东北农村住宅落地炕与架空炕节能设计的对比分析

刘源等

摘要为了实现东北农村地区能源的高效利用，使农村的室内生活环境更为舒适，对东北农村采暖设施炕的两种形式——落地炕和架空炕进行了比较和总结。分析表明，在适合农村地区生产力水平和经济能力的前提下，架空炕是低成本、高效率的室内取暖设施，更符合可持续发展原则。

关键词农村住宅；落地炕；架空炕；节能

中图分类号S26文献标识码A文章编号0517-6611（2014）14-04326-03

东北冬季寒冷而漫长，特别是在农村住宅中，火炕是常见的室内取暖设备，既能供暖，又起到起居、待客等作用，从而形成了当地冬季以炕为中心的生活方式。因此火炕在农村住宅中有着重要的作用。由于农村住宅呈分散性分布，無法集中供暖，导致不可再生资源的过度消耗，加剧了环境污染等问题。另外在农村生活水平有所改善的条件下，人们对室内生活环境有了新的需求[1] 。因此对火炕形式的优化选择是北方农村实现节能、高效、可持续发展的最佳途径。

1火炕的形式

由于特殊的地理位置和自然条件，东北农村住宅的火炕有着悠久的历史。即便是在寒冷的冬季，炕所提供的温度依然可以满足人们的室内生活需求，并形成一个热效应环境。在东北，火炕不仅仅只是用来取暖，还具备了饮食、休息和接待客人的功能。火炕可以分为落地炕和架空炕两种形式[2]。

1.1落地炕落地炕（图1）是东北农村住宅传统炕的常见形式[3]，是炕体与地面接触并用砖向上垒砌的形式。内部用砖砌成炕洞和烟道，并连接厨房的炉灶。炕的表面用人造革或者炕席铺设。炕上则可以放置炕柜和炕桌来存放生活用品。

图1落地炕1.2架空炕架空炕（图2）又叫吊炕，全称叫“北方高效预制组装架空炕连灶”，是对传统炕的改进。这种炕的炕体架空，由立柱支撑底板而成。与落地炕不同的是，其炕体不接触地面，而是有一定的高度，形似现代家居中的床，整洁美观，受到广大农户的喜欢。

图2架空炕2落地炕与架空炕的结构设计

落地炕与架空炕的主要结构是由炉灶、炕体和烟囱3部分组成。炉灶主要是利用农作物的剩余资源，玉米、秸秆、玉米芯等生物能源引火，既可以做饭，又可以通过炕体散发热量来采暖，最后通过排烟口排出室外。

2.1落地炕的炕体构造

2.1.1落地炕炕面。炕面是介于炕的内外空间的重要部位，起着支撑、传递热量和蓄热的作用。

2.1.2落地炕炕洞。炕洞是炕体当中最重要的构造，主要作用是引导烟气走向，而烟气的存储是炕面热量的主要保证，因此炕洞的结构对烟气存储和火炕的热效应效果有着很大的影响。根据炕体的构造，炕洞的构造可分为花洞、直洞、回洞和其他炕洞。

（1）花洞。花洞的构造能够使烟气在炕洞内做无序流动，可以从任何途径到达排烟口。这种炕洞能够使炕面热得快，施工简单，但是由于其构造没有有效地控制烟气，从而导致炕面温度不均匀，不适用于大面积的炕（图3）。

（2）直洞。直洞是在东北农村住宅中被广泛应用的一种炕洞形式，炕内的支撑都有规则地垂直和水平布置，对抗面起到了稳定的支撑作用。炕内的支柱墙面规则顺序能够有效地控制烟气，因此使炕体的蓄热量大，且在施工方面相对花洞炕的构造浪费建筑材料。另由于其直线型的炕洞流线导致热量传递速度快，因此直洞炕的炕面温度往往是热得快，凉得也快（图4）。

（3）回洞。回洞是在直洞炕基础上改进的，是指烟气从进烟口以垂直或平行方向进入，然后集中到一条主烟道，能够增加烟气的储蓄。在排烟口处的集中式烟道可以延长烟气在炕内的流动，从而提高炕体的热效应。回洞的构造使得施工方便，保证了炕体的稳定性，因此这种类型的炕洞也被广泛应用在东北农村住宅。但是这种炕洞过长会增加排烟口迂回构造的压力，使得炕洞阻力过大。因此，一般适合小房间使用（图5）。

（4）其他炕洞。除以上3种主要形式外，炕洞还有扇形、曲线和对角的形式。由于其内部构造相对复杂，浪费建筑材料，对烟气的控制相对较弱，不能有效控制炕面温度，因此并没有在东北农村地区广泛应用。

图3花洞图4直洞图5回洞2.2架空炕的炕体构造

2.2.1架空炕的炕面。架空炕与落地炕的炕面不同，可以分为上下两个部分。下部的炕面是由起到支撑作用的立柱构成，因此形成了地面与炕体的一段空气层，炕墙上还可以贴上瓷砖做装饰。不仅在外观上脱离了旧形式，而且可以充分利用空间，可以在炕下摆放鞋物。

