日照市新型農(nóng)村社區(qū)住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)研究

徐錫權(quán)，申淑榮，徐 鵬

(1.日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑技術(shù)研究所，山東日照 276826;2.山東金宸建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，山東日照 276826)

1 日照市農(nóng)村住宅節(jié)能概況

日照市地處沿海，正處在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加快發(fā)展階段，消費(fèi)規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源供求矛盾日益突出。廣大農(nóng)村地區(qū)的建筑，基本還是使用實(shí)心粘土磚，絕大多數(shù)沒(méi)有采取節(jié)能措施，僅能滿(mǎn)足基本居住需求。首先是農(nóng)村住宅自身熱工性能差。據(jù)資料統(tǒng)計(jì):農(nóng)村住宅墻體平均厚度為24cm，墻體過(guò)薄，并且僅3%的農(nóng)宅采用了簡(jiǎn)單保溫措施，而當(dāng)前農(nóng)村建房使用的大量實(shí)心磚也對(duì)環(huán)境造成破壞。屋面方面，幾乎無(wú)保溫隔熱層，坡屋頂與墻體接合處常常會(huì)看到縫隙，冬季滲風(fēng)嚴(yán)重。門(mén)窗密閉效果差，保溫隔熱性能差，超過(guò)80%的農(nóng)戶(hù)仍使用單層窗。其次，供熱設(shè)備效率低，自制土暖氣的使用率超過(guò)50%，但其供熱效率僅為40%。此外，農(nóng)民觀念及行為方式對(duì)能耗方面的影響也不容忽視，這些都導(dǎo)致了農(nóng)村能耗的增長(zhǎng)。

2 日照市農(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 住宅平面布局

限于日照市農(nóng)村普遍的家庭生活模式，農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)越來(lái)越淡化，因而住宅功能中的農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)部分和畜舍等已經(jīng)基本被省略。長(zhǎng)期以來(lái)，日照市農(nóng)村住宅平面布局的一大原則是主要房間(如客廳、臥室)位于靠近正立面的一側(cè)，次要房間和附屬房間(如衛(wèi)生間、樓梯間、次臥室)等位于靠近背立面的一側(cè)。日照市農(nóng)村當(dāng)前普遍流行的住宅平面布局方式，總體來(lái)說(shuō)是適應(yīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)生活習(xí)慣的，同時(shí)如朝向?yàn)槟媳毕?，也能較好的做到自然通風(fēng)與采光。但是，在建筑節(jié)能和增加居住舒適度等方面，筆者認(rèn)為在以下方面可進(jìn)行優(yōu)化:鑒于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)日常居住人口十分有限，而新建住宅總建筑面積過(guò)大，可在規(guī)劃方面適當(dāng)控制建筑層數(shù)為2 層，或縮小宅基地的面積;廚房和儲(chǔ)藏空間結(jié)合院落置于住宅的前部，可使院落在日常生活中得到更為有效的利用;優(yōu)化居住空間，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活特點(diǎn)和居住者的需要，科學(xué)的組織起居、睡眠等基本功能空間和會(huì)客、學(xué)習(xí)、樓梯間等輔助功能空間，盡量減少輔助交通空間，提高空間利用率;當(dāng)前新建的住宅基本都有外挑封閉陽(yáng)臺(tái)，可以充分利用封閉陽(yáng)臺(tái)，將其隔斷成為日光間，夏季遮陽(yáng)、隔熱，冬季保溫、取暖。

2.2 層高選取

當(dāng)前日照市農(nóng)村新建住宅基本都為三層，且層高范圍相對(duì)固定，一般為底層3.8～4 m，二層、三層3.6～3.8 m，就住宅建筑類(lèi)型而言，這種層高值已經(jīng)非常大了，這種現(xiàn)象對(duì)于資源和能源相對(duì)緊缺的中國(guó)來(lái)說(shuō)，是很大的浪費(fèi)。合理降低層高，對(duì)于節(jié)約用地和降低造價(jià)，都有很大潛力。根據(jù)測(cè)算，當(dāng)住宅層高從3 m 降到2.7 m 時(shí)，平均每套住宅綜合造價(jià)可降低5%～5.5%。適當(dāng)降低層高，不僅在節(jié)約投資上有明顯的效果，而且還節(jié)省土地、材料、能源，并且有利于抗震。

