高 君 李延俊

(西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

0 引言

綠色生態(tài)住宅不是一般意義上綠化較好的住宅，它是全方位的概念，是指在住宅設(shè)計、建筑、使用、廢棄的各個階段，體現(xiàn)保護地球環(huán)境，具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)省資源、改善生態(tài)環(huán)境、減少環(huán)境污染、延長建筑壽命的特點，強調(diào)人與自然的和諧，居住環(huán)境的健康性與舒適性[1]。在我國，農(nóng)村住宅量大面廣，農(nóng)村住宅的能源耗費量巨大。有學(xué)者研究顯示，我國2010年農(nóng)村住宅面積約為230億m2，約占全國總建筑面積的60%；我國農(nóng)村住宅生活用能總量已經(jīng)達到3.2億tec，煤炭實物消耗量為1.9億 t[2]。我國目前資源約束趨緊，環(huán)境污染嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)退化，黨中央、國務(wù)院高度重視生態(tài)文明建設(shè)[3]，先后出臺了一系列重大決策部署，推動生態(tài)文明建設(shè)。而在京津冀一體化過程中，河北地區(qū)農(nóng)村住宅又成為生態(tài)改造重點，河北地區(qū)現(xiàn)推行有“美麗鄉(xiāng)村”等政策。本文就河北滄州地區(qū)現(xiàn)有農(nóng)村住宅進行了調(diào)研分析，并提出一系列節(jié)能改造策略。

1 河北滄州地區(qū)自然環(huán)境概述

河北省滄州市位于河北省東南方向，東臨渤海，系平原地區(qū)。受緯度和地形影響，其氣候表現(xiàn)為明顯的暖溫帶大陸季風(fēng)氣候。其氣候概況是：四季分明，溫度適中，光照充足，雨熱同季，降水集中，春旱、夏澇、秋爽、冬干[4]。年平均氣溫12.5 ℃，年平均降水581 mm，年積溫4 785 ℃。降水、氣溫的季節(jié)分布及氣溫的晝夜差別較為明顯，年最高溫度達40.5 ℃，年最低溫度達-16.9 ℃[5]。

2 農(nóng)宅實例現(xiàn)狀

2.1 調(diào)研實例基本資料

本文以河北省滄州市高宅為研究對象。高宅坐北朝南，宅基地東西向長13.6 m，南北向長12 m，占地面積為163.2 m2，圖1為高宅的效果圖，圖2為其平面圖，圖3為平面圖相對應(yīng)的剖面圖。

主屋，即該住宅北房，建于1990年，坐北朝南，面闊為4個3.5 m等距開間，進深為5.5 m。主屋采用山墻承重結(jié)構(gòu)，建筑高度為3 m(4.5 m)。墻體為燒結(jié)黏土磚砌實墻，內(nèi)墻厚240 mm，內(nèi)外各有10 mm水泥砂漿抹灰層；外墻厚360 mm，內(nèi)側(cè)有10 mm水泥砂漿抹灰層。屋蓋為硬山架檁屋架，即山墻上搭接檁條，檁條上鋪10 mm厚望板，望板上鋪設(shè)20 mm厚葦箔，葦箔上鋪設(shè)10 mm厚草泥，最后鋪12 mm厚大波紅瓦。

南房，擴建于2012年，面闊為3個3.5 m等距開間，進深為4 m。南房采用磚混結(jié)構(gòu)。墻體為燒結(jié)黏土磚砌實墻，建筑高度為3 m。內(nèi)墻厚240 mm，內(nèi)外各有10 mm水泥砂漿抹灰層；外墻厚360 mm，內(nèi)側(cè)有10 mm水泥砂漿抹灰層。屋蓋樓板為120 mm厚鋼筋混凝土預(yù)制樓板。

另設(shè)6.5 m×3.4 m的入戶花園，2 m×6.8 m的采光庭院。門窗采用傳統(tǒng)木質(zhì)普通單層玻璃門窗，門口尺寸為1 200 mm×2 000 mm，窗洞口尺寸為2 500 mm×1 800 mm；廚房為鋁合金天窗，洞口為1 200 mm×500 mm。采暖期為本年11月中旬到次年3月中旬，采暖方式為燃燒煤炭火爐；夏季初期利用自然風(fēng)壓進行自然通風(fēng)降溫；夏季高溫時期降溫方式為空調(diào)、電風(fēng)扇等設(shè)備機械降溫。

