中國礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院 蔡雙嶸 孫良（通信作者） 葛希辰

自2006年起，我國嚴(yán)格貫徹節(jié)能減排的目標(biāo)，將節(jié)能減排理念貫穿在政策之中。住區(qū)作為人們?nèi)粘Ｉ畹闹饕獔鏊^(qū)的占地面積大、數(shù)量多等特點(diǎn)使其成為建設(shè)低碳城市的重要組成部分。城中村則作為居民最早居住的地方，由于不徹底的城鎮(zhèn)化導(dǎo)致城中村不斷出現(xiàn)，伴隨其環(huán)境惡化、能源消耗大等問題的凸顯，也暴露出城鎮(zhèn)化的缺陷，成為阻礙城鄉(xiāng)融合發(fā)展的障礙?！吨袊ㄖ芎难芯繄?bào)告》（2020）數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)村和城中村居住建筑碳排放量占總碳排放的21%，并且農(nóng)村和城中村居住建筑的碳排放強(qiáng)度仍在增長。為了達(dá)到碳中和和碳達(dá)峰的要求，如何減少城中村的能耗是關(guān)鍵。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國從1980年起就開始對節(jié)能工作進(jìn)行探索和研究，在國家陸續(xù)發(fā)布綠色、節(jié)能的政策之后，農(nóng)村也響應(yīng)國家政策，更加注重節(jié)能和減排的應(yīng)用。隨著國家對農(nóng)村居住條件、用能規(guī)劃的逐步重視，使越來越多的專家學(xué)者對城中村地區(qū)的住宅現(xiàn)狀、城中村低碳空間、低碳建筑等方面展開研究。在城中村住宅現(xiàn)狀和城中村低碳空間的研究中，郭瑤指出城中村轉(zhuǎn)型低碳村鎮(zhèn)中存在著一定問題，并給出了城中村轉(zhuǎn)型低碳村鎮(zhèn)的基本策略[1]；李學(xué)震通過對低碳村鎮(zhèn)布局的研究、新能源的應(yīng)用和開發(fā)、低碳建筑的改造等方面進(jìn)行詳細(xì)研究，提出了我國低碳村鎮(zhèn)建設(shè)在規(guī)劃中應(yīng)重視的要點(diǎn)和建筑建造的策略[2]；邢永杰，葉建東等人提出了新的節(jié)能技術(shù)方案，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和綜合評價(jià)[3]。

例如，安吉縣景塢村是低碳鄉(xiāng)村的典型代表。該項(xiàng)目主要因地制宜地選取建筑材料以達(dá)到降低能耗的目的，選用竹子作為建筑材料，充分體現(xiàn)了當(dāng)?shù)氐慕ㄖL(fēng)貌。墻體中主要是竹子、草葉、葦板，能最大程度上減少磚塊、水泥、石材等不可回收材料的使用。此外，對空間環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，增加綠化空間，發(fā)展屋頂花園和垂直綠化對碳中和都有著顯著的效果（見圖1）。

圖1 安吉縣景塢村

1.2 國外研究現(xiàn)狀

國外規(guī)劃和住房領(lǐng)域起步時(shí)間較早，新建、改造的建筑更多面對的是社會(huì)發(fā)展的需求，諸如“節(jié)能”及“可持續(xù)”等。國外對于村鎮(zhèn)的研究，主要分為生態(tài)村鎮(zhèn)的研究和建筑節(jié)能的研究兩個(gè)方面。在生態(tài)村鎮(zhèn)的研究中，Herzog[4]最先提出了對建筑者的明確要求，要注重生態(tài)的重要性。DA NIELS K[5]指出新建綠色建筑最突出的特性便是節(jié)能環(huán)保，同時(shí)利用太陽能、風(fēng)能等新型能源，替代傳統(tǒng)使用的不可再生資源。在建筑節(jié)能的研究中，Stuart Cowan[6]提出了建筑節(jié)能的準(zhǔn)則。

