我國(guó)農(nóng)村節(jié)能建筑的現(xiàn)狀與對(duì)策研究

張春英

(農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125)

農(nóng)村建筑由于各方面原因能耗較大、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用較少，建筑節(jié)能發(fā)展?jié)摿^大，成為國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)。力求采取最有效的措施，在墻體、門窗、屋面、地面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能方面以及新能源的充分利用方面加大節(jié)能力度，盡可能地改善農(nóng)村建筑的現(xiàn)狀，減少損耗、節(jié)約能源，提高農(nóng)房的熱舒適性。

1 國(guó)內(nèi)外節(jié)能建筑現(xiàn)狀綜述

1.1 國(guó)外節(jié)能建筑現(xiàn)狀

1)資源回收利用。資源的回收利用，不僅使城市垃圾、建筑垃圾得到充分的利用，而且節(jié)能環(huán)保。美國(guó)某大學(xué)設(shè)計(jì)的四居室生態(tài)房、日本建成的實(shí)驗(yàn)性“健康住宅”，都是將損耗的資源經(jīng)處理后循環(huán)再利用。前者是回收利用自然資源，將雨水轉(zhuǎn)化成飲用水，污水糞便用做花園肥料，用電則依靠風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池;后者是利用墻體的雙重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、全熱交換器和除濕機(jī)對(duì)房屋系統(tǒng)的空氣進(jìn)行循環(huán)，有效地回收熱量并加以再次利用。

2)新能源開(kāi)發(fā)利用。各個(gè)國(guó)家都在根據(jù)自己國(guó)家的地理優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)利用新型能源。尤其是清潔、有效、低成本、高收益、可再生的新能源，有利于實(shí)現(xiàn)高效率的建筑節(jié)能。丹麥工農(nóng)業(yè)高效發(fā)達(dá)，秸稈熱電技術(shù)領(lǐng)先;肯尼亞地?zé)崮茉磻?yīng)用廣泛;瑞典生物質(zhì)能規(guī)模化生成;德國(guó)典型的太陽(yáng)房屋則是更大程度的利用了太陽(yáng)能。太陽(yáng)房屋是建筑師塞多·特霍爾斯建造的，能以3 cm/min的速度跟蹤太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，充分的吸收太陽(yáng)能，能達(dá)到一般太陽(yáng)房屋所吸收太陽(yáng)能的兩倍，成為太陽(yáng)能應(yīng)用的典型例子。

1.2 國(guó)內(nèi)節(jié)能建筑現(xiàn)狀

我國(guó)的建筑能耗量約占全國(guó)總用能量的1/4，居耗能首位。如我國(guó)的建筑采暖耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家的4倍 ～5倍，屋頂為2.5倍 ～5.5倍，外窗為1.5倍 ～2.2 倍;門窗透氣性為3倍～6倍;總耗能是3倍～4倍。因此節(jié)能也就成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。

2 我國(guó)農(nóng)村實(shí)現(xiàn)節(jié)能建筑必要性

我國(guó)北方農(nóng)村地區(qū)建筑的特點(diǎn)是缺乏統(tǒng)一的建筑規(guī)劃，用地浪費(fèi);沒(méi)有按照建筑熱工性能要求設(shè)計(jì);施工技術(shù)水平低;能源利用率低。因此，在農(nóng)村大力發(fā)展節(jié)能建筑，首先應(yīng)完善農(nóng)村建筑規(guī)劃體系、推廣農(nóng)村建筑節(jié)能技術(shù)。

1)北方農(nóng)村建筑現(xiàn)狀分析。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)農(nóng)村建筑缺乏規(guī)劃和設(shè)計(jì)，建筑用地浪費(fèi)，建筑功能不合理。以我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)村建筑為例，布局上大多為單戶、雙戶和多戶并聯(lián)型，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)劃，統(tǒng)一的節(jié)能工作難以展開(kāi)。在房屋建設(shè)上，由于經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)和施工條件有限，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱特性欠佳，97%以上的農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)均無(wú)保溫層，且窗戶、屋頂?shù)让芊庑圆?，致使其建筑能耗大，不利于?jié)能。2)農(nóng)村建筑節(jié)能管理。農(nóng)村建筑節(jié)能管理應(yīng)主要從建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)和節(jié)能意識(shí)培養(yǎng)兩方面著手。首先，新建農(nóng)村建筑規(guī)劃上統(tǒng)一，單體設(shè)計(jì)上嚴(yán)格按照節(jié)能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建造，取材上合理選擇節(jié)能的建筑材料。其次，要培養(yǎng)農(nóng)戶的節(jié)能意識(shí)和專業(yè)管理人員，使農(nóng)村能源設(shè)施統(tǒng)一集中管理，如集中的沼氣設(shè)施或采暖系統(tǒng)，有助于減少能源的損耗。

