□ 夏玉杰 肖瑞亞

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002）

在城市化建設(shè)進程的推動下，一些農(nóng)村地區(qū)開始模仿城市建筑方案，但是農(nóng)村地區(qū)的自然環(huán)境以及居住需求等與城鎮(zhèn)存在很大差異，一味地模仿城市建筑方案會導(dǎo)致其脫離實際需求。我國北方地區(qū)冬季較為漫長，其氣溫寒冷，對于建筑保暖和取暖設(shè)施具有較高要求，農(nóng)村地區(qū)建筑取暖產(chǎn)生的資源消耗占有很大比重。為此，近些年來，被動式低能耗建筑在北方農(nóng)村地區(qū)開始使用。根據(jù)應(yīng)用實踐來看，被動式低能耗建筑具有良好的應(yīng)用效果，能夠有效降低建筑資源消耗。

一、動式低能耗建筑的應(yīng)用背景分析

一直以來，我國的能源消耗以煤炭為主，其中建筑運行消耗的資源占據(jù)社會總資源的20%～30%，且一直以來呈現(xiàn)增長趨勢。按照建筑節(jié)能的研究結(jié)果來看，建筑能耗需要維持在25%左右，能夠滿足建筑運行需求，同時降低資源消耗，25%的能耗以資源消耗量計算，需要控制在10億噸煤炭左右。我國北方城鎮(zhèn)和農(nóng)村的生活煤炭消耗約為1.5億噸/年，是建筑能耗消耗中占比最高的部分。2020年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)村建筑商品標準煤消耗約為1.77億噸/年，占據(jù)建筑能耗26%左右，且農(nóng)村地區(qū)的建筑能耗呈現(xiàn)逐漸遞增趨勢。近些年來，農(nóng)村地區(qū)的改革發(fā)展過程中，大部分技術(shù)升級與創(chuàng)新集中在能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及設(shè)備改造方面，對于降低建筑能耗的研究存在很大不足，實際上，建筑能耗占據(jù)農(nóng)村資源消耗較大比重，所以，為了促進農(nóng)村地區(qū)建筑能耗降低，必須開展低能耗建筑設(shè)計，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的地理情況、氣候情況以及實際需求，在保證建筑質(zhì)量和使用舒適性、安全性的基礎(chǔ)上，需要積極開展節(jié)能設(shè)計，從而減少農(nóng)村地區(qū)資源浪費，提高農(nóng)村地區(qū)資源利用效率，滿足農(nóng)村地區(qū)發(fā)展需要。北方地區(qū)因為氣溫寒冷，為了滿足保溫的需要，一般會采用主動取暖措施，但是主動取暖措施需要消耗大量的煤炭資源，煤炭燃燒會產(chǎn)生環(huán)境污染問題，所以被動式節(jié)能方案逐漸取得應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用效果。

二、被動式技術(shù)的基本內(nèi)涵分析

（一）被動式低能耗建筑基本理念

被動式低能耗建筑是指不依靠機械力進行節(jié)能，依靠高質(zhì)量的施工技術(shù)和建筑設(shè)計，減少建筑自身運行對于能源的需求，更加注重資源二次利用，通過能耗優(yōu)化的科學(xué)整合和設(shè)計，達到降低能源消耗的節(jié)能目標。被動式低能耗建筑設(shè)計，首先需要從建筑內(nèi)部的布局出發(fā)，通過對建筑運行能源消耗優(yōu)化，實現(xiàn)提高建筑質(zhì)量的目的。因為北方農(nóng)村地區(qū)氣溫寒冷，取暖是其建筑設(shè)計需要考慮的主要方面，所以必須提高建筑保溫性能，如果建筑保溫性能能夠得到提高，那么維持室內(nèi)溫度需要消耗的能源總量就會減少。例如，在對農(nóng)村地區(qū)建筑布局進行優(yōu)化時，通過對其朝向的優(yōu)化，使其朝向太陽輻射能量更多的南向，太陽輻射則能夠提高建筑室內(nèi)溫度，從而減少煤炭資源消耗；通過對建筑窗墻比例的科學(xué)設(shè)計、改變通風布局等方式，都能夠起到良好的保溫效果，使得建筑保溫性能提升，從而減少資源消耗。由此可見，所謂被動式低能耗建筑，是一個與主動式建筑相對的概念，主動式建筑是通過利用電能、煤炭等方式，提高室內(nèi)溫度，從而滿足北方農(nóng)村地區(qū)居民冬季生活需求，而被動式技術(shù)是通過提高建筑保溫性能，使建筑與外界熱量交換減少、延長熱量保存時間的方式，減少其他用于提高室內(nèi)溫度能源消耗的一種方式，“被動”地降低建筑運行能源消耗。

