荆楚农居现状及节能设计研究

徐伟琦，徐宁

（武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430023）

荆楚农居现状及节能设计研究

徐伟琦，徐宁

（武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430023）

随着时代的进步、社会的发展，原有农居已不能满足现代生活的需要，并且也不能满足资源节约型社会的时代需求，所以，改造原有农居、提出新的节能型农居是一项重要内容。创造宜人的居住空间，已成为新农居建设的一大亮点。针对荆楚地区农村建设中所普通存在的问题，就墙的用材、门窗构造、屋面地面、能源使用、建筑通风几个方面进行了剖析，指出优点和存在的不足，并综合新技术、新工艺、新材料提出优化方案，以构建具有荆楚特色的新型节能农居模式。

荆楚农居；节能设计；能源材料；建筑构造；建筑通风

随着现代化建设的发展，荆楚地区农民生活水准的逐渐提高，居住者对自己居住条件要求也越来越高。长期以来，农村建筑的特点是：占地多、建造水平低、缺乏科学性，甚至忽视了基本的舒适性要求。传统农居缺乏系统的建筑规划，能源利用率低、建筑保温隔热性能差、舒适度低。为了倡导资源节约型社会，提高农民生活质量，应在荆楚地区对农居进行完整规划与科学改造，大力发展建筑节能技术，推广具有荆楚地区特色的新型节能农居。

1 荆楚农居现状

我国农村住宅建设普遍存在缺陷：一是建设观念落后；二是浪费现象严重；三是节能技术滞后；四是环境质量较差。以下就荆楚地区农居现状的几个方面进行分析。

1.1 墙体材料落后

建筑主要是靠墙体围合而成，外墙是分隔室内外空间的构件，所以在保温隔热方面它起着至关重要的作用。在现在荆楚的农居中，绝大多数的外墙采用的是240 mm厚的实心粘土砖墙，内外抹面，无保温隔热措施。粘土烧结砖墙虽然历史悠久、制作工艺简单、价格低廉、设计施工成熟，但是存在许多弊病，例如环境破坏大，由于粘土砖主要靠开挖的土壤烧结而成，因此会破坏土壤和植被等，造成水土流失，会使坏境遭到严重破坏，因此国家正逐渐停止工程使用粘土砖；其次粘土烧结砖的孔隙率小，隔音效果差，声音传播到粘土砖中，由于其空隙率较小，没有对声音进行隔离，声音的强度降低很少，而其他砌筑材料，如现在采用较多的砼加气块［1］，其空隙率较大，隔音效果明显，但是保温隔热性不好。湖北是属于冬冷夏热地区，采用这样砌体作为外墙是不合理的。由于自重大，粘土砖的重量较其他墙体砌筑材料自重相对较大，使得结构需要承受较大自重，工程造价增加。所以，粘土砖对于建筑的节能是十分不利的，因此，为了节约能源并且经济适用，建筑的外墙要换材料。

1.2 门窗构造薄弱

门窗是建筑的重要组成部分，也是建筑保温隔热的薄弱点。窗户除具备通风、日照和透光等功能外，还作为围护结构的一部分承担保温和隔热的作用。据统计，夏季通过玻璃窗入射的热量占制冷最大负荷的20%～30%；冬季单层玻璃的热损失约占供热负荷的30%～50%，传统窗户的保温性能比墙体主体部分的保温性能差得多。

荆楚农居的门窗是十分简陋的，大部分为单层，且气密性较差，这样就形成了建筑节能的薄弱点。同时，新型现代农居追求大的落地窗，虽然美观却不经济节能，所以要严格限制窗墙比。开窗尽量南北向，东西向不要开窗，防止西晒，利于节能。