例如，貝丁頓生態(tài)村以綠色為指導(dǎo)思想，從而規(guī)劃低碳節(jié)能村鎮(zhèn)（見圖2）。為了節(jié)約土地資源的利用，貝丁頓選址在廢棄的污水排水處理廠，最大程度的利用廢棄地。首先，貝丁頓的建筑用材選擇了當(dāng)?shù)靥赜械南鹉?，不僅能體現(xiàn)當(dāng)?shù)鬲?dú)特的風(fēng)貌，還降低了造價(jià)，減少了建材耗能；其次，為了通風(fēng)，在屋頂安裝風(fēng)扇，還可以帶走熱能；再次，外墻配置了保溫隔熱棉夾芯材質(zhì)，且安裝了具有良好隔熱性能的木窗框，避免窗縫帶來的溫度流失；最后，政府大力發(fā)展公共交通，鼓勵(lì)步行的出行政策，打造低碳交通的模式，也具有環(huán)保效果。

圖2 貝丁頓生態(tài)村

2 既有城中村的低碳節(jié)能改造設(shè)計(jì)意義

我國城中村住宅大多數(shù)是自建而成，由于沒有合理的規(guī)劃，帶來了住宅亂插亂建現(xiàn)象突出、能源損失大等問題。隨著人們生活水平的提高，城中村改造也大多采用推倒重建的方式，這種方式不僅破壞了原有的地域特色，還造成了建筑材料的浪費(fèi)和能源的消耗。因此，在對既有的城中村低碳節(jié)能改造時(shí)，不僅要保留特色，同時(shí)還要留住民居建筑的地域特色，運(yùn)用新的科學(xué)手段和理念加以改造、優(yōu)化。設(shè)計(jì)和建造新型的低能耗、高質(zhì)量的房屋，可以滿足村鎮(zhèn)居民的住房需求，并對周邊的資源和環(huán)境影響最小。

3 徐州市十里村的低碳節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析

3.1 現(xiàn)狀分析

十里村位于江蘇省徐州市三環(huán)南路輔路與煙汕線交叉口，總共面積大約為19.149平方千米，有較好的交通區(qū)位。北部為徐州工程學(xué)院大學(xué)科技園，南接新開發(fā)的居住區(qū)，東臨河道。徐州夏季天氣炎熱，冬季天氣寒冷，雖然作為采暖的地區(qū)，但在城中村建筑中，沒有完善的供暖設(shè)施。

3.1.1 空間環(huán)境分析

1）功能布局。十里村的居民出行主要采用汽車和電動(dòng)車，新能源汽車所有量較少，而商店主要集中在村莊北側(cè)（見圖3），類型也比較單一，給南側(cè)居民帶來很多的不便。居民日常生活所需要的物品都是去較遠(yuǎn)的超市采購，無疑增加了出行的頻率，加大了碳排放量。

圖3 服務(wù)設(shè)施分布現(xiàn)狀

2）插建亂建現(xiàn)象普遍。城中村經(jīng)過不同時(shí)期的發(fā)展，建設(shè)缺少統(tǒng)一科學(xué)的規(guī)劃，且長期處于無人管理的狀態(tài)，導(dǎo)致產(chǎn)生了插建、亂建等違法現(xiàn)象。在地圖中顯示，在城中村西側(cè)和中間有綠化景觀（見圖4）。但是在實(shí)際調(diào)研中，原來的綠地已經(jīng)被建設(shè)成了房屋，在地圖中所顯示的空地的位置，大多也都被房屋所覆蓋（見圖5）。

圖4 插建亂建分布

圖5 插建亂建現(xiàn)狀

3）綠化面積過少。綠化對于低碳有直接的作用。研究表明，在植被茂盛的住區(qū)，綠化的固碳能力可達(dá)17 t/hm2[7]。如果能系統(tǒng)布置，合理利用，不僅可以減少城市的總體能耗，達(dá)到減排的作用，還可以美化環(huán)境，提高居民居住的滿意度。

十里村的綠化形式主要有三種，分別是宅旁綠化、道路綠化和河岸綠化。宅旁綠化呈帶狀或“L”狀，分布在房屋周邊，但是種植植物的很少，大多都被閑置或者用來圈養(yǎng)動(dòng)物。道路綠化空間不受重視，河岸綠化也被廢棄，成為一片荒地（見圖6）。

