青海省農(nóng)牧區(qū)民居冬季保溫性能研究

叢玲玲++胡林

摘要 社會主義新農(nóng)村建設(shè)是我國現(xiàn)代化進(jìn)程中的重大歷史任務(wù)。2016年中央一號文件明確提出推動城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高新農(nóng)村建設(shè)水平，要全面啟動村莊綠化工程，開展生態(tài)鄉(xiāng)村建設(shè)，推廣綠色建材，建設(shè)節(jié)能農(nóng)房。為了及時總結(jié)典型地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)的經(jīng)驗，認(rèn)真分析新民居建設(shè)中存在的不足，對青海省農(nóng)牧區(qū)民居建設(shè)展開了實地調(diào)研測試，并對其保溫性能進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。

關(guān)鍵詞 農(nóng)牧區(qū)；冬季；民居；節(jié)能；保溫；青海省

中圖分類號 TU241.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）05-0291-05

Abstract Construction of a new socialist countryside is a significant historical task in the process of China modernization.The 2016 "Central First Document" proposed to promote coordinated development of urban and rural areas，improve the level of new rural construction.The village started to carry out ecological greening projects，rural construction，promotion of green building materials，construction of energy-efficient housing.In order to summarize the experience of new rural construction in typical areas，problems in the construction of new residence were carefully analyzed，a field survey test of residential construction in agricultural and pastoral area of Qinghai Province were launched，and the insulation performance of data were analyzed.

Key words agricultural and pastoral areas；winter；dwelling；energy conservation；heat preservation；Qinghai Province

1 民居建設(shè)現(xiàn)狀

青海省農(nóng)牧區(qū)處于青藏高原腹地，氣候寒冷、干燥，日照時數(shù)長，自然條件惡劣，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后，屬于全國集中連片的貧困地區(qū)，相當(dāng)一部分的農(nóng)牧民居住和生存條件還很落后。隨著社會主義新農(nóng)村建設(shè)工作的開展，農(nóng)牧民的居住環(huán)境在很大程度上得到了改善。但是受氣候環(huán)境、資源能源狀況、經(jīng)濟發(fā)展水平及生產(chǎn)生活習(xí)慣等方面綜合影響，農(nóng)村住宅的資源和能源消耗也在增加。

為分析新民居在節(jié)能保溫方面的效果，深入了解青海省農(nóng)牧民的居住現(xiàn)狀，特成立調(diào)研小組，展開了實地考察活動，通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)：一是許多農(nóng)牧區(qū)民房已翻新或異地集中建成磚瓦房，且室內(nèi)功能齊全，能夠利用多種方式進(jìn)行冬季采暖。但是仍有一部分半農(nóng)半牧區(qū)的農(nóng)民還居住在土木結(jié)構(gòu)的房屋中，房屋不僅簡陋而且衛(wèi)生條件極差，一般是靠廚房兼客廳的房間設(shè)一個火爐來采暖，其他房間基本不采暖，冬季的舒適性非常差。二是當(dāng)?shù)卦欣献≌奈菝?、外墻基本沒有進(jìn)行保溫設(shè)計，且屋面多為平頂，門窗密閉性也較差，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大，這就導(dǎo)致冬季的散熱量大大增加，采暖成本也大幅度提高。三是部分新建的民居過于注重裝飾，忽視了實用性，房屋的保溫性能不盡如人意。據(jù)初步統(tǒng)計，一個冬季每戶用來采暖、燒水、做飯的煤炭量至少需要4 t，而當(dāng)?shù)氐拿禾績r格在1 000元/t左右，所以1 家農(nóng)戶整個冬季的燃料費需4 000元左右，這對當(dāng)?shù)剞r(nóng)民來說是一筆不小的支出。

2 民居保溫性能測試

調(diào)研的結(jié)果顯示，保溫節(jié)能成為農(nóng)牧區(qū)民居的突出問題所在，于是在綜合分析各影響因素的前提下，選擇湟源縣作為測試地點。對湟源縣的三集中新村住宅和原有老住宅分別進(jìn)行了實地測試。