（二）被動式低能耗建筑設(shè)計思路

被動式低能耗建筑需要從被動式技術(shù)的基本要求出發(fā)，注重按照北方農(nóng)村地區(qū)實際情況開展設(shè)計工作。首先，北方農(nóng)村地區(qū)在應(yīng)用被動式低能耗建筑時，需要充分考慮到地理環(huán)境因素和經(jīng)濟因素，明確技術(shù)可行性和資源需求量，充分做好前期調(diào)研工作。被動式低能耗建筑對大部分北方地區(qū)都較為適用，但是不能脫離北方地區(qū)農(nóng)村的實際情況，如果該農(nóng)村所處區(qū)域冬季氣溫過于寒冷，而且又地形空曠、風力較大、溫度較高等，采用被動式低能耗建筑無法滿足農(nóng)村居民生活需求，那么為了保障農(nóng)村居民生活，依然需要采用主動式技術(shù)。其次，被動式低能耗建筑的設(shè)計主要通過對建筑朝向、布局以及材料等方面的優(yōu)化，強調(diào)應(yīng)用自然通風、自然保溫等方式，通過利用太陽能技術(shù)減少其他化石能源的使用，達到節(jié)約能源的目的。再次，北方地區(qū)農(nóng)村大部分位于平原，冬季漫長且寒冷，大規(guī)模保溫施工會增加建筑成本，所以需要充分考慮到被動式低能耗建筑的施工建設(shè)成本，不能為了提高保溫效果而增加建設(shè)成本，否則，對于農(nóng)村居民而言，會提高其生活負擔，應(yīng)充分考慮到被動式低能耗建筑的經(jīng)濟效益，從而實現(xiàn)被動式低能耗建筑建設(shè)目標。

三、北方地區(qū)農(nóng)村被動式低能耗建筑有效設(shè)計方案

將被動式低能耗建筑應(yīng)用于北方地區(qū)農(nóng)村，能夠起到良好的輔助作用，結(jié)合主動式供熱，通過被動式技術(shù)減少熱量損耗，從而減少能源消耗，但是需要準確掌握被動式低能耗建筑設(shè)計要點，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)實際情況，做好能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化、建筑布局設(shè)計等方式，充分發(fā)揮出被動式技術(shù)在節(jié)能方面的優(yōu)勢。為此，本文總結(jié)如下幾項有效的設(shè)計方案：

