苏北地区农村住宅建筑节能适用技术研究

方建邦,王进

(1.江苏建筑职业技术学院 建筑工程技术学院,江苏 徐州221116;2.盐城工学院,江苏 盐城224051)

苏北地区农村住宅建筑节能适用技术研究

方建邦1,王进2

(1.江苏建筑职业技术学院 建筑工程技术学院,江苏 徐州221116;2.盐城工学院,江苏 盐城224051)

为了挖掘苏北地方性建筑材料的节能价值,为农民建造更具徐州地方特色,性价比较高的住宅,课题组在广泛调研的基础上,探讨了农村住宅围护结构体系的构造技术,以及被动节能设计技术.形成了苏北地区农村住宅独特的低成本、低技术的节能适用技术体系.

农村住宅;绿色建材;围护结构;低成本;被动技术

随着建筑科学的不断发展,近些年来关于建筑节能和绿色建筑的研究层出不穷,农村住宅建设基本上处于跟城市接近的产业化状态.农村住宅节能设计是一个系统工程,包括规划、设计、施工、使用维护和运行管理等方面,影响因素复杂,单独强调某个方面,很难综合实现住宅节能目标[1].本文在广泛调研的基础上,以徐州农村实际状况为例,与国内外农村住宅节能研究相结合,特别是低投入、低技术的住宅建造技术,形成了苏北农村住宅建筑节能相关措施、构造、材料等综合方法.

1 外墙节能技术

在建筑外围护结构中,外墙面积所占比例最大,是冬季散失热量和夏季室内得热的主要渠道.根据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》(DGJ32/J 71—2008)及徐州市的相关规定,对于住宅建筑的保温性能作了严格的规定,见表1,表2[2].

表1 寒冷地区墙体传热阻限值Tab.1 Limited value of heat transfer coefficient for wall in Jiangsu cold region

表2 寒冷地区节能65%墙体传热阻Tab.2 Wall's heat transfer coefficient for 65%rate in cold region

目前,加气混凝土砌体[3]和聚苯板等保温材料已经广泛地应用于城市建筑之中,取得了良好的节能效果.保温层的加设方式按其位置分有内保温、外保温和中间保温等3种类型,外保温是建筑保温最常见的方式.对于农村的农民自建房,也应当引导、鼓励农民采用相关的保温材料和相关技术措施.农村的建筑节能应当寻求使用农村传统技术和材料,降低建筑节能的造价,减少相关污染,实现农村建筑节能的可持续发展.例如,生土、秸秆等材料在长期的使用过程中,起到了良好的效果,具有低造价、无污染、原生态等优点,为广大农民所接受.因此,在苏北地区仍可以推广使用,并创造出新的形式满足现代农村住宅建筑的要求.

在农村地区也可采用中间保温的方式进行节能处理,即建筑的外墙砌两道墙,两墙之间设置夹层,并在夹层内填充农作物秸秆作为保温材料,如图1所示.这种中间保温的方法,可以使墙体的保温性能有较大的提高,并且使建筑物的立面装修较为容易,是一种效果较好的保温处理方式.但是,在施工及使用的过程中应当注意材料的防潮问题.材料受潮后不仅其保温效果大大降低,其耐久性也会受到很大的影响.此外,由于墙体处理成夹层墙体后,所用的粘土砖明显增多,会增加建筑物的造价,且施工较为复杂.因此,应当综合考虑其节能与经济效果.

2 屋顶节能技术

因屋顶防水问题难以解决,徐州农村地区的住宅一般不采用平屋顶,而较多地采用硬山式坡屋顶.一般是在水平放置的楼板上,用山墙承檩的方式搁置钢筋混凝土檩条,再铺木板、油毡,并放置粘土瓦.因此,屋顶的楼板层和屋面之间形成了一个较大的空气层,夏季有一定的隔热效果.

图1 中间保温墙体Fig.1 Central insulating wall

1)屋顶保温材料的选择.农村常见的农作物秸秆是非常好的保温材料.我国农村每年秸杆的生产量约为6亿吨[4],经测定干燥、松散的植物秸秆的导热系数只有0.047W/m·K,还不到膨胀珍珠岩导热系数的1/3,砖砌体导热系数的1/17.因此,用农作物秸秆作为建筑物的保温层可以大大地增强建筑物的保温性能.同时,秸秆还是一种在农村极为常见的废料,收割冬小麦后有大量的植物秸秆被焚烧,对于空气产生非常严重的污染.将秸秆用于建筑屋顶的保温材料,既可以满足建筑节能的需要,又可以充分利用废弃物.当然,植物秸秆作为保温层,当受潮或是发霉时,需要随时对其进行更换.

2)屋顶保温构造的改进.传统农宅屋顶的屋面与钢筋混凝土板之间存在空气层,保温层可设置在空气层的上部(图2)或者下部(图3),可以起到很好的保温效果.

将保温层置于空气间层下部的做法,构造简单,造价低廉,基本上与目前徐州农村住宅的建造方式一致,不需要采用特殊的措施进行处理,只要在楼板上放置保温材料即可.同时,该构造能够使植物秸秆保温层在天气干燥时有适当的内部通风,以防止植物秸秆受潮、发霉.