青海省西寧市湟源縣“三集中”新村是在國家項目的支持下，根據(jù)群眾意愿和發(fā)展需要，在堅持“以人為本、方便群眾”的原則下建設(shè)的。新村占地18.8 hm2，集中安置了居住最偏遠(yuǎn)的6個深山村300戶農(nóng)戶。通過異地搬遷，一方面徹底解決了300戶1 200多名群眾的行路難、就醫(yī)難、上學(xué)難、致富難的“四難”困境，另一方面也節(jié)省了基礎(chǔ)設(shè)施投資經(jīng)費，有效地改善了當(dāng)?shù)厝罕姷木幼l件。

在“三集中”新村的建設(shè)過程當(dāng)中，新民居采用了附加陽光間、節(jié)能炕等技術(shù)措施，改善了當(dāng)?shù)鼐用竦氖覂?nèi)環(huán)境質(zhì)量。為了進(jìn)一步評價居住環(huán)境改善技術(shù)的應(yīng)用效果，對“三集中”村新民居進(jìn)行了現(xiàn)場測試與分析。

2.1 測試概況

2.1.1 測試地點氣候情況。青海省西寧市湟源縣位于東經(jīng)100°54′～101°25′，北緯36°20′～36°53′，海拔2 470～4 898 m，“三集中”新村所在地海拔2 690 m，屬于山區(qū)地形。湟源縣為大陸性氣候，根據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，其屬于嚴(yán)寒（C）區(qū)（分區(qū)指標(biāo)是 3 800≤HDD18<5000），氣候特征冬季很寒冷，夏季涼爽。湟源縣地處青藏高原，大氣透明度高，對日光的漫射、散射均較小，到達(dá)地面的太陽輻射強度很高，是全國年總輻射量最高的地區(qū)之一。當(dāng)?shù)貧鉁厝詹畲?，最熱?月平均氣溫為13.9 ℃，最冷的1月平均氣溫為-10.5 ℃，年均氣溫為3 ℃。具體氣候條件為采暖度日數(shù)（HDD18）4 478 ℃·d，空調(diào)度日數(shù)（CDD26）0 ℃·d；計算采暖期為161 d，計算采暖期室外平均溫度為-3.0 ℃，計算采暖期水平、南向、北向、東向、西向的太陽總輻射平均強度分別為138、140、43、77、75 W/m2。

2.1.2 測試對象情況。為了更有針對性地進(jìn)行分析，測試選取了“三集中”新村新民居的一棟典型建筑（下文簡稱“新建筑”）和一處老舊住宅（下文簡稱“舊建筑”）進(jìn)行現(xiàn)場的對比測試與分析。新建筑為2層磚混結(jié)構(gòu)，外墻為240實心黏土磚墻，外窗為雙層鋁合金窗，平面如圖1、2所示，外觀見圖 3。舊建筑位于深山頂部，為木柱土坯墻、土坯屋頂、雙層木窗，層高為2.7 m，平面布置如圖4所示，外觀見圖5。

2.1.3 測試儀器?，F(xiàn)場測試主要針對室內(nèi)外物理環(huán)境參數(shù)，包括室內(nèi)外空氣溫度及室內(nèi)各個房間的溫度。使用的儀器主要有：建筑熱工溫度與熱流巡回檢測儀，傳感器為銅-康銅熱電偶（室外空氣溫度傳感器設(shè)有鋁箔罩以減小輻射熱影響）；溫度自動記錄儀；紅外測距儀等。測試時間為2015年3月3—6日，其間天氣多云轉(zhuǎn)晴天，偶有微風(fēng)，氣溫晝夜差異明顯，是典型的春季氣候。實際測量每隔30 min記錄1次[1-3]。