2.2.2架空炕的炕洞结构。架空炕的炕洞形式（图6）是在传统炕洞形式上的优化与结合。采用花炕洞支撑墙的构造可以减少建筑材料的投入，具有良好的稳定性能；直炕洞的烟气流动热传递快和蓄热量稳定；回炕洞的烟气缓冲形式保证了烟气的充分流动，使得炕体的蓄热量增大。

图6架空炕的炕洞形式2.2.3架空炕的改进构造。

（1）“人字形”分烟墙。采用“人字形”的处理方法，增加了阻烟墙的结构。这种结构可以使烟气在炕梢处分流迂回进入排烟口，起到了缓冲的作用，并且延长了炕梢的冷却时间，也使烟气能够充分接触到炕体的各个部位。“人字形”分烟墙的制作可以用红砖砌成，也可以预制水泥件。其尺寸为420 mm×160 mm×50 mm，内角为150°左右。

（2）出烟口插板。安装在炕梢的排烟口处，在需要保持炕蓄热性时，关闭出烟口插板，能够有效减少漏烟现象，从而保持炕体温度。

（3）保温墙。保温墙建在炕体靠窗户的一侧，是一道双层墙，目的在于保温。双层墙的中间宽度为50 mm，里面放置耐火保温材料，提高了冷墙一侧的热能效率。

从两种火炕的构造上可以看出，架空炕的炕体架空，由单一的炕面增至两个散热面，更新的炕体内部结构构造有效地利用了炕内、炕外的烟气流通空间，减少热量损失，从而提高了室温。不仅造型美观，而且还能保持良好的室内环境。

3落地炕与架空炕的热效应对比

为了验证构造上的差异是否影响热效应，针对黑龙江省龙爪乡落地炕用户和架空炕用户，在其他方面都一致的条件下，对一天内的室内与室外温度和炕表面温度做了对比（图7、8）。

由图7可以看出，在-20 ℃的天气下，架空炕用户和落地炕用户的室内温度的平均值在10 ℃以上，能够保持良好的室内微热度环境。在18：00到次日03：00，落地炕用户的室内温差较大，但架空炕用戶的室内温差较小，基本能达到持续恒温并能够持续保持良好的热效应。

图7黑龙江龙爪乡1月9日室内、室外温度图8黑龙江龙爪乡1月9日炕面温度由图7、8可以看出，虽然室内温度很低，炕面温度却在33～40 ℃。根据医学的相关知识，人体细胞不能忍受过高的接触温度，如果超过40 ℃，就会损害人体健康。因此，炕面的温度值以25～35 ℃为宜。从图8可以发现，从保护人体生理健康与满足舒适性要求来看，架空炕炕面温度大多数处于该舒适度范围内。

4落地炕与架空炕的节能效益分析

由于受地理环境的影响，东北农村冬季漫长，因此冬季的采暖是主要的支出项目。在东北，取暖用能的燃料主要有煤炭、玉米梗和薪柴等。通过对落地炕与架空炕的节能分析[4]，分别对黑龙江省龙爪乡落地炕和架空炕用户一年内冬季的采暖经济、资源和环境3个方面进行对比（表1、2）。

灶台和火炕的能源消耗影响着东北农村住宅的空气质量，农村地区的空气排放以生物质燃料的二氧化碳、煤燃料的二氧化硫和其他有害物为主要成分。由图9、10可知，与落地炕相比，架空炕耗能仅为落地炕的1/2～2/3，二氧化碳、二氧化硫等烟气排放量大大减少，有效地净化了空气，对农村环境的改善和保护有着积极的作用[5]。

图9龙爪村架空炕用户燃料气体排放图10龙爪村落地炕用户燃料气体排放5结论

通过对东北农村住宅落地炕与架空炕的分析论述，得知架空炕是最适合东北农村地区的采暖方式。在城市化进程加快的时代背景下，传统文化、传统技术、传统生活方式面临着巨大的挑战和新的发展机遇。根据我国广大农村地区的住宅分布、自然条件等情况，无法采用集中烘暖的形式；另外与新型的供暖设施相比，架空炕在能源利用、节能的条件下更加贴近东北农户的生活需求[6]。对架空炕这种火炕形式在东北地区的推广，是建设新农村目标的需要，是改善农村地区的生活环境，推进农村技术发展，开创农村新风貌的一项新课题。架空炕独特的优越性不仅可以充分利用生物质能源，还可以提高冬季室内环境舒适度，是一种在东北地域性特征基础上，具有以人为本、可持续发展理念的新型资源节约型采暖方式[7]。

参考文献

[1] 刘满，夏晓东.辽宁省农村住宅的采暖方式与能耗研究[J].建筑节能，2007，35（7）：59.

[2] 任洪国.东北地区村镇住宅火炕技术设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.

[3] 胡莉莉.农村节能吊炕的热效益分析与应用研究[D].兰州：兰州大学，2012.

[4] 许东，王雪英，裴玉屏.辽宁省农村住宅的火炕与地炕分析[J].四川建筑科学研究，2010，36（4）：301.

[5] 方利国.节能技术应用与评价[M].北京：化学工业出版社，2008.

[6] 孙世均.探索寒地农村火炕住宅可持续发展新路[J].低温建筑技术，2005（5）：90-91.

[7] 刘建斌.节能减排说吊炕，促进民生看怀仁[J].农业工程技术（新能源产业），2013（11）：44-45.