2.2 調(diào)研實例圍護結(jié)構(gòu)熱工性能分析

因高宅人少屋多，南房屬于附屬房屋，故本次研究以北房為研究對象進行分析。該部分建筑的圍護結(jié)構(gòu)主要是普通黏土磚砌墻、普通玻璃門窗以及農(nóng)村傳統(tǒng)鋪瓦屋頂。其中普通黏土磚砌360 mm外墻平均傳熱系數(shù)為0.994 W/(m2·K),普通黏土磚砌240 mm內(nèi)墻平均傳熱系數(shù)為1.235 W/(m2·K)，普通單層玻璃門窗的平均傳熱系數(shù)為6.4 W/(m2·K)，普通鋪瓦屋頂?shù)钠骄鶄鳠嵯禂?shù)為0.956 W/(m2·K)，均不滿足建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)傳熱系數(shù)值，可見該住宅的熱工性能是存在缺陷的。

表1 圍護結(jié)構(gòu)熱工性能計算

該住宅的主要圍護結(jié)構(gòu)熱工性能詳細(xì)計算與對比如表1所示，由表1以及調(diào)研實踐結(jié)論可以得出，該住宅熱工缺陷主要存在于以下兩個方面：

1)固體圍護結(jié)構(gòu)缺陷：高宅的外墻體為加厚墻體，屋頂鋪設(shè)葦箔等具有保溫效果的面層，都起到一定的保溫效果，但是從計算結(jié)果來看，其保溫效果遠遠不夠；

2)圍護結(jié)構(gòu)縫隙缺陷：高宅的門窗采用傳統(tǒng)的木質(zhì)玻璃門窗，木材來源于本地，并具有良好的保溫效果，具有良好的生態(tài)效果。但是木質(zhì)門窗的密閉性較差，存在大量的縫隙，在縫隙處傳熱方式由以導(dǎo)熱傳熱為主變?yōu)橐詫α鱾鳠釣橹?，?dǎo)致熱空氣大量流失。

3 研究對象生態(tài)節(jié)能技術(shù)總結(jié)

通過對調(diào)研對象的數(shù)據(jù)采集以及實例分析，可以得出，該住宅雖然在圍護結(jié)構(gòu)熱工計算中，其墻體、門窗、屋面均不滿足國家推行的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳熱系數(shù)，但是傳統(tǒng)的農(nóng)村住宅并不是完全不具有節(jié)能的作用?，F(xiàn)就以下幾方面對調(diào)研對象已經(jīng)具有的生態(tài)技術(shù)進行利弊分析。

3.1 圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造

高宅圍護結(jié)構(gòu)充分利用了當(dāng)?shù)刈匀徊牧?，較好地適應(yīng)了氣候環(huán)境。該住宅采用了360 mm加厚外墻增加了外圍護結(jié)構(gòu)的熱阻，從而降低了熱量的流失；并在屋面鋪單層瓦的同時，加設(shè)葦箔、草泥、望板等具有一定保溫效果的材料以達到室內(nèi)保溫的效果。但其所存在的不足是外圍護結(jié)構(gòu)以及屋頂保溫層遠遠不夠，在建筑墻體交接、屋面折角以及門窗安插處均容易形成冷橋，既容易造成熱量的大量流失又不利于維持建筑的使用壽命。

3.2 大面積門窗洞口

其優(yōu)點是為室內(nèi)帶來更多的采光和通風(fēng)條件，能夠增加冬季采暖量并改善室內(nèi)居住環(huán)境。但是該地區(qū)冬季寒冷夏季炎熱，大面積的門窗洞口將同時為其居住帶來弊端。夏季炎熱時，大量的熱能隨著太陽光的直射進入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度迅速上升，因此降溫過程中不得已使用更多的資源以達到降溫效果；冬季寒冷季節(jié)時，室內(nèi)溫度與室外溫度溫差較大，室內(nèi)外溫度通過墻體、門窗進行熱交換，大面積的門窗此時成為熱交換的薄弱點，迫使室內(nèi)不得不提供更多的熱能來維持室內(nèi)的溫度。

3.3 庭院pc陽光板封頂

其優(yōu)點是給整個宅院帶來了更好的私密性，可以更好的隔絕室外噪聲，在室內(nèi)與室外熱交換中形成一道屏障，降低了室內(nèi)外的熱交換。同時，透過pc陽光板的陽光是漫射光，這樣避免了陽光的直射，避免了夏季直射光帶來的熱量。然而它也有一定的弊端：1)直射光的缺失使得室內(nèi)光線減弱，室內(nèi)日常人工照明時間將加長，浪費掉更多的電源；2)同時因為缺少直射光的原因，室內(nèi)熱量減少，在深秋向初冬、深冬向初春這樣冷暖季節(jié)交換期，使用者迫不得已需要加長供暖時期來保證正常的生活活動。

