鲁南地区新农村节能型住宅采暖设计策略研究

杨曙光

0 引言

中国的鲁南地区是大棚蔬菜之乡，大多数农户都有自己的大棚菜基地。蔬菜大棚是一种具有出色的保温性能的框架覆膜结构，它的出现使得人们可以吃到反季节蔬菜。一般蔬菜大棚以土坯做底部基础框架，上方使用竹结构或者钢结构做骨架，覆上一层或多层保温塑料膜，这样就形成了一个温室空间。外膜很好地阻止内部蔬菜生长所产生的二氧化碳的流失，使棚内具有良好的保温效果。特别是在寒冷的冬天，它能让不喜欢寒冷的蔬菜能在一个非常温暖的环境里生长。据测试，大棚内外的温度最大能相差40多摄氏度，即，当寒冷的冬天降到-10℃左右的时候，在保证阳光充分照射的情况之下，大棚内的温度依然能够保持30多摄氏度，在这个温度范围内，许多洗澡不方便农户把这儿当成天然的桑拿房。这是一种绿色的资源，是一种取之不尽、用之不竭的资源，是一种可持续的资源……相对江南、徽州等地区的民居，鲁南地区的住宅有自己独特的特点:阴阳面对称的金字形屋顶造型，矩形框架结构，通常有3个～5个开间，结构简单。住宅入口处有简单易用的走廊外加一个独立的院子，条件好的还有左右两个厢房，一个门楼。尽管没有江南地区住宅的富庶气派，但也显得朴实大方。住宅所用材料以红砖、红瓦为主，在耐用性上和美观方面得到了提高和优化，农民的住宅条件得到大力的改善。尽管如此，本地区住宅的采暖问题依然没有得到有效的解决，传统的煤气炉，火炕，电暖器等采暖方式既不经济卫生，也不生态。找到一种绿色可持续的，经济卫生的，生态的采暖方式就成了当务之急。说到此，笔者认为几乎每家农户都熟悉的蔬菜大棚保温技术便可以为农户的住宅采暖问题提供一个很好的解决方案。那么根据本地区住宅的特点和农户熟悉的蔬菜大棚技术，节能型住宅采暖设计可以从以下几点入手。

1 改善土坯性能，增加土坯墙体比例

蔬菜大棚之所以有很好的保温性能，是与它的土坯材料的墙体分不开的。土坯材料具有经济、环保、保温的优良性能，更具有稳定性差，抗腐蚀性差，抗震性差的致命缺点。这也是逐渐退出建筑市场的主要原因。如果想再次启用土坯材料作为住宅的建筑材料必须要克服这些缺点。

1)提高土坯材料的稳定性和抗腐蚀性:传统土坯的制作是把泥巴和麦秸掺在一起使劲的摔打再经过晾晒做成现代砖块一样的土块，体量要比砖块厚很多也大很多。这种材料随时随地都可以找到，可以说比其他任何建筑材料都经济环保，但是它的稳定性、耐久性极差，经不起雨水的长期侵蚀，在美观度上也大打折扣。那么要解决这个问题首先要在材料本身多下功夫，土坯材料都是就地取材，其成分比较复杂，有各种性质不一的泥土、沙石等成分，由于其自身的热胀冷缩比不同，所以时间久了就会出现裂缝，剥落等现象，因此原始的土坯材料一定要保持相对单纯的成分，把性质不同的沙石等其他材料全部剔除掉，让土坯内部成分的热胀冷缩比在一个均衡的范围之内，尽可能的减少裂缝、剥落等现象的出现。其次，为了增加土坯材料的耐久性和抗腐蚀性，根据1981年Rchard Ferm应泥土建筑国际基金会邀请编写了一本关于稳定的土坯建筑的著作——《稳定土坯建筑介绍手册》，正如书中介绍的那样，在生土中加入乳化沥青材料可以很好的解决这个问题。

2)增加土坯建筑整体的抗震性能。土坯建筑属于砌体结构，整体性差，所以土坯建筑的抗震性能一直制约它的广泛应用，使用圈梁是解决这一问题的有效途径，它能传播来自屋顶横梁的集中荷载，将屋顶系统与墙体顶端联系在一起，在强烈的地震中能阻止墙体的向外倒塌。采用框架结构也是增强建筑整体抗震性能有效方法之一。先用石材或砖材加入钢筋等打1.2m的地基，再在地基上面建立起跨度为8m的柱子，柱子的做法也是运用现代材料加入钢筋支撑。然后在柱子之间运用土坯材料修筑，同时也加入钢筋结构，这样可以大大提高整体建筑的抗震性能。

2 改造建筑结构，增加受光面积

当今鲁南地区新农村住宅的屋顶结构是由自制的水泥板和红色(灰色)瓦片共同组成的，替代了传统的用高粱秸秆做成的笆子做支架，支架上面辅一层麦秸粘土层，再在粘土层上做麦秸(水稻秸)的做法。现在的屋顶结构固然牢固，耐用，施工简单方便，但相比传统的屋顶建造技术，其节能，冬暖夏凉的特点却大大降低，让人感觉很不舒适。那么如何才能让屋顶结构牢固耐用、美观大方的前提之下兼顾节能的特点，是我们重点要考虑的问题。而在本文开始笔者已经提到的蔬菜大棚的采暖保温技术为这个问题提供了一个很好的解决方案。蔬菜大棚技术中，采暖、采光是通过塑料薄膜来实现的，鉴于塑料薄膜不耐用、易破损、透光率低的缺点，我们不可能直接将薄膜应用到建筑房顶上来，为了能够实现薄膜的采暖保温效果，我们要做的就是重新研究屋顶结构的做法，同时要找到能够替代薄膜的耐用性建筑材料。

