隴東地區(qū)農(nóng)宅建筑熱工性能調(diào)查與節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)★

王天鵬 潘驍 涂衛(wèi)

(蘭州交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

當(dāng)前中國70%左右的人口生活在農(nóng)村，伴隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平及對建筑環(huán)境品質(zhì)要求的不斷提高，如何營造一個安全，健康和舒適的農(nóng)村建筑環(huán)境，傳承農(nóng)村人民與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的生活模式，是我國新農(nóng)村建設(shè)必須面對和解決的戰(zhàn)略性問題［1-3］。

隴東是甘肅東部的簡稱，包括慶陽、平?jīng)鰞傻貐^(qū)，16個市縣，人口446萬，面積3.8萬km2。隴東位于六盤山以東，北接寧夏，東臨陜西，地處黃河中游，從地理區(qū)位上看，隴東位于黃土高原中部偏西，具有典型的黃土高原溝壑地區(qū)地形地貌。該地區(qū)地屬我國北方冬季采暖區(qū)，在我國建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)上屬于寒冷地區(qū)，因此該地區(qū)農(nóng)宅建筑的冬季熱工特性對其建筑環(huán)境舒適性起到至關(guān)重要的作用。筆者對該區(qū)域的各類典型農(nóng)宅建筑熱工性能進(jìn)行了調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合傳統(tǒng)和現(xiàn)代材料構(gòu)造手段提出了農(nóng)宅建筑整體節(jié)能構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。

1 隴東地區(qū)典型農(nóng)宅建筑熱工性能調(diào)研分析

選取甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)和慶陽市鎮(zhèn)原縣作為隴東地區(qū)的典型氣候區(qū)域，利用Mini Temp紅外測溫儀和HTC-1型數(shù)字式溫濕度計(jì)等儀器對該地區(qū)典型的新農(nóng)村建筑以及當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)農(nóng)宅建筑熱工性能進(jìn)行實(shí)際檢測。按建筑結(jié)構(gòu)形式分類來看，該區(qū)域內(nèi)廣泛分布著三種典型農(nóng)宅建筑:1)采用夯土墻、土坯拱頂外貼磚等傳統(tǒng)建筑的營造材料及技術(shù)的生土民居建筑——窯房和窯洞;2)采用磚混結(jié)構(gòu)雙坡頂加南向玻璃通廊形式的單層農(nóng)宅建筑;3)采用加筋土坯墻結(jié)構(gòu)平屋頂形式的單層農(nóng)宅建筑;4)采用磚混結(jié)構(gòu)平屋頂形式的單層農(nóng)宅建筑。這四類建筑的基本特點(diǎn)如表1所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Ⅰ類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為14℃～16℃，Ⅱ，Ⅲ類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為8℃ ～10℃，Ⅳ類農(nóng)宅建筑室內(nèi)空氣平均溫度為5℃ ～7℃，雖然對比我國居住建筑冬季采暖設(shè)計(jì)溫度18℃的最低標(biāo)準(zhǔn)有很大差距，但可以提供一條改進(jìn)并利用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料夯土與現(xiàn)行磚砌體材料相結(jié)合的保溫設(shè)計(jì)思路。另外Ⅳ類農(nóng)宅建筑應(yīng)該盡量避免建造，因其不僅冬季保溫性能有缺陷，而且與當(dāng)?shù)仄挛蓓攤鹘y(tǒng)建筑形式的割裂不利于傳統(tǒng)文脈的延續(xù)。

表1 調(diào)研地區(qū)典型農(nóng)宅建筑基本特點(diǎn)

通過實(shí)地實(shí)測調(diào)研以及問卷調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)農(nóng)宅建筑中存在以下問題:

1)一些新農(nóng)村示范點(diǎn)單純注重建筑外部的美觀，對建筑的使用功能弱化，致使在冬季寒冷情況下能使用(不影響人的最低熱舒適性程度)的房間急劇減少，大多數(shù)房間出現(xiàn)內(nèi)部墻面冷凝結(jié)露情況。

2)生土建筑較好的保溫蓄熱性能在冬季得到了驗(yàn)證，但其房間的采光條件相較新農(nóng)村而言較差，新建建筑中應(yīng)注意房間進(jìn)深與窗高的比例。

3)新農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目中大量使用混凝土和磚，提供了施工的方便，縮短了建造的周期，但對于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑材料及形式的忽視，使得建筑的保溫性能減弱和文脈的逐漸消失。

4)農(nóng)村對能源的利用率較低，造成更多的環(huán)境污染與資源的浪費(fèi)，在西北農(nóng)村可以很好的發(fā)揮對新型能源的利用，如太陽能、沼氣等，調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)國家現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn)建設(shè)。

5)當(dāng)?shù)貙儆诤涞貐^(qū)，冬季采暖特別重要，不僅僅要解決房屋的保溫性能，而且要解決采暖難的問題。

6)有些規(guī)?；男罗r(nóng)村雖然住房漂亮統(tǒng)一，但是功能布局的缺陷給人們的生活帶來了很大的不便，如有些院落缺少廁所等基本用房。

2 建筑熱工節(jié)能設(shè)計(jì)方案

充分考慮當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)農(nóng)宅建筑單體構(gòu)造中土坯墻和單坡木屋面的做法，結(jié)合現(xiàn)代材料構(gòu)造，推薦單坡屋頂+室內(nèi)吊頂+雙層夾芯墻+附加陽光間的綜合節(jié)能構(gòu)造體系(見圖1)，并根據(jù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、人民生活水平等綜合情況對具體材料構(gòu)造區(qū)別選用。