（一）充分利用太陽光照

太陽光照所產(chǎn)生的熱量，能夠用于北方地區(qū)農(nóng)村建筑中，提高建筑設(shè)備溫度，減少對煤炭燃燒的依賴。太陽輻射能量的利用，主要可以分為如下兩個方面：（1）利用太陽能取暖設(shè)備。太陽能取暖設(shè)備是指利用太陽輻射產(chǎn)生熱量的設(shè)施，可以將這部分設(shè)施安裝在建筑屋頂中，通過設(shè)備收集太陽輻射，將其轉(zhuǎn)化為熱量以供建筑取暖使用，該類型設(shè)備不需要循環(huán)動力支持，依靠合理的建筑結(jié)構(gòu)布局則能夠提高實際保溫效果，所以需要加強太陽能取暖設(shè)備的推廣與研發(fā)，提高太陽能取暖設(shè)備利用率。（2）優(yōu)化建筑門窗玻璃設(shè)計。太陽光照進入建筑室內(nèi)需要通過門窗的玻璃，玻璃對于太陽輻射能量的通過、吸收以及阻擋具有直接影響，所以，為了提高太陽輻射能量利用率，提高室內(nèi)溫度，需要對門窗玻璃進行優(yōu)化設(shè)計。如太陽反射玻璃、多功能鍍膜玻璃等，都能夠起到良好的效果。以多功能鍍膜玻璃為例，該玻璃材料能夠?qū)崿F(xiàn)較多的日光投射和較小的日光反射，從而將大部分可見光透射到室內(nèi)，同時又能夠?qū)⑹覂?nèi)物體的輻射長波保留在室內(nèi)，從而實現(xiàn)能量更高效利用，所以多功能鍍膜玻璃在我國一些冬季氣溫較為寒冷的北方地區(qū)農(nóng)村建筑中使用較為廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性太陽熱能吸收，從而將大部分熱量保留在室內(nèi)，在氣溫較低的環(huán)境中發(fā)揮出調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，從而降低供暖設(shè)備的使用，也就減少了供暖設(shè)備使用的能源消耗，達到節(jié)能減排的目的。圖1所示為常用的某種鍍膜玻璃。

圖1 某種常用鍍膜玻璃

（二）建筑墻體保溫設(shè)計

保溫不僅與光照具有直接關(guān)系，而且與建筑墻體的保溫效果也具有密切關(guān)系。我國北方地區(qū)農(nóng)村的建筑墻體設(shè)計厚度較大，其主要目的是減少設(shè)備與外部熱量交換，更厚的墻體能夠提高保溫效果，所以針對墻體保溫設(shè)計，需要從厚度、材料以及墻體結(jié)構(gòu)方面入手。首先，通過提高墻體厚度，能夠提高保溫效果，所以在北方地區(qū)農(nóng)村建筑設(shè)計中，應(yīng)適當增加墻體厚度，但是增加墻體厚度會減少建筑內(nèi)部凈空間，同時會增加施工成本，所以在應(yīng)用時需要充分考慮到實際需求。其次，通過對墻體材料的優(yōu)化設(shè)計，提高墻體保溫效果，例如可以采用巖棉板作為農(nóng)村建筑外墻的主要材料，巖棉板是一種較為優(yōu)質(zhì)且保溫效果較好的外墻保溫材料，具有保溫、防水、吸收噪聲以及防火的功能，是我國建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的保溫材料，且成本造價較低，相比于其他保溫系統(tǒng)中的保溫材料，可操作性較強，同時具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。最后，可以通過對墻體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，改變墻體結(jié)構(gòu)提高保溫效果。例如可以采用幕墻結(jié)構(gòu)，幕墻具有雙層結(jié)構(gòu)，分為明框和暗框兩個部分，明框是指安裝在建筑內(nèi)部空間的內(nèi)層幕墻，暗框則是安裝在建筑外部空間的部分，通過雙層墻體的設(shè)計，能夠在墻體之間構(gòu)造一個封閉的中間層，外部空氣流動從外層幕墻的下端進入，并從上端排出，這就形成了一個熱量緩沖層，當室內(nèi)溫度與室外溫度差距過大時，能夠降低室外溫度對室內(nèi)溫度的影響，從而發(fā)揮出保溫的作用，將其應(yīng)用在北方地區(qū)農(nóng)村建筑中，能夠減少建筑物內(nèi)部空間的熱量排出和熱量損耗，將更多的熱量保存在于室內(nèi)空間中，由于雙層幕墻中間存在著相對獨立的空氣流動空間，能夠?qū)ν獠繗饬鬟M入起到阻擋作用，同時減少內(nèi)部熱量流失。圖2所示為某建筑的保溫墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖2 某建筑的保溫墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計