1.3 屋面缺乏保温措施

荆楚农居建筑屋面散热量占总散热量的15%左右，地面约为6%左右，所以屋面层的保温隔热与地面层的保温也很重要。

荆楚农居的屋面分为两种：坡屋面和平屋面。坡屋面一般采用檩条上搭瓦的形式；有的地区仍然采用木头作为屋顶。这样的屋面几乎是不保温的。平屋顶一般采用预制板或者混凝土，没有设置保温层和隔热层。不设置保温层与隔热层的原因有很多，比如经济原因、施工不方便、比较麻烦等。

1.4 能源利用率低

在荆楚地区的农村，仍然存在着大量未完全利用能源的现象。例如蜂窝煤的燃烧、柴的燃烧等，这些能源首先不环保，燃烧后排放出有害气体污染环境；其次原料没有被充分利用，会造成浪费。可以利用在农村随处可见的秸秆、动物排泄物等进行发酵产生沼气，在环保的同时也合理利用了资源。

1.5 通风效果不良

住宅通风对人们的健康和室内的舒适性起着非常重要的作用。随着大气污染及温室效应的恶化，经济条件较好的农户采用辅助空调设施，在生活条件改善的同时也造成了资源的浪费。自然通风是利用建筑物开口处存在压差而产生空气流动，合理的住宅布局对室内的通风影响很大。通过自然通风，可以为人们提供新鲜的空气，带走室内的水分和热量。目前，湖北省许多农居随意搭建，并未考虑其朝向问题，在室内布置方面就更不讲究了。所以，农居的通风问题应该引起足够重视。

2 节能优化方案

根据我国目前情况看来，农村住宅的节能建设十分迫切，它对于我国建筑节能有着重要意义。针对上文所提出的现存问题，以下从5个方面进行论述。

2.1 外墙的节能改造

墙体节点采用外墙外保温形式，因为其优点很多［2-5］，如：保护建筑结构、保持室温在稳定的环境中，提高墙体气密性和室内热环境质量且不占用室内面积，如图1中（a）所示的一种经济简单的构造做法——采用聚苯板作为保温材料。其优点是：轻质、便宜、物理性能较好等。

同时外墙饰面可使用浅色，结合立体绿化，利用建筑外墙面种植绿色植物来进行遮阳，尤其是西面墙。如图1中（b）所示，种植攀援植物，如爬山虎、常青藤等。这些植物能阻隔部分的太阳辐射，同时植物的蒸腾作用能带走部分热量。

另外，传统的荆楚民居节能做法中也有值得借鉴之处［6-8］。地处鄂东南地区的传统民居：光禄大夫第，建筑外墙全部采用“金包银”砖墙，如图1中（c）所示。第一进墙体用青砖，第二进及第三进墙体用是泥砖或泥冲墙，地板是红壤或“三合土”（用料为红壤、石灰、河沙）夯实的。该结构取名为“金包银”。这种房子防潮隔热，冬暖夏凉。可以参照“金包银”砖墙的构造原理对荆楚地区的农居外墙进行改造。

图1 外墙节能改造方案Fig.1Reconstructive scheme of outside wall for energy saving

2.2 门窗节能改造

农居窗玻璃节能改造的办法有3种：（1）拆除原有窗户，更换为单框双玻璃塑钢窗，采用空心型材的窗框，并加强窗框与窗扇、窗框与墙的密封性，增加滑动窗轨的密封处理；（2）拆除原有玻璃，更换为节能玻璃；（3）在玻璃上贴隔热节能膜。南向窗采用双层玻塑钢窗切玻璃外贴隔热膜的方案；北向窗户设普通单玻窗；东西向则可直接加贴隔热膜。另外，对朝向不好的窗要加强遮阳防晒处理，如利用百叶窗或防晒织物等。另外，应尽可能选择导热系数小的门。在夹板门内加贴聚苯板，门外侧贴镀锌钢板，既可以保温又可以防止空气渗透；进户门通常为防盗门，由保温、吸音性材料制成门芯，一般来说，是可以满足保温隔热要求的。