将阴阳面对称的“金”字形屋顶改成非对称的“入”字形屋顶，增加受光面的面积，减少背光面面积。阳面屋顶材料将原来的水泥板和瓦片换成双层钢化夹丝玻璃屋顶，玻璃中间为保温、隔热、热反射多功能一体化的可动性遮阳片，遮阳片双表面贴有钛金阳光控制热反射节能膜，遮阳片可依据室内通光量和热量获取量的需要全部或部分关闭。开启或关闭遮阳片可自动或人工控制。为了避免从玻璃屋顶直射进来的阳光造成眩光，同时更加提高保温采暖的效率，在3m高的位置安装了吊顶，吊顶的结构分为两个部分:1)主体石膏吊顶，占整个吊顶面积的2/3，住户可以根据自己的需求去做各种石膏造型;2)钢化玻璃吊顶(其结构与功能同屋顶)，占1/3吊顶的面积，这部分吊顶是固定的，不允许农户自己擅自改装。同样为了提高保温采暖效率的目的，在离阳面土坯墙体的1.2m的距离处做一个具有开门功能且可以安装拉帘的钢化玻璃隔断，这个隔断与上述钢化玻璃吊顶相结合在一起，形成一个倒“L”的结构，这样与石膏吊顶和阴面的墙体组成了交通上封闭而视觉上通透的空间，在保证住户去个性化设计自己房间的同时，保证了建筑的整体性和安全性。那么建筑结构如何实现节能型住宅的保温采暖功能。

首先，对于覆有钢化玻璃屋顶的住宅，处理好冬夏两季的采暖、隔热问题是改良设计的关键。其中遮阳片的设计至关重要。为防止热交换，两个遮阳片之间采用搭接式接头。在寒冷的冬天，为了获取热量，白天把遮阳片打开，打开角度适应当地太阳的高度角(30°)。玻璃隔断上面的拉帘以及阳面墙体的窗帘也同时打开，最大限度的吸收热量。天气晴朗时，为避免室内温度过高，遮阳片可局部关闭，遮阳片关闭的页数(或面积)据天气的情况而定。同时，为了增加室内蓄热，在太阳光投射到的北侧墙面外表装置了附有蓄热系数大的木材料。晚上，关闭遮阳片，室内外热交换隔绝，蓄热墙释放白天储存的热量。这样室内便会获得一个相对较高的温度，结果用于人工采暖的能耗投入量就会大大降低。夏天，为了减少太阳热侵入室内，我们关闭遮阳片，借助遮阳片表面的钛金反射膜将太阳热反射，同时阴阳两个墙面的窗户和玻璃隔断的门同时打开，利用通风把热量带走，而此时的双层钢丝玻璃层两端封口也要开启，滞留在中空玻璃夹层被预热的空气流动上升，带走热量，通过这种途径，可以降低室内的温度。

其次，提高住宅窗体隔热保温性能。本地区的门窗大多数是普通的铝合金单层玻璃窗，气密性差，经常撒气漏风，玻璃内外温差大，易产生结露，保温隔热性能差。要解决此类问题最好采用双层玻璃窗，其热损失为单层玻璃的1/2。经济条件较好的可采用三玻(或两玻加膜)，玻璃保温性能会明显提高。玻璃保温性能的提高并不是玻璃厚度增加的缘故，而是两玻或三玻之间形成的密闭空气层具有良好的保温性能。暂无经济能力的，可在玻璃扇内侧框上贴透明塑料薄膜，形成2cm左右的空气间层，这样可使外窗的热损减少60%左右。

3 提高住宅地面的保温性能

本地区的住宅地面通常用普通的水泥加瓷砖铺地，没有特别的保温材料和保温结构，通过地面向室外散热也是本地区房间损失的重要组成部分。因此搞好地面保温可有效改善房间小气候，降低能耗。农宅地面保温形式可分为水平保温和垂直保温:水平保温在地上铺设具有一定高度的格栅，格栅要具有防腐、防潮、防火、防蛀等特点(或者做防腐、防潮、防火、防蛀处理)，而后在格栅中添加保温材料，这里的保温材料可以使用松散材料，此时要在木格栅的下面添加防潮层以确保保温材料的干燥;垂直保温需要在墙体地基外侧覆盖一定厚度和深度的保温层，如膨胀聚苯板等。

目前由于农村的经济条件和其他诸多因素的限制，新农村住宅建设缺少适合农村的新的节能标准和服务系统，更不能奢望像现有城市一样的公共供暖服务系统。所以新农村节能型住宅的采暖设计研究只能从自身优势来找到适合自己的方案。蔬菜大棚保温采暖技术作为笔者研究节能型住宅的切入点，是与现阶段鲁南地区农村发展的实际情况相适应的，也许它不是最新的技术，也不是最先进的技术，但它却是一种相对比较经济的更容易让农民朋友接受的一种方案，尽管目前这种解决方案处于概念设计的探索阶段，但我相信，通过这些概念设计，为探讨住宅节能途径、改良住宅节能设计，将会起到抛砖引玉的作用。

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