（三）被動式低能耗建筑布局優(yōu)化

在應(yīng)用被動式技術(shù)提高建筑節(jié)能性時，必須做好建筑結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計，通過科學(xué)的布局設(shè)計，能夠有效提高保溫效果，從而減少主動式取暖資源消耗。建筑布局需要根據(jù)北方地區(qū)農(nóng)村的地理環(huán)境、氣候條件等進行設(shè)計。首先，在光照方面，北方地區(qū)農(nóng)村被動式低能耗建筑的朝向需要以南向為主，確保更多的光照能夠進入室內(nèi)空間，結(jié)合相應(yīng)的門窗玻璃設(shè)計，能夠提高太陽輻射能量利用率，同時南向的門窗玻璃可以適當擴大，從而提高光照接收面積。其次，北方地區(qū)農(nóng)村建筑設(shè)計需要考慮到其通風效果，不能為了提高保溫而降低建筑通風性，否則會影響室內(nèi)空氣流動，夏季時會導(dǎo)致建筑室內(nèi)溫度過高，所以需要采用科學(xué)的布局方案對通風效果進行優(yōu)化，設(shè)計完善的自然通風布局，對開窗、開門以及天窗進行設(shè)計，實現(xiàn)室內(nèi)空氣自然流動的目的，從而減少暖通空調(diào)系統(tǒng)使用，減少外部動力設(shè)備使用能源消耗，滿足被動式低能耗建筑的節(jié)能需求。最后，北方地區(qū)農(nóng)村建筑設(shè)計需要按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一布局、統(tǒng)一建設(shè)的基本原則，按照當?shù)貙嶋H自然地理條件，提高農(nóng)村建筑布局統(tǒng)一性，當某項節(jié)能技術(shù)實施時，能夠?qū)崿F(xiàn)整體性優(yōu)化，從而達到節(jié)能設(shè)計目標，是被動式低能耗建筑設(shè)計需要考慮的重要內(nèi)容，為被動式技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。

（四）能源消耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化

能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指減少傳統(tǒng)化石能源的使用，積極利用可再生能源，減少傳統(tǒng)能源消耗。例如，可以采用空氣熱源泵技術(shù)，該項技術(shù)是當前較為先進的供暖技術(shù)，主要是利用高位能熱量從低位熱源空氣流向高溫熱源的原理，將土壤、空氣以及水中熱量轉(zhuǎn)化為高位熱源，從而達到供暖與制冷同步的目標。在北方農(nóng)村地區(qū)的被動式低能耗建筑設(shè)計中，可以加強空氣熱源泵技術(shù)的推廣，不需要建設(shè)專用機房，能夠節(jié)省大量的施工建設(shè)成本，滿足農(nóng)村居民對于建筑舒適性的需求。空氣熱源泵可以在北方農(nóng)村地區(qū)的小戶型建筑中使用，不需要冷卻水系統(tǒng)，管道消耗較少，且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，但是對于技術(shù)水平要求較高，所以需要結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的實際情況，對技術(shù)應(yīng)用進行優(yōu)化，提高技術(shù)適用性，是促進北方地區(qū)農(nóng)村被動式低能耗建筑應(yīng)用效果提高的重要方式。

四、結(jié)語

綜上所述，本文闡述了我國北方地區(qū)農(nóng)村應(yīng)用被動式低能耗建筑的背景，對被動式技術(shù)以及其設(shè)計思路進行分析，并提出了多項被動式低能耗建筑的有效應(yīng)用方式和設(shè)計方案，希望能夠?qū)Ρ狈睫r(nóng)村地區(qū)的建筑設(shè)計起到一定借鑒和幫助作用，促進農(nóng)村地區(qū)建設(shè)與發(fā)展。