2.2 測試結(jié)果與分析

2.2.1 測試結(jié)果。根據(jù)記錄結(jié)果，將原始數(shù)據(jù)整理如圖6、7所示。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析。①新舊建筑室內(nèi)溫度與熱穩(wěn)定性比較。通過現(xiàn)場調(diào)研和測試可以發(fā)現(xiàn)，盡管在長期的生活實踐中，當(dāng)?shù)氐木用褚灿辛藶榉课菁咏柟忾g的樸素建筑智慧，但是由于缺乏理論支持和經(jīng)濟條件限制，陽光間為密封性較差的單層玻璃窗的簡易陽光間，空氣滲透所損失的熱量大于它所接受的輻射熱量，無法充分有效地利用日間太陽輻射，故室內(nèi)的溫度偏低，室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量較差。新建建筑采用了附加式陽光間，在白天（9：00—18：00）陽光間的溫度能達(dá)到16 ℃以上，其中11：00—14：30陽光間的溫度甚至能達(dá)到25 ℃以上。由于設(shè)計了附加式陽光間，有效地改善了新建筑白天室內(nèi)的熱舒適性（圖8）。 同時也可以看出，由于舊建筑采用了厚重型的土坯圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所以溫度波動小、熱穩(wěn)定性較好，全天溫度基本穩(wěn)定在9 ℃左右，溫度波動在1 ℃左右。新建建筑雖然采用了附加陽光間的設(shè)計，有效地改善了室內(nèi)的熱舒適性，但是由于太陽輻射的時間性，太陽房及相鄰房間在有日照時室溫劇增，日落后室溫迅速下降，一個周期內(nèi)陽光間的溫度波動能達(dá)到20 ℃之多，特別是在夜間，新建建筑的陽光間溫度明顯低于其他房間溫度。室內(nèi)溫度波動過大，房間的熱穩(wěn)定性較差。分析其原因可以發(fā)現(xiàn)，新建建筑的陽光間僅采用了普通的鋁合金單玻窗，其他房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)也僅為240 mm磚墻，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能較差，而且沒有設(shè)置針對太陽得熱的蓄熱構(gòu)件，導(dǎo)致房間在白天太陽輻射強時溫度迅速升高，而在夜間溫度過低。這嚴(yán)重影響了太陽房的使用效果，尤其是夜間不利情況條件下的太陽房的使用效果。因此，新建建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能和熱穩(wěn)定性對室內(nèi)溫度有著非常重要的影響，應(yīng)在今后的設(shè)計當(dāng)中應(yīng)引起足夠的重視并加以改進(jìn)[4-6]。②不同朝向比較與陽光間作用分析。為了分析太陽輻射對室內(nèi)溫度的影響，選取了新建筑當(dāng)中的朝向不同的2 間普通房間進(jìn)行對比分析，其中1間南向、1間北向，其溫度變化如圖9所示?？梢郧逦乜吹剑诎滋煊捎谀舷虻玫搅溯^多的太陽輻射，南向房間溫度比北向房間溫度高出近 3 ℃，而夜間南向房間則與北向房間基本一致。因此，太陽輻射得熱對當(dāng)?shù)亟ㄖ亩臼覂?nèi)溫度的提高有著較為重要的作用，應(yīng)加強對太陽輻射得熱的利用。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析陽光間對室內(nèi)溫度的影響，選取了新建筑當(dāng)中的朝向相同的2間房間，1間南向為附加式陽光間，1間南向為普通房間，其溫度變化如圖10所示。在白天由于陽光間較強的太陽得熱能力，有附加式陽光間的房間溫度比無附加式陽光間的房間溫度高出近1～2 ℃，而夜間由于附加式陽光間的保溫能力較低，溫度較普通房間略低。因此，這也說明了在附加陽光間的設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)加強透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，以保證房間的夜間溫度能達(dá)到設(shè)計要求。