圖6 河岸綠化現(xiàn)狀

4）雨洪管理不到位。在溫室效應(yīng)的影響下，徐州下雨的頻率明顯要頻繁。高降水量會(huì)給城中村排水系統(tǒng)帶來較大的壓力，且城中村的排水方式還是采用早期的設(shè)計(jì)形式，即直排式（見圖7），雨水和污水不經(jīng)過處理，直接排放在地面，這無疑給環(huán)境帶來更大的災(zāi)害，使積水無法迅速排除。此外，管線損壞現(xiàn)象也會(huì)使雨水滯留（見圖8）。

圖7 雨污水排放現(xiàn)狀

圖8 管線破損

3.1.2 建筑單體分析

城中村保溫耗能主要是在冬季，通常采用煤炭供暖或者電供暖，由于采用的不是統(tǒng)一供暖方式，可能會(huì)導(dǎo)致煤炭燃燒不完全，碳排放量增大。因此，對住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能提出一定的要求。

1）墻體。墻體不僅用來支撐房屋，同時(shí)還可以保溫隔熱。在十里村的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，大多城中村住宅外墻多為240 mm厚的粘土實(shí)心磚，占總數(shù)的97%（見圖9），少量建筑采用木結(jié)構(gòu)。此類粘土實(shí)心磚保溫節(jié)能的效果較差。

圖9 墻體現(xiàn)狀

2）窗戶。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中最薄弱的構(gòu)件便是外窗。十里村住宅建筑多采用塑料窗和鋁合金窗，少數(shù)建筑質(zhì)量較差的房屋采用木框窗。從窗戶透光材料上看，由于單層玻璃價(jià)格低、安裝簡單方便，85%的村民都選擇了單層玻璃。

3.2 改造設(shè)計(jì)策略

3.2.1 低碳節(jié)能空間優(yōu)化策略

1）功能布局調(diào)整。日常購物出行占居民出行的頻率超過60%。通過對城中村土地的功能復(fù)合化，可以滿足城中村居民日常消費(fèi)的需求，通過減少各種功能的服務(wù)半徑，減少居民不必要的出行。

首先，對十里村的業(yè)態(tài)進(jìn)行豐富。各類商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施的配置與居民使用需求相協(xié)調(diào)。已有的業(yè)態(tài)主要是商店和飯店，在現(xiàn)場調(diào)研中，居民表示需增加剪發(fā)店、果蔬店等。同時(shí)將較小和偏僻的小商鋪合并為較大的商店，豐富物品品種，不僅可以節(jié)約用地還能夠滿足居民的需求。

其次，保證各種業(yè)態(tài)的分布較為均勻。利用空置住宅，將新增的店鋪均勻合理的安置，使每戶居民到達(dá)服務(wù)設(shè)施的距離能滿足“五分鐘、十分鐘生活圈”的要求，減少車輛出行的頻率。

2）增加綠化面積。提高城中村的綠化面積可以有效提升植被的碳匯能力，結(jié)合現(xiàn)狀，提升策略主要有拆除恢復(fù)、擴(kuò)大現(xiàn)有的綠化面積。

最有效的方法便是拆除恢復(fù)，對于違法侵占綠化的建筑進(jìn)行強(qiáng)制性拆除，恢復(fù)原有的綠化景觀。對于河岸景觀重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)，充分利用河岸空間資源，打造良好的濱水景觀及低碳綠地。

在十里村內(nèi)，提升綠化空間碳匯效益最直接的方式就是擴(kuò)大綠地面積，但是在已有的環(huán)境中一味地增加綠地面積是不現(xiàn)實(shí)的。根據(jù)調(diào)研，最切實(shí)可行的方法就是充分利用宅旁綠化，提升三維綠化率。應(yīng)根據(jù)植物的株形、冠幅等因素進(jìn)行種植設(shè)計(jì)，消除植物叢相互銜接時(shí)形成的空隙，或者利用喬木、灌木、地被等類型的植物高度差，保證綠化面積的最大化（見圖10）。