4 適宜節(jié)能改造策略

4.1 采用太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水加熱的一種裝置，具有環(huán)保、節(jié)能、安全的優(yōu)點[6]。傳統(tǒng)民居的坡屋頂具有面積大且采光性良好的屋頂優(yōu)勢，采用太陽能熱水系統(tǒng)不僅可以為平時生活起居提供熱水，還可以在冬季進行低輻射采暖，甚至可以與傳統(tǒng)的暖氣片相結(jié)合，形成輻射采暖系統(tǒng)。

4.2 中庭通風(fēng)與采光

中庭封頂可以采用鋁合金等材料，從而形成可推拉式通風(fēng)口。夏季時打開通風(fēng)口進行通風(fēng)，室內(nèi)外風(fēng)壓下形成對流降低室內(nèi)溫度；冬季時關(guān)閉通風(fēng)口，形成封閉空間，作為陽光間，以保持室內(nèi)熱量不外流。

4.3 門窗采用鋁塑復(fù)合材料

鋁塑復(fù)合門窗(又稱斷橋鋁門窗)，這類門窗的熱傳導(dǎo)系數(shù)K值為3 W/(m2·K)以下，比普通門窗熱量散失減少1/2，可以大幅度降低采暖費用，水密性、氣密性良好[7]。這種門窗兼顧了塑料型材和鋁合金兩種材料的優(yōu)勢，徹底解決了鋁合金門窗傳導(dǎo)散熱快、保溫隔熱能力差等不符合節(jié)能要求的問題[8]。傳統(tǒng)住宅中使用大面積的門窗，且局限于木框普通單層玻璃門窗，木框窗具有較好的保溫性能，但其密閉性極差，熱工性能不佳。農(nóng)宅中可以采用鋁塑復(fù)合門窗來提高生活居住環(huán)境的同時達到生態(tài)節(jié)能。

4.4 種植屋面

夏季綠化屋面與普通隔熱屋面比較，表面溫度平均要低6.3 ℃，屋面下的室內(nèi)溫度相比要低2.6 ℃；建筑屋頂綠化可降低建筑物周圍環(huán)境溫度0.5 ℃～4.0 ℃[9]。采用覆土種植即將種植土壤覆蓋在屋頂上面，這種方式的隔熱保溫效果將有明顯提升。建筑自身節(jié)能提高的同時，綠化式屋頂又可以給住宅帶來大面積的綠化以優(yōu)化生活品質(zhì)，也將建筑更融于農(nóng)村周圍環(huán)境。

4.5 墻體保溫層

傳統(tǒng)的民居建筑墻體采用普通黏土磚砌墻體后，直接進行室內(nèi)裝修，若能加上保溫層，就能大幅度的減少建筑因墻體而與外界交換散失的熱量，并且在建筑轉(zhuǎn)體交角處加大保溫層厚度，可以避免建筑出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象。既能做到節(jié)能減排，又有利于保護建筑延長建筑壽命。國家現(xiàn)大量推行的聚苯板保溫層具有良好的保溫效果，能夠滿足高標(biāo)準(zhǔn)建筑節(jié)能的要求，然而工程造價過高不適于用于農(nóng)宅。麥草保溫材料取源于農(nóng)作物麥稈，具有生態(tài)環(huán)保造價低的特點，適用于該地區(qū)現(xiàn)有農(nóng)宅情況。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的農(nóng)村住宅，經(jīng)歷過千百年時間的考驗代代流傳下來，集合了中國廣大農(nóng)民幾十代人的智慧，通過本次對河北地區(qū)農(nóng)宅的調(diào)研以及分析可以得出以下結(jié)論：

1)傳統(tǒng)農(nóng)村住宅充分利用當(dāng)?shù)刈匀徊牧希捎卯?dāng)?shù)剡m宜的建造技術(shù)，為村民創(chuàng)造了舒適的起居空間，具有生態(tài)適應(yīng)性；

2)農(nóng)村住宅由當(dāng)?shù)毓そ骋罁?jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗修建而成，不可避免的存在圍護結(jié)構(gòu)熱工性能差、密閉性差、建筑空間布局不合理等缺陷和不足；

3)發(fā)掘和繼承當(dāng)?shù)剞r(nóng)村住宅的生態(tài)經(jīng)驗，運用現(xiàn)代建筑科學(xué)理論和建造技術(shù)，改進和優(yōu)化農(nóng)村住宅的缺陷與不足，既有利于改善農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境，又有利于建筑節(jié)能。