選取新建筑當(dāng)中的附加式陽光間和與其相鄰的客廳進(jìn)行比較，其溫度變化如圖11所示。在白天由于陽光間較強的太陽得熱能力，陽光間的溫度比與其相連的客廳溫度高出近10～15 ℃，而夜間由于附加式陽光間的保溫能力較低，溫度較客廳略低。這說明了附加陽光間的得熱量并未能有效地向相鄰的室內(nèi)傳遞，從而導(dǎo)致白天陽光間過熱而相鄰房間溫度并未得到顯著提高。因此，在設(shè)計當(dāng)中應(yīng)當(dāng)注意加強陽光間與室內(nèi)其他房間的熱交換，如設(shè)立通風(fēng)孔等引導(dǎo)氣流進(jìn)行對流換熱，同時也應(yīng)注意選取蓄熱能力較大的材質(zhì)作為集熱構(gòu)件，以保證房間的夜間溫度能達(dá)到設(shè)計要求。

2.2.3 新舊建筑采暖能耗對比計算。①計算條件。建筑位于青海省西寧市湟源縣，距離西寧市直線距離約45 km。進(jìn)行建筑能耗計算時，室外氣象參數(shù)均采用西寧的數(shù)據(jù)。主要計算參數(shù)如下。氣候區(qū)屬為嚴(yán)寒C區(qū)；采暖期室外計算溫度 -3.0 ℃；計算采暖期天數(shù)161 d；采暖期室內(nèi)計算溫度14 ℃。太陽總輻射平均強度：水平138 W/m2，南向140 W/m2，北向43 W/m2，東向77 W/m2，西向75 W/m2。②圍護(hù)結(jié)構(gòu)狀況。建筑主要計算參數(shù)如下。能耗計算建筑面積為163.24 m2；能耗計算建筑體積為440.75 m3；建筑層高為2.7 m。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位熱工性能如表1所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位面積詳見表2、3。③能耗計算。新舊建筑采暖期能耗計算詳見表2、3。④計算小結(jié)。從計算結(jié)果看，在室內(nèi)外計算條件相同時，受建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能提高的影響，示范建筑采暖期采暖耗熱量從45.1 W/m2下降到15.4 W/m2，新建筑在舊建筑的基礎(chǔ)上節(jié)能率達(dá)到65.9%，節(jié)能效果顯著。

3 分析與結(jié)論

青海省農(nóng)牧區(qū)民居建筑基本都是單層或低層結(jié)構(gòu)，單位建筑面積可接受太陽輻射的外圍護(hù)面積大，因而太陽輻射對傳統(tǒng)民居建筑室內(nèi)熱環(huán)境的影響也更為明顯。因此，當(dāng)?shù)孛窬討?yīng)盡可能地充分利用太陽輻射得熱。常見的太陽能利用措施包括建筑的朝向多坐北朝南，增大南向外窗面積，而陰面則不設(shè)外窗或減小窗戶面積、縮短屋檐挑出長度或取消屋檐而減少對太陽輻射的遮擋等，以及被動式太陽房的利用。附加式陽光間作為被動式太陽能應(yīng)用的一種，通過當(dāng)?shù)氐墓こ虒嵗C明能夠有效地提高對太陽輻射得熱的利用，提高了房間的室內(nèi)溫度，對提高房間的熱舒適度、降低采暖能耗都有著極為重要的作用。

但是，也應(yīng)該注意到增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫能力和蓄熱性能有效降低室外環(huán)境波動對室內(nèi)的影響，對保持室內(nèi)的熱環(huán)境的相對穩(wěn)定，特別當(dāng)室外溫度和太陽輻射變化劇烈時，這種作用尤其重要。同時也要加強陽光間與其他房間的熱交換，以保證陽光間的集熱能被其他房間充分利用，提高太陽輻射熱的利用率。

青海省農(nóng)牧區(qū)新民居建設(shè)必須結(jié)合地域特點、氣候狀況、經(jīng)濟條件，采用適宜技術(shù)和地方材料，加強建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計，降低建筑能耗，提高室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，探索適應(yīng)青海省農(nóng)牧區(qū)新農(nóng)村建設(shè)的生態(tài)建造技術(shù)，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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