2.3 地面及屋面的节能改造

荆楚农居的地面一般采用以下两种形式：（1）直接使用土地作为室内的地面；（2）先进行素土夯实再找平，然后在找平层上铺瓷砖或者木地板。但是以上两种方式都不利于保温隔热与防潮。事实上，可以在地面垫层下铺设廉价的炉渣等其他保温材料，并注意地面防潮设计，如：可以将地面架空一定高度，能同时起到保温防潮的效果。其造价不贵、施工容易、取材方便、实现了废物利用。

现在的村镇住宅及农居的屋面构造如图2（a）所示，一般屋面的导热系数大，因为没有设置保温层。屋面的节能改造形式有多种选择，如实体材料层节能屋面、通风保温隔热屋面、植被屋面和蓄水屋面等，改造方案如下。

（1）在加设保温隔热层后设架空通风层。一般构造做法是在平屋顶的保温层上铺设防水层，最后加盖保护层。为了夏季的凉爽舒适，在屋面上设置通风层，并且在处夏季主导风向上的女儿墙上开孔，用来通风和带走热量。

（2）改造为倒置式屋面。将保温层做在防水层的上面就是倒置式屋面，这样便省去了隔气层以及保温层上的找平层，施工简便、快捷，耐久性好，也可以在恶劣的天气下施工。采用倒置式屋面一定要选用防水的保温材料，如图2（b）所示。

图2 屋面做法举例Fig.2Roofing example

2.4 加设太阳能系统

目前使用太阳能热水器的住户局限于住在顶层的住户。太阳能热水器分散安装在建筑的顶层，影响了建筑美观和其他用户的使用、安装。其实，优化方案很简单：将太阳能设备与建筑一体化，合理利用空间，如图3所示。把太阳能热水器与坡屋顶结合在一起，将坡屋面形成的特有的三角空间用来放置太阳能的水箱。使得屋面整齐一致，不会破坏建筑的美感，并且合理利用了空间，从而实现了能源的高效清洁利用，图3为太阳能热水器和坡屋顶的集成设计。

图3 太阳能热水系统与斜式建筑屋面整合设计Fig.3Design of integration of sun power water heater and sloping roof

2.5 建筑通风

建筑空间的布局体型、风口的大小及位置是影响建筑通风的主要因素，优化合理的建筑形体，在合适位置开大小合适的通风口可改善农居的通风效果。

（1）优化农居布局和体型。农居最好采用自然通风，利用室内自然形成的穿堂风。将主要房间朝南布置且房屋纵轴平行于夏季主导风向，室内的家具布置应避开穿堂风经过的路线，便可形成穿堂风；辅助房间布置在背风面，在冬季，进入主要房间内冷风量和室内向外墙的散热量可以减少。与此同时，尽量将居室与辅助空间的通风分开，就可以创造一个凉爽干净的环境。

研究表明当建筑与风向的投射角从0o增至60o时，风速降低50%，降低了室内通风效果，但投射角越大，屋后漩涡区的深度大大缩短，利于缩短间距，节约用地，所以要综合考虑。

此外，若农居采用庭院式或天井式，庭院内可种藤蔓，因为植物可阻挡部分太阳辐射，并且蒸腾作用也可带走一些热量，所以天井的温度较低，可利用热压进行通风。当室外风压较大时，内院地处负压区域，可作为出风口，向外抽风，同时实现水平垂直通风，室内空气流动更好，热量更快地被带走。

（2）合理设置风口的大小及位置。窗户是农居主要的进出风口，室内的风速和风量由进出风口的位置和大小控制。如图4（a）所示房间开窗位置对室内自然通风的影响。室内进出风口不能“面对面”，而应该相互错开，否则形成气流直接流通，导致远离风口的位置很难通风，室内空气不流通；若进出风口错开，则气流在室内流动的路线会长一些，影响的面积也会大一些。当只能在迎风面一面墙开窗的时候，窗户要非对称布置，进风口的位置不能设得太高。对于某些地区的农居，要注意窗户的可开启面积，最好使用推拉窗，可以控制窗户的可开启面积。如果入风口大一些，通风效果会好一些。如图4（b）不同进出风口尺寸之比对通风效果的影响。垂直于夏季主导方向的窗户开口要大，并可开启。相关资料显示当进风口宽度为开间宽度的1/3～2/3时，开口面积为地板面积的15%～25%时，出风口比进风口面积大时，通风效果最好。