3 我國(guó)農(nóng)村實(shí)現(xiàn)節(jié)能建筑的措施(以北方為例)

3.1 建筑規(guī)劃布局方面

1)建筑規(guī)劃選址。我國(guó)北方地區(qū)大多地勢(shì)平坦，建筑規(guī)劃選址中應(yīng)充分利用這一自然地理優(yōu)勢(shì)，選擇日照充足、避風(fēng)的有利地塊集中建房。不宜在山谷、洼地及凹地等區(qū)域布局，避免冬季的冷氣流在這些區(qū)域里形成“霜洞”效應(yīng)。對(duì)于局部丘陵山區(qū)，適宜集中建房的地方不多，分散建造則增加了各方面的能耗，且不利于節(jié)能，可根據(jù)居住安全、生活方便、節(jié)約土地的原則，因地制宜建設(shè)住宅樓。建筑朝向上應(yīng)考慮自然采光和冬季防風(fēng)、夏季自然通風(fēng)，選擇有利區(qū)域，減少能耗。2)建筑單體設(shè)計(jì)。考慮農(nóng)村建筑布局分散，獨(dú)戶設(shè)計(jì)較多，層高較高等特點(diǎn)，建筑本身的節(jié)能設(shè)計(jì)主要從平面設(shè)計(jì)、長(zhǎng)寬比、體型系數(shù)三方面考慮。平面設(shè)計(jì)功能上合理安排，居住在南，輔助在北，形態(tài)上力求簡(jiǎn)潔、平整，比如直線型;體型系數(shù)盡可能的減小，適當(dāng)降低層高，減少庭院式單層獨(dú)戶建筑，盡可能的組合建筑，即水平組合或垂直組合甚至水平—垂直混合組合，既節(jié)約空間又降低能耗;選擇合適的長(zhǎng)寬比例，增大進(jìn)深尺寸，盡量減少外墻臨空長(zhǎng)度。

3.2 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)方面

1)墻體節(jié)能。大部分農(nóng)村建筑主要采用磚混的結(jié)構(gòu)形式，墻體是承重結(jié)構(gòu)，也是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，因此墻體的節(jié)能決定著整體的建筑節(jié)能。而承重用途的單一材料墻體，很難滿足日益提高的保溫隔熱要求，因此在北方農(nóng)村建筑的外墻設(shè)計(jì)中保溫設(shè)計(jì)至關(guān)重要。外墻保溫的處理手法分為外保溫、內(nèi)保溫和中間保溫。外墻外保溫做法多為在墻體外側(cè)另加復(fù)合材料的保溫層，根據(jù)熱工計(jì)算設(shè)計(jì)它的厚度，也可將外墻直接采用保溫材料，現(xiàn)在市場(chǎng)上很多新型的墻體材料都能達(dá)到很好的保溫效果，如加氣混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰磚等;外墻內(nèi)保溫主要指在墻體內(nèi)側(cè)加保溫層的做法;中間保溫就是指夾心保溫外墻，即在一些砌塊墻體中間用絕熱材料填充嚴(yán)密。以上三種方式均可以減小墻體的傳熱系數(shù)，起到很好的保溫效果。

2)門窗節(jié)能。門窗是建筑物內(nèi)外進(jìn)行能量交換的主要通道，因此門窗的節(jié)能對(duì)整體的建筑節(jié)能具有很大的意義。而北方農(nóng)村建筑的窗體大部分為單框單玻，門體大部分為普通的木門，都沒(méi)有保溫設(shè)計(jì)，而且密封性較差，是住宅能耗散失的最薄弱部位。因此在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，進(jìn)行門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)?？刂拼皦γ娣e比:比值可參照表1數(shù)據(jù)。

表1 窗墻面積比

提高外門窗的密封性和保溫性能:采用雙層窗或單框雙玻窗，開(kāi)啟方式上采用平開(kāi)窗，減少冷風(fēng)滲透的縫隙，并使用密封條，增強(qiáng)其密封性;采用雙層或者有保溫處理的單層外門，從而提高外門的隔熱性能，減少傳熱量。另外，還可以在室內(nèi)加裝門窗簾，也有利于減少門窗的熱損失。

3)屋面、地面節(jié)能。屋面節(jié)能措施的要點(diǎn):a.屋面保溫層的選材上，選用導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低的高效保溫材料，比如膨脹珍珠巖保溫芯板;b.屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)及做法上，盡可能的從建筑本身的設(shè)計(jì)上做到節(jié)能，比如采用坡屋頂，設(shè)置架空層要比一般的平屋頂?shù)墓?jié)能效果要好，另外還可以考慮設(shè)置吊頂層。

