冬冷夏热地区农村住宅建筑节能改造优化设计的探讨

摘要：结合关中地区农村自然环境特点及社会、经济发展状况，通过实态调查与系统分析，较深入地研究了我国冬冷夏热地区的农村既有住宅建筑存在的问题，提出了有关节能改造优化设计的原则，并探讨了实现优化设计目标的具体途径：强调因地制宜，坚持原则，量力而行。

关键词：农村既有住宅建筑；节能改造；因地制宜；优化设计

中图分类号：TU201

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12021603

1引言

当前，我国农村地区既有住宅建筑的数量极其庞大，但住宅建造技术水平低，缺乏科学性，往往忽视最基本的建筑热工性能和舒适性要求，导致其能源利用率低，保温隔热性能差，舒适度低。为了提高农民生活质量，应以改善居住条件为重点，为此农村既有住宅建筑的节能改造，已成为当务之急。我国幅员辽阔，各地自然条件、历史文化背景、经济发展状况、生产生活方式和风俗习惯等大相径庭，因此，“因地制宜”应作为推广农村既有住宅建筑节能改造技术的前提。

“优化设计”可定义为：研究问题和寻求解决问题的最优方案，这里的“最优”二字应理解为在给定条件下获得最满意的结果[1]。本文对陕西关中地区农村既有住宅建筑进行了一系列实地调研，亲赴有代表性的户县、渭南、宝鸡等地进行实地观察，收集了当地既有农宅的建筑结构、构造、空间、建材、用能方式、作息习惯等方面的基础数据，进行了系统分析后，提出了冬冷夏热地区农村既有住宅建筑节能改造优化设计应遵循的原则，并探讨了一些实现优化设计目标的具体途径，期望为在同类地区进一步开展节能改造工作提供有一定参考价值的理论依据和工程应用方法。

2冬冷夏热地区农村既有住宅建筑节能改造优化设计应遵循的原则

2.1尊重民意的原则

广大农民是农村建筑节能的主体，应加强示范与引导，充分调动广大农民的积极性，不搞大包大揽，真正变“要我节能”为“我要节能”，如此农村建筑节能才能迈上新的台阶。节能改造的具体内容与措施应由农民的富裕程度及偏好而定，必须把农民的经济承受能力考虑进来，满足农民不同层次的需求。

2.2适宜性原则

节能改造应适合当地的气候条件、经济发展水平、当地的资源条件、改造本体的基础条件等。节能改造的设计方案及建材选择、构造做法，必须符合当地施工条件和住房所有者的经济承受能力，应做到构造做法简单易行、材料价格低廉、具有地方性，当地村民易于接受。改造过程中，还应注意周边场地的生态环境（风、日照等因素影响），尽可能利用生态建材、本地建材，以人的舒适度为主要目标。

2.3经济性原则

在节能改造中应选择性价比高的适宜技术，缩短投资回收期，应努力做到小型化、低成本、免维修、无动力，要能与农村的生态循环链有机结合在一起，并应尽量使用简单的施工方法；应最大限度地保持原有结构，不应破坏原有的结构体系，不宜改变原来的体形系数，应尽量减少墙体和屋面增加的荷载，不改变房间原有的功能，不破坏门窗外的装饰等。我国传统民居的设计和用料中，都蕴含着朴素的节能理念，如果在进行节能改造时，加强对这种乡土经验的传承和放大，完全可能以最小的成本投入，取得很好的节能效果[2]。

2.4整体性原则

节能改造应统筹考虑包括气候、周边环境、建筑室内、结构等因素，进行整体性改造。必须达到安全、保洁、隔音、隔热、采光通风良好、温馨、舒适、美化，有利于身体健康和节约空间。另外还要强调环境的整体和谐，适当增加绿化、景观元素等。

2.5文脉继承原则

节能改造应充分考虑当地自然条件、历史文化背景、经济发展状况、生产生活方式和风俗习惯，体现地方特色、乡村特色、民族特色，尽可能兼顾当地地域特色，并与周边环境相协调，注意乡土味道，保留乡村风貌，留住田园乡愁。

3实现冬冷夏热地区农村既有建筑节能改造优化设计的具体途径

关中地区地处气候分区的寒冷区，冬夏季相对较长，冬季寒冷，夏季炎热。有关文献曾通过实测数据，计算出关中地区乡村住宅冬季室内平均温度约为11.6℃，而夏季室内平均温度约为28.1℃ [3]。节能改造设计时，应重点考虑冬季保温，统筹考虑夏季防热。故农村既有建筑节能改造优化设计的具体途径有以下几点。

