面積較小且流動(dòng)路徑變短，縮短煙氣在炕洞內(nèi)停留時(shí)間，從而降低了煙氣與炕體間換熱量等。據(jù)調(diào)查，炕體的熱效率大約為14～18%，灶的熱效率也只有8～10%左右，炕連灶綜合熱效率不足45%。③室內(nèi)環(huán)境熱舒適性差。落地炕是單面散熱，加之熱效率低下，散熱量不能夠滿足建筑熱負(fù)荷需求，導(dǎo)致室內(nèi)空氣溫度偏低。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北方寒冷地區(qū)農(nóng)村家庭生活能耗絕大部分在炊事和采暖上，其中采暖能耗所占比例很大，但該地區(qū)農(nóng)民冬季仍生活在日均不到5℃的環(huán)境中。④使用落地炕常發(fā)生室內(nèi)空氣污染問(wèn)題，這是由于燃燒生物質(zhì)燃料的灶不好燒或通風(fēng)不好引起煙氣回流或泄露等現(xiàn)象引起的，尤其是當(dāng)灶和炕體位于同一房間內(nèi)時(shí)，污染狀況更為嚴(yán)重。

3.2 架空炕（吊炕）

從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，針對(duì)落地炕存在的問(wèn)題，中國(guó)的許多學(xué)者和農(nóng)村能源第一線的科技工作者們對(duì)傳統(tǒng)灶炕進(jìn)行了革新。在“七五”、“八五”期間遼寧、吉林兩省的農(nóng)村能源科技人員經(jīng)過(guò)反復(fù)研究、不斷實(shí)踐而研制出新型架空炕。架空炕底部架空，一般高于地面20～30cm，在炕底板上放置支柱用于支撐炕面板，形成高度為20cm左右的煙道，炕板的材料有石板、土坯、混凝土和茹土沙等。在90年代初期，中國(guó)政府己經(jīng)開(kāi)始推廣架空炕，此項(xiàng)工作仍未結(jié)束。據(jù)遼寧省農(nóng)村能源辦公室統(tǒng)計(jì)，在2004年末全國(guó)大約有1956萬(wàn)鋪架空炕，約占總火炕數(shù)的30%。

與落地炕相比，架空炕在結(jié)構(gòu)、材料、炕體保溫等方面均作了一些改進(jìn)：①取消炕洞底部墊土，使炕體由原來(lái)的一面散熱變?yōu)樯舷聝擅嫔?，而且使原落地炕的炕洞墊土導(dǎo)熱損失的熱量也散入室內(nèi)；此外，在炕靠近外墻的部位加強(qiáng)了保溫。②通過(guò)調(diào)節(jié)炕板抹面材料厚度來(lái)提高炕表面溫度均勻性。③取消了炕煙道內(nèi)人為設(shè)置的炕洞阻隔，使換熱過(guò)程在整個(gè)炕體內(nèi)而不是在分炕洞內(nèi)進(jìn)行，這樣煙氣與炕體的接觸面積一般增加約30～50%。④在排煙口和灶門處分別安裝了擋煙板，防止炕體所獲得的熱量在?；鸷笸ㄟ^(guò)煙道散失。

因此，架空炕在熱能利用及提高室內(nèi)溫度等方面都有了明顯的改善，炕灶的綜合效率提高到70～80%左右。根據(jù)中國(guó)農(nóng)村能源辦公室調(diào)查結(jié)果表明，每鋪落地炕每年消耗4000kg的柴草，而架空炕只消耗2790kg柴草，這樣架空炕每年可節(jié)約1210kg柴草或1382kg稻草。同時(shí)，對(duì)于降低農(nóng)村地區(qū)溫室氣體排放起到積極作用。另外，據(jù)實(shí)測(cè)，在不增加任何輔助采暖設(shè)施和燃料消耗的情況下，架空炕比落地炕可提高室溫4～5℃。但架空炕仍采用生物質(zhì)直接燃燒加熱，室內(nèi)空氣污染問(wèn)題仍未得到有效解決。2006年李玉國(guó)等人分別對(duì)遼寧、黑龍江和甘肅三省農(nóng)村能源生態(tài)綜合利用情況進(jìn)行實(shí)測(cè)和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北方農(nóng)村室內(nèi)空氣質(zhì)量情況不容樂(lè)觀，主要是可吸入小固體顆粒的濃度過(guò)高，大大超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許值。CO和CO2等有害氣體排放量也都有不同程度的超標(biāo)（見(jiàn)表1）。此外，調(diào)查也發(fā)現(xiàn)架空炕實(shí)際使用率小于10%，需要進(jìn)一步改進(jìn)及推廣。

表1 實(shí)測(cè)期間廚房?jī)?nèi)的空氣質(zhì)量

綜上所述，架空炕有效地改進(jìn)了傳統(tǒng)落地炕所存在的炕表面溫度不均、熱效率低、衛(wèi)生條件差等問(wèn)題，被認(rèn)為是目前最具代表性的先進(jìn)的火炕形式。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，炕將來(lái)可能作為我國(guó)北方農(nóng)村建筑供暖的主要途徑，是綜合考慮炕在技術(shù)、應(yīng)用、歷史、文化等方面的作用和影響的基礎(chǔ)上得到的結(jié)論，關(guān)系到我國(guó)未來(lái)農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。然而，目前炕在性能、使用上仍存在很大的缺陷和歷史的局限性，如炕的熱性能仍需改善、熱源類型魚(yú)需開(kāi)發(fā)、使用生物質(zhì)燃燒引起的室內(nèi)空氣污染問(wèn)題魚(yú)需解決等。加強(qiáng)炕可持續(xù)發(fā)展的研究，進(jìn)一步改進(jìn)炕的熱性能和舒適性，使其有機(jī)地融入農(nóng)村建筑中來(lái)改善居住環(huán)境以滿足現(xiàn)代生活的需要，符合國(guó)家“節(jié)能減排”政策。此外，由對(duì)炕研究產(chǎn)生的對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的思考，是值得在解決農(nóng)村建筑能源問(wèn)題和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)工作中借鑒。

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