图2 保温层置于空气间层上部的构造Fig.2 Thermal insulation layer upon air layer structure

图3 保温层置于空气间层下部的构造Fig.3 Thermal insulation layer under air layer structure

3 门窗节能技术

外窗是建筑的重要组成部分,建筑物透过窗户可实现有效的采光和通风.然而,窗户又是建筑节能最薄弱的部位,由于窗户的保温性能较差,传热系数是墙体的数倍.因此,从窗户散失的热量不能忽视.

1)窗户的遮阳设计.按照遮阳的设置位置,可以分为内遮阳与外遮阳两种类型,外遮阳的节能效果要好于内遮阳.外遮阳可以分为水平式、垂直式、综合式和挡板式等4种遮阳类型,如图4所示.外遮阳是最有效的遮阳设施,它直接将80%的太阳辐射热量遮挡于室外[5].调研发现徐州农村住宅门窗多采用雨棚,可以结合雨棚设计遮阳系统.

由于百叶窗具有通风遮光的效果,因而在夏季既可以实现遮阳的作用,又可以达到通风的目的.在实际使用过程中各种遮阳设施又可以演化为各种不同类型的百叶窗.例如,平开式百叶窗、推拉式百叶窗和折叠百叶窗等.

2)窗户的通风设计.合理的窗户是获得良好的自然通风的必要保障.徐州农村地区很多住宅的北向墙体上不开窗,这就造成了进、出风口都位于南向墙体的状况,这样室内的风力过小,难以形成有效的“穿堂风”.另外,进、出风口的高度不宜过高.苏北地区北向墙体上的窗户往往作为高窗处理,可以保证建筑的私密性.但是,窗户的高度越高,气流也相应地越高,气流贴着屋顶走.尤其是越靠近高窗的区域,下部的风力也就越弱,通风效果也越差.因此,窗户的适宜高度是决定室内通风状况的一个重要条件.

3)门窗保温.徐州农村地区建造年代较早的住宅多采用单层木窗,热工性能较好,木材的导热系数仅为0.14 W/m·K.但是这些窗户由于使用时间较长,有些已经变形和老化.近几年,塑钢窗技术日臻成熟,材料的生产制造商也是遍及各地,部分农村新建住宅采用了塑料窗.塑料窗户的平均价格约为150～300元/m2,甚至低于铝合金窗户平均350元/m2的造价,且塑料窗耐久性能好.

增加玻璃的层数,并且在每层玻璃之间设置空气间层,就可以大大地提高玻璃的隔热性能.例如当采用厚度为3 mm的双层玻璃,中间留有10 mm的空隙,则该围护结构的总热阻值为0.298 m2·K/W.其数值与240 mm砖墙的热阻值(0.446 m2·K/W)已很接近.如果将空间间层的厚度提高到40 mm的话,则热阻值可以提高到0.338 m2·K/W.因此,采用双层玻璃窗或者双层窗扇,可以大大地增加窗户的保温效果.

图4 各种遮阳的类型Fig.4 Types of sun-shade

4 结语

总之,苏北地区农村节能技术的应用,必须结合当地农村具体的地理及气候条件,不能照搬照抄城市住宅建筑节能模式.既要最大限度地降低由于节能设计而增加的建筑造价,又要减少污染.因此,在实际建房工程中,应当根据当地的情况进行客观分析,采取最优化的措施取得有效的节能效果.

[1] 刘建龙,陈文,谭超毅.农村住宅节能技术研究现状分析[J].四川建筑科学研究,2010,36(1)：241- 243.

[2] DGJ32/J 71—2008江苏省居住建筑热环境和节能设计标准[EB/OL].(2009- 11- 12)[2014- 05- 12].http：//xiazai.dichan.com/show-248940.html.

[3] 刘平,孙奇.加气混凝土复合夹芯保温砌块物理力学性能研究[J].混凝土,2010(5)：108- 110.

[4] 仇保兴.建筑节能的十大对策[J].住宅科技,2007(4)：1- 3.

[5] 涂逢祥.运用遮阳技术推进建筑节能[J].建设科技,2006(15)：28- 29.

Research on applied building energy efficiency technologies for rural house in north Jiangsu province

Fang Jian-bang1,Wang Jin2
(1.School of Architectural Technology,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;2.Yancheng Institute of Technology,Yancheng,Jiangsu 224051,China)

In order to excavate the energy efficiency value of local construction materials and create houses with local characteristics,high performance but low cost,wide field investigation has been carried out.And then,formation and passive design technologies for building envelope in rural areas have been discussed.Finally,special applied energy efficiency technology system which is low cost and less complicated has been developed for rural houses in North Jiangsu Province.

rural house;green building materials;building envelope;low cost;passive technology

TU 201.5

A

2095- 3550(2014)03- 0001- 03

2014- 04- 26

江苏省住建厅科技计划项目：农村居民集中居住区现代化人居环境构建关键技术研究 (2012- JH07)

方建邦,女,江苏张家港人,教授,研究方向为建筑结构与建筑节能技术.

E- mail：1439129643@qq.com

(责任编辑:陶红林)