圖10 相互滲透的植物叢組碳匯效益更高

另外，可以將硬質(zhì)的景觀環(huán)境進(jìn)行“軟”化處理[8]，可以用軟質(zhì)地被、嵌草磚等代替原有的硬質(zhì)鋪裝。這種方法既能美化視覺景觀環(huán)境體驗(yàn)，還能有效地?cái)U(kuò)大綠化面積。

3）低碳海綿。針對可能形成的內(nèi)澇，首先要對雨污水管線進(jìn)行維修和完善排水機(jī)制。其次，可以通過源頭補(bǔ)充、回收利用兩大步驟實(shí)現(xiàn)低碳與海綿：（1）源頭補(bǔ)充。發(fā)生降水時(shí)，將雨水進(jìn)行過濾處理，及時(shí)補(bǔ)充地下水及提供綠化系統(tǒng)的水分。增加十里村雨洪設(shè)施，可將匯水面積按一定比例計(jì)算，得出設(shè)施所需的面積，或計(jì)算設(shè)施規(guī)模，實(shí)現(xiàn)本區(qū)域內(nèi)雨洪就地下滲。（2）回收利用。收集生產(chǎn)和生活廢水及雨水進(jìn)行過濾凈化處理，凈化后的生產(chǎn)生活廢水、雨水可用來灌溉農(nóng)作物和植被。

3.2.2 低碳節(jié)能建筑單體優(yōu)化策略

1）外墻。增設(shè)保溫層是最直接減少耗能的策略。十里村可以使用由現(xiàn)代合成材料制成的保溫材料，如擠塑型聚苯板等現(xiàn)代合成材料以實(shí)現(xiàn)保溫。在既有墻體基礎(chǔ)上增設(shè)保溫層，如外貼保溫板（見圖11），或者是內(nèi)外抹保溫砂漿（見圖12），達(dá)到減少耗能和保溫的效果。

圖11 外貼保溫板做法（單位：mm）

圖12 加抹保溫砂漿做法（單位：mm）

推廣使用節(jié)能磚不僅能夠節(jié)約造價(jià)，還能減少能源的燃燒。在城中村新建住宅使用粘土式空心磚砌體、加氣式混凝土或泡沫式混凝土砌塊等節(jié)能空心磚砌筑的內(nèi)外墻材料來代替原有的墻體。節(jié)能磚既具有傳熱系數(shù)小、熱阻力大等節(jié)約能源的優(yōu)勢，還能通過在空心處填充秸稈材料或保溫顆粒物等方式來進(jìn)一步提高砌塊的保溫和隔熱性能，節(jié)省造價(jià)。

2）窗戶。窗戶在住宅房屋散熱占比較高。其原因有以下兩點(diǎn)：一是大部分為單層，傳熱系數(shù)大；二是密封性較差，不利于保溫。

針對以上兩點(diǎn)，窗戶改造將采取相應(yīng)措施：

一是，改為雙層窗戶?？梢钥紤]選擇雙層玻璃窗和塑鋼制成的框型門扇，從而有效地減少散熱損失。此次改造的措施主要是通過充分利用玻璃雙層窗戶的空氣間隙層作用，來增大窗戶的熱阻，降低它們的傳熱系數(shù)，熱量的傳遞就會(huì)大大減少。

二是，改善窗戶氣密性。通常選擇密封材料和增設(shè)密封條來改善窗戶密封性較差的問題。首先，針對窗戶框與墻體之間的縫隙，可通過泡沫塑料條等保溫材料分層來減少冷空氣換熱，用密封膏或硅膠等材料對空隙進(jìn)行填實(shí)，從而達(dá)到密封的效果；其次可以使用密封條或密封膏填充窗戶框與窗戶扇之間的空隙。

4 結(jié)論

文章以減少既有城中村碳排放，優(yōu)化空間環(huán)境為目標(biāo)，分析既有城中村改造設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和措施，將徐州市十里村作為研究區(qū)域，分析了十里村低碳化建設(shè)方面所存在的問題與不足，提出城中村低碳節(jié)能改造設(shè)計(jì)的策略。通過對十里村低碳節(jié)能改造的研究，合理選用節(jié)能方式，改善城中村建筑能耗大、人居環(huán)境污染等問題，以期為其他類似的城中村低碳節(jié)能改造提供一定借鑒。