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱

2.3.1 外墻

建筑耗熱量主要是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量構(gòu)成，在傳熱耗熱量所占份額中，外墻約占23%～34%，窗戶(hù)約占23%～25%，樓梯間隔墻約占6%～11%，屋面約占7%～8%，陽(yáng)臺(tái)門(mén)下部約占2%～3%，戶(hù)門(mén)約占2%～3%，地面約占2%，窗戶(hù)的耗熱量與空氣滲透耗熱量相加，約占全部耗熱量的50%。外墻耗熱量所占比例最大，必須采用高效保溫墻體降低其耗熱量，從而達(dá)到改善室內(nèi)熱環(huán)境提高生活質(zhì)量的目的。日照市不屬于傳統(tǒng)重工業(yè)基地，將粘土磚徹底替換為混凝土空心砌體或者加氣混凝土砌體，是不太現(xiàn)實(shí)的，而粘土磚因其制作簡(jiǎn)單、取材便捷而將在日照市農(nóng)村繼續(xù)流行。但是，實(shí)心粘土磚的保溫效果以及本身自重優(yōu)勢(shì)等方面都不如空心粘土磚。從推廣空心磚的社會(huì)效益和施工測(cè)定對(duì)比知，推廣空心粘土磚不但在經(jīng)濟(jì)上合理，而且在技術(shù)上可行。同時(shí)，選擇XPS 對(duì)外墻進(jìn)行保溫處理，它是采用專(zhuān)用聚合物黏結(jié)膠漿與墻體基層或水泥砂漿找平層黏結(jié)的一種外墻保溫系統(tǒng)。聚合物砂漿作保護(hù)層，以耐堿玻纖網(wǎng)格布為增強(qiáng)層，XPS 塑聚苯板作保溫層并輔以金屬或塑料錨栓，錨固于基層墻體，整個(gè)系統(tǒng)可達(dá)到節(jié)能、保溫、抗裂及裝飾等綜合效果。因而，筆者建議在日照市農(nóng)村新建住宅時(shí)推廣使用以上做法。

2.3.2 門(mén)窗

日照市農(nóng)村當(dāng)前新建住宅的門(mén)普遍使用鋼門(mén)。窗玻璃全部都為普通單層白玻璃，保溫隔熱效果非常差。當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)表現(xiàn)在夏季時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度比較大，門(mén)窗節(jié)能應(yīng)側(cè)重在夏季的防熱上，同時(shí)兼顧冬季保溫。為此，可以從以下幾個(gè)方而來(lái)考慮提高門(mén)窗的保溫隔熱性能:(1)外門(mén)使用木門(mén)。當(dāng)前普遍流行的鋼門(mén)傳熱系數(shù)為640 W/(m2·K)，而木門(mén)傳熱系數(shù)為270 W/(m2·K)，在保溫隔熱方面，木門(mén)具有明顯優(yōu)勢(shì)。出于安全方面的考慮，可將木門(mén)做簡(jiǎn)化處理(減小厚度，使用空心木門(mén)等)，同時(shí)在木門(mén)外增設(shè)一道鋼門(mén)。(2)選擇合適的框型材料。型材的材性和斷面形式是影響門(mén)窗保溫性能的重要因素之一?？蚴情T(mén)窗的支撐體系，由金屬型材、非金屬型材和復(fù)合型材加工而成。為增強(qiáng)窗的保溫隔熱性能，型材首選鋁合金斷熱窗框(斷熱橋?qū)挾炔灰诵∮?5 mm)和塑鋼窗框。(3)加強(qiáng)戶(hù)內(nèi)外的遮陽(yáng)措施。在滿(mǎn)足建筑立面設(shè)計(jì)要求的前提下，增設(shè)外遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)篷及適當(dāng)增加南向陽(yáng)臺(tái)的挑出長(zhǎng)度都能起到一定的遮陽(yáng)效果。在窗戶(hù)內(nèi)側(cè)，設(shè)置如窗簾、百頁(yè)等活動(dòng)遮陽(yáng)裝置，以便夏季減少太陽(yáng)輻射熱，冬季又得到充足的日照。(4)提高門(mén)窗的密閉性能。據(jù)測(cè)試，普通鋼窗在粘貼密封條前后的空氣滲透量分別是9.03 m3/(m·h)和1.31 m3/(m·h)，密封水平提高了7 倍左右，達(dá)到了I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，密封條壽命約3年以上。只有良好的門(mén)窗密閉性，才能保障住宅在冬季室內(nèi)熱量不至于流失過(guò)快。