地面節(jié)能措施，主要考慮的是地面墊層下的保溫層設(shè)計(jì)和地面防潮設(shè)計(jì)，兩者均能在減少地面散熱量上起到明顯效果。

3.3 能源的綜合開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

1)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。太陽(yáng)能在農(nóng)村建筑中大量利用是當(dāng)今的趨勢(shì)，因?yàn)樘?yáng)能及其轉(zhuǎn)換過(guò)程均不會(huì)產(chǎn)生污染，通常是用集熱器的形式收集熱量，或經(jīng)過(guò)光電池轉(zhuǎn)換貯存能量，是一種可持續(xù)利用的清潔能源，并且能最大程度的利用自然資源達(dá)到節(jié)能的要求。我國(guó)有著豐富的太陽(yáng)能資源，因此，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用在我國(guó)特別是農(nóng)村地區(qū)已小有規(guī)模。安徽的太陽(yáng)能路燈建設(shè)，北京農(nóng)村的太陽(yáng)能綜合利用民宅，全國(guó)重視的太陽(yáng)房的運(yùn)用等，都是太陽(yáng)能利用在農(nóng)村的成功典例。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能照明系統(tǒng)、太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)既解決了農(nóng)村無(wú)集中采暖、靠燃料取暖的現(xiàn)狀問(wèn)題，又節(jié)約了農(nóng)村能源，減少了環(huán)境污染，提高了農(nóng)民的生活質(zhì)量。

2)沼氣開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。沼氣是一種清潔的可再生能源。農(nóng)村沼氣池的開(kāi)發(fā)可以解決農(nóng)村的人畜糞便以及垃圾污染的問(wèn)題，是全面凈化農(nóng)村環(huán)境的良方。沼氣作為能源利用已有很長(zhǎng)的歷史。20世紀(jì)70年代初，我國(guó)政府就在農(nóng)村推廣沼氣事業(yè)，90年代末才開(kāi)始實(shí)施大型沼氣利用工程，21世紀(jì)以來(lái)，在新農(nóng)村建設(shè)、國(guó)家新能源發(fā)展需求等因素的影響下，沼氣綜合利用才開(kāi)始進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段。目前，戶用沼氣在我國(guó)北方廣大農(nóng)村已被廣泛使用，我們還需要大力推廣大型沼氣工程和集中沼氣設(shè)施。建一個(gè)沼氣工程，就相當(dāng)于串起了一條循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)農(nóng)村能源的合理利用起到十分重要的作用。

3)其他能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。在北方的農(nóng)村地區(qū)，還有很多值得一提的節(jié)能環(huán)保的新能源，以及它們的合理利用。比如淺層地?zé)崮茉?對(duì)于統(tǒng)一集中規(guī)劃建造的新建村鎮(zhèn)，宜采用集中的熱水供應(yīng)和集中的采暖設(shè)施，充分利用當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源，既節(jié)約了燃料，又達(dá)到了這一目的;比如風(fēng)力發(fā)電:考慮各地區(qū)的地理、氣候特點(diǎn)，充分利用風(fēng)能這一自然資源，建造風(fēng)力發(fā)電站，供應(yīng)日常的生活和生產(chǎn)用電，既方便又廉價(jià)。

4 我國(guó)農(nóng)村節(jié)能建筑的案例研究

北京市平谷區(qū)就根據(jù)其日照強(qiáng)度較高，可再生資源豐富，全年日照2 500 h以上，太陽(yáng)能資源較豐富等特征，選擇了投資不算太高的外墻外保溫和太陽(yáng)能與建筑一體化系統(tǒng)在新農(nóng)村建設(shè)中予以推廣，見(jiàn)圖1，圖2。要求節(jié)能房屋按照統(tǒng)一的圖紙，必須是外墻粘貼60 cm～80 cm厚的聚苯板，并且安裝中空玻璃門窗，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到65%，且屋頂安裝與建筑外觀一體的太陽(yáng)能集熱板，采用太陽(yáng)能地板輻射供暖，大大節(jié)約能源。

圖1 平谷區(qū)新農(nóng)村建設(shè)太陽(yáng)能供暖/熱水系統(tǒng)

圖2 平谷區(qū)農(nóng)村住宅太陽(yáng)能與建筑一體化采暖/熱水系統(tǒng)示范工程

太陽(yáng)能是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的清潔能源。一座農(nóng)村住宅使用被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖，每年可節(jié)能約0.8 t標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)減排二氧化碳2.1 t。如果我國(guó)農(nóng)村每年有10%的新建房屋使用被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖，全國(guó)可節(jié)能約120萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳308.4萬(wàn)t。

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