2.1 基本構(gòu)造體系

2.1.1 外墻

外墻采用蓄熱性能好的生土材料夾芯保溫復(fù)合構(gòu)造:150 mm生土墻+100 mm空氣間層或松散保溫材料+250 mm砌塊墻，具體做法見圖1。此外，墻體材料應(yīng)因地制宜，生土坯、普通粘土磚、加氣混凝土砌塊、粉煤灰混凝土砌塊、爐渣混凝土砌塊等材料應(yīng)本著就近取材的原則加以選用。在新農(nóng)村的建設(shè)中，可能由于固執(zhí)于磚砌體等常規(guī)材料的使用而忽視了當(dāng)?shù)氐纳敛牧希紤]用生土材料和磚砌體材料相結(jié)合的方式砌筑墻體，可以使得保溫效果更佳，且這種實(shí)例在調(diào)研中到了驗(yàn)證，在隴東地區(qū)應(yīng)具有很強(qiáng)的可行性。

2.1.2 屋頂

屋頂采取的節(jié)能保溫措施主要有以下兩點(diǎn):1)在傳統(tǒng)民居木屋頂望板構(gòu)造層之上加鋪一層60 mm厚擠塑性聚苯板保溫層，可使木屋頂總體保溫性能大大提高。2)在室內(nèi)平吊頂面板上部加鋪一層50 mm厚擠塑性聚苯板保溫層，與1)中所述木屋頂望板上的保溫層構(gòu)造組成雙層屋頂保溫節(jié)能系統(tǒng)，保溫層厚度比傳統(tǒng)屋頂節(jié)能50%以上。同時坡屋頂相比平屋頂更有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)宅文化的延續(xù)。擠塑性聚苯板材料價(jià)格較高，可采用政府補(bǔ)貼的方式解決。此外，屋頂材料應(yīng)因地制宜，木椽、木望板、膠合板(人造板材)望板、生土灰泥、防水油布、青瓦、機(jī)制紅瓦等材料應(yīng)本著就近取材的原則加以選用。

2.1.3 地面

地面采用蓄熱性能好的卵石蓄熱層構(gòu)造(混凝土面層/磚鋪地面層+空氣間層通道+卵石蓄熱層)，比傳統(tǒng)素土夯實(shí)地面節(jié)能性能提高50%以上，地面材料應(yīng)因地制宜，素土、普通粘土磚、卵石、碎塊石等材料應(yīng)本著就近取材的原則加以選用。

2.1.4 門窗

門窗推薦各區(qū)采用中空玻璃斷橋型塑鋼門窗，傳熱系數(shù)達(dá)到K0=2.7 W/(m2·K)，比傳統(tǒng)木門窗和實(shí)腹鋼門窗節(jié)能30%和50%。由于門窗系成品構(gòu)件，中空玻璃斷橋型塑鋼門窗價(jià)格較高，可采用政府補(bǔ)貼的方式解決。

2.2 特殊措施

2.2.1 附加陽光間(太陽能暖廊)

在農(nóng)宅平面毗鄰南墻一側(cè)設(shè)置通廊式封閉附加陽光間，由透光玻璃構(gòu)成，間隔設(shè)置可開啟平開或上懸窗扇，內(nèi)側(cè)設(shè)置農(nóng)家自制保溫窗簾或百葉，冬季白天卷起使陽光間充分獲得太陽熱能，夜間則拉下可有效減少陽光間對室外夜空的散熱作用。農(nóng)宅南墻與附加陽光間地面均宜采用蓄熱性能好的生土材料和卵石構(gòu)造。此構(gòu)造措施可達(dá)到冬季保溫節(jié)能、夏季通風(fēng)隔熱的雙重效果。

2.2.2 蓄熱通風(fēng)間層系統(tǒng)

外墻、地面構(gòu)造中空氣間層形成的熱通道構(gòu)造使得建筑構(gòu)造系統(tǒng)由靜態(tài)保溫變?yōu)閯討B(tài)保溫。中空間層構(gòu)造、外墻地面蓄熱層構(gòu)造與太陽能暖廊組成的系統(tǒng)(如圖1所示)可在冬季持續(xù)提供室內(nèi)暖氣流，形成一種天然空調(diào)系統(tǒng)。必要時可在進(jìn)、出風(fēng)口處加設(shè)小型電動風(fēng)扇，以加強(qiáng)熱氣流動效率。

2.2.3 建筑采暖

針對影響人體的最低熱舒適性問題，我們可以運(yùn)用一些簡易的方法提高建筑采暖效能，比如說:1)設(shè)置門斗，為了使冬季的冷風(fēng)最小限度的灌入室內(nèi)，我們就應(yīng)該盡量把門窗都設(shè)置在南向，爭取白天最大限度的輻射得熱，以提高室內(nèi)溫度或者保持室內(nèi)的熱空氣不被室外的冷空氣置換;2)設(shè)置既能夠儲水又能夠在白天儲熱的儲水箱，以便于夜晚向房間內(nèi)放熱;3)在農(nóng)村火爐或者壁爐上方加大蓄熱面，已達(dá)到加強(qiáng)白天蓄熱夜晚放熱的目的。

［1］ 靳亦冰，馬 健，王 軍.甘肅隴東地區(qū)生土民居營建研究［J］.建筑與文化，2010(10):86-87.

［2］ 周茗如，龍利軍，張豪杰，等.甘肅農(nóng)村住房建筑節(jié)能技術(shù)探討［J］.節(jié)能技術(shù)，2012(3):262-265.

［3］ 李 冕，劉中常，劉秀玉.節(jié)能技術(shù)在馬鞍山新農(nóng)村建設(shè)中的可行性分析［J］.山西建筑，2011，37(20):204-205.