2.3.3 屋面

日照市夏季日照時(shí)間比較長(zhǎng)，通常水平屋面外表面的空氣綜合溫度達(dá)到35℃～50℃，頂層室內(nèi)溫度比其下層室內(nèi)溫度要高出2℃～4℃。因此，提高屋面的保溫隔熱性能，對(duì)提高抵抗夏季室外熱作用的能力尤其重要，這也是減少空調(diào)耗能，改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個(gè)重要措施。在多層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，屋頂所占面積較小，能耗約占總能耗的8%～10%。據(jù)測(cè)算，每降低1℃，空調(diào)減少能耗10%，而人體的舒適性會(huì)大大提高。因此，加強(qiáng)屋頂保溫節(jié)能對(duì)建筑造價(jià)影響不大，節(jié)能效益卻很明顯。當(dāng)前日照市農(nóng)村新建住宅多數(shù)都為三層平屋頂，其屋面構(gòu)成基本為100 mm 厚鋼筋混凝土板，外側(cè)為20 mm 厚水泥砂漿，內(nèi)側(cè)為20 mm 厚石灰砂漿，沒(méi)有任何保溫隔熱措施，致使三層室內(nèi)熱環(huán)境相當(dāng)惡劣。因而在當(dāng)?shù)?，住宅的三樓基本沒(méi)有人居住，農(nóng)民之所以在面積已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)的情況下還要將住宅蓋至三層，除了心理作用以外，很大一部分原因是認(rèn)為三層可以隔熱，卻從未想到在屋面設(shè)置保溫隔熱處理，也同樣能達(dá)到隔熱的效果。同時(shí)，就三層住宅而言，一個(gè)樓層的造價(jià)接近住宅整體造價(jià)的三分之一。因而，如在屋面設(shè)置保溫隔熱處理，當(dāng)?shù)刈≌唤ㄔO(shè)兩層，大大降低了住宅的造價(jià)，也能使室內(nèi)有很優(yōu)良的熱環(huán)境。因而，筆者建議可在日照市農(nóng)村在新建住宅時(shí)推廣使用擠塑聚苯板倒置式屋面保溫系統(tǒng)。

3 案例分析

選取日照一既有建筑進(jìn)行建筑節(jié)能改造能耗分析(見(jiàn)圖1)。該民居外墻為240 mm 粘土磚，外墻內(nèi)外涂抹混合水泥砂漿，涂刷白色涂料，沒(méi)有進(jìn)行保溫隔熱處理。樓板為鋼筋混凝土樓板。建筑物屋頂是用平屋面，沒(méi)有設(shè)置保溫層。建筑物所有窗戶(hù)都是用的是鋁合金單層玻璃窗，陽(yáng)臺(tái)是用鋁合金單玻璃封閉。選擇使用天正TBEC節(jié)能軟件對(duì)該案例進(jìn)行動(dòng)態(tài)能耗模擬計(jì)算。以下表格中材料厚度的單位為mm，導(dǎo)熱系數(shù)的單位為W/(m·K)，蓄熱系數(shù)和傳熱系數(shù)的單位為W/(m2·K)，傳熱阻的單位為m2·K/W。

圖1 建筑物平面布置圖

3.1 初始方案的熱工計(jì)算

既有建筑初始方案中主要構(gòu)造的熱工計(jì)算值如表1～表3 所示。

表1 建筑物外墻熱工計(jì)算

表2 建筑物屋頂熱工計(jì)算

表3 建筑物外窗分類(lèi)

從上面的熱工計(jì)算可以看出此既有建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)等熱工指標(biāo)已經(jīng)不能滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定中的要求。

3.2 改造方案的熱工計(jì)算

3.2.1 外墻節(jié)能改造方案

前文所述的外墻XPS 板保溫系統(tǒng)的具體構(gòu)造如圖2所示。

圖2 XPS 板薄抹灰外墻外保溫構(gòu)造系統(tǒng)

圖2 中，①為粘土磚，②為水泥砂漿，③為XPS 板，④為厚抗裂砂漿與網(wǎng)格布，⑤為涂料，⑥為錨栓。此系統(tǒng)傳熱系數(shù)為0.625 W/(m2·K)，根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》可計(jì)算出相關(guān)的熱物理參數(shù)，如表4 所示。

表4 建筑物外墻節(jié)能熱工計(jì)算

3.2.2 屋面節(jié)能改造方案

前文所述的擠塑聚苯板倒置式屋面保溫系統(tǒng)具體構(gòu)造為:現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面;輕集料混凝土;擠塑聚苯板;水泥砂漿;細(xì)石混凝土。各層的具體厚度可見(jiàn)表5。此系統(tǒng)傳熱系數(shù)為0.739W/(m2·K)，它的熱物理參數(shù)如表5 所示。

表5 建筑物屋面節(jié)能熱工計(jì)算

3.2.3 門(mén)窗方案改造

采用雙層普通中空玻璃窗(推拉)，它的傳熱系數(shù)為2.8，遮陽(yáng)系數(shù)為0.83。

通過(guò)選使用天正TBEC 對(duì)既有建筑初始方案和改造方案分別計(jì)算各自的耗能量，既有建筑初始方案全年耗電量為49.32 kWh/m2，改造方案全年耗電量為19.67 kWh/m2。節(jié)能效率明顯提高，說(shuō)明前文所述的節(jié)能措施是非常有效的，值得推廣。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村住宅的建設(shè)也全面振興。做好農(nóng)村住宅的節(jié)能設(shè)計(jì)，無(wú)論是對(duì)于節(jié)約農(nóng)戶(hù)投資，還是對(duì)于全社會(huì)的“節(jié)材”、“節(jié)地”、“節(jié)能”，其意義都是非凡的。本文僅針對(duì)日照地區(qū)農(nóng)村住宅的形態(tài)特點(diǎn)，對(duì)其發(fā)展演變與有效的節(jié)能方式進(jìn)行了探討，并提出了一些針對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村住宅節(jié)能設(shè)計(jì)的建議。

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