图4 风口的大小及位置设置示意图Fig.4Size and place of tuyere

（3）通风墙、通风屋面及太阳能通风井的设置［9-10］。将要隔热的外墙做成夹层空心墙即通风墙，在墙上下部开口，分别为出风口和进风口。空心层厚度一般为30～100 mm。空心内的空气受到来自室内的热量上升，空心层上下部之间产生压差，迫使内部空气流动，从而带走室内的热量。图5（a）为通风墙体的示意图和典型构造做法。

通风屋面分为阁楼屋顶通风屋面和平屋顶架空通风屋面两种，主要是利用屋面间层的空气流动带走热量，从而降低房间的温度。如图5（b）所示，架空通风屋面的构造做法是在平屋顶上200 mm高左右处铺设架空的方阶砖或水泥板，每段风道长度控制在15 m以内，且女儿墙上的风道入口应足够大，最好最成开闭式，夏季开启，便于通风，冬季关闭，以利保温。阁楼通风的形式通常有：在山墙上开通风口、从檐口下进气由屋脊排气、在屋顶设老虎窗通风等，如图5（c）所示。

另一方面，也可设置太阳能通风井［4］。屋顶上的通风井吸收热量后井内温度升高，热空气上升，井内有压差，带动室内空气向通风井流动，形成自然通风，同时带走室内的湿热，如图5（d）所示。试验表明，当通风井的空气管道高宽之比为2∶1时，通风量达到最大。

图5通风设施示意图Fig.5Structure representation of ventilation

3 结语

现有的荆楚农居是长久以来历史沉淀的成果，有它固有的特色：天井式、骑楼、廊子等独特的建筑元素。随着社会的发展和时代的进步，原有的建筑形式已不能满足需要。现在倡导节能环保型建筑，故在保留原有建筑特色的基础上进行一定的节能改造，主要是构造方面，用简单、可行性大的节能改造设计来改变以往农房建设无序、风格单调的状况，为指导和规范农房建设和农村危房改造、特色民居改造工作提供理论依据，以推进适应荆楚特色的宜居村庄建设工作。

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［3］崔文河，王军，岳邦瑞，等.多民族聚居地区传统民居更新模式研究—以青海河湟地区庄廓民居为例［J］.建筑学报，2012（11）：83-87.

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［5］余俊骅，刘煜，唐权.关中地区农村住宅现状的调查研究及分析［J］.华中建筑，2010（10）：89-92.

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［9］任文强，赵蕾，袁恩泽.关于农村住宅冬季热环境与节能改造的分析研究［J］.建筑科学，2011（8）：29-32.

［10］邹惠芬，马跃林，王国业，等.严寒地区农村住宅热环境模拟分析［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2013（5）：894-899.

（责任编辑：陈旷）

Energy-saving Design of Jingchu Rural Residential Housing

XU Weiqi，XU Ning
（School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，Hubei，China）

With the development of society，the original rural housing has been unable to meet the needs of modern life and resource-saving society.Thus，transforming the original rural housing and putting forward new energy-saving rural housing are the main contents.Creating a comfortable living room has become a bright spot.Analyses ubiquitous problem focusing on the material of wall，the construction of door，roof and ground，the use of energy and the ventilation of building，and points out the advantages and disadvantages.With the usage of new techniques and processes，propose opti⁃mization for constructing new rural residential housing pattern with Hubei characteristics.

jingchu rural housing；energy saving design；energy materials；building construction；building ventilation

TU241.4

A

1673-0143（2014）03-0074-05

2014-04-03

大学生创新创业训练计划项目（CXXL2013013）

徐伟琦（1986—），男，实验员，硕士，研究方向：建筑设计。