3.1外围护结构的保温隔热节能改造

3.1.1墙体

关中地区既有农宅的外墙体绝大多数以实心粘土砖砌筑， 如改变外墙构造做法可大大减少墙体耗热量。故应提倡做外墙“外保温”，对既有建筑的外饰面做必要的处理后，粘贴保温层或保温装饰一体化材料，既能避免建筑热桥与墙面冬季结露、阻断冷桥，提高供热效果，改善室内热舒适度，还可保护主体结构，减少温度应力，增加结构寿命；墙体保温施工时，应不影响住户的日常生活，不減少室内居住面积。在外墙保温材料的选择方面，应选用节能效果好，轻质价廉的适合农村住宅的外墙保温材料，推荐使用聚苯乙烯板，这种材料保温性能好，施工方便，造价较低，在我国既有建筑节能改造中可以普遍使用。也可利用关中农村地区容易获得且廉价的材料（粘土加小麦秸秆、稻壳等）作为外墙保温材料，使外墙获得良好的隔热效果。

3.1.2屋顶

关中地区大部分既有农宅的屋顶为钢筋混凝土平屋顶或传统的坡屋面。本地区农村房子层高大，完全可以做架空层来保温。部分农房沿用传统的坡顶建筑形式，屋顶保温可以采用吊顶保温的形式，使屋顶和吊顶之间有空气间层 能起到隔热作用，提高屋顶热阻，节能效果相对较好。宜在原吊顶上铺设轻质保温材料，吊顶应耐久、防火、安全。做法为使用塑料袋密封包装的锯末、稻壳，秸秆及粉碎的膨胀珍珠岩置于屋顶的空腔区域或吊顶上部，采用吊顶保温后，屋顶冬季平均传热系数会大幅降低；在坡屋顶上还可设置通风换气装置，如天窗、老虎窗、气窗等，既美观又实用，增强了坡屋顶的利用率和夏季隔热效果。

3.1.3地面

关中农村既有农宅地面多为素土夯实后现浇混凝土，再用水泥砂浆罩面，许多农户还在地面上镶贴地板砖或水磨石。而本地区相对南方而言，雨量较少，地下水位低，土壤较干燥。故建议：在地面垫层下铺设廉价的炉渣等保温材料，并注意地面防潮设计，减少地面散热量。

3.1.4门窗

关中既有农宅的户门较大，而根据当地的习惯，住宅日间开敞大门，导致室内外温度基本相同[4]，故建议设置门斗，防止冬季冷风渗透是非常必要的。关中既有农宅窗户大部为单层玻璃窗，窗户的传热系数较大，建议可在原单玻窗内外加装一层窗，间距100 mm左右，并能满足热工性能指标。应提高门窗气密性，加强门窗洞口周边的密封，更换新窗时，窗框与墙之间应保温密封。建议有条件的农户门窗玻璃不用普通平板玻璃，采用塑钢中空玻璃窗。另外，应利用宣传教育等方式，改变当地村民冬季白天门窗常开的做法，培养在正午室外气温较高时开窗换气、早晚关窗保温，以及随手关门的生活习惯，同时提倡通过夜间加厚窗帘等保温做法，加强冬季保温。

刘启泓：冬冷夏热地区农村住宅建筑节能改造优化设计的探讨

能源及节能

3.2能源使用

3.2.1采暖供热

关中农宅冬季大多还采用传统的火炕取暖，“陕西省农村建筑节能技术导则”推荐的新型燃煤火炕已成为目前关中地区农村新建住宅或节能改造中较为常用的火炕，在传统火炕的基础上，简化了炕体构造，使炕上、炕头、炕梢热度均衡，且散热时间延长。使烧炕、清灰方便，污染小。同样推荐的另一种高效节能架空火炕，俗名“吊炕”，它是在传统农村大炕的基础上，将炕连灶燃烧的物质产生的能量充分作用，通过热能封闭循环和增加炕体供热表面积，实现散热供暖，达到增加室内温度的目的。省柴灶与架空炕相结合的炕连灶，综合热效率能提高至70%左右，而且炕面各处温度较均匀。以上措施均值得推广使用。

3.2.2炊事设施改造

可对老式柴灶进行节能改造，笔者亲自参加规划设计的户县东韩村优先选择了节能柴灶和以秸秆等为燃料的节能炉具作为主要炊事设施，它们应能适应多种燃料、具有良好的炊事功能，最大可能地减少烟气等污染物排入室内[4]。户县东韩村已有规模适中的秸秆气化站，可满足全村烧饭之用，故作为清洁和可再生能源使用是有示范意义的。

3.2.3太阳能利用

关中地区全年日照时数都在2000 h以上，为太阳能利用提供了必要的条件。但根据笔者调研，关中大部分农宅对太阳能利用较少且形式单一（主要表现为仅安装户用太阳能热水器），未能从主动式和被动式两个方面充分利用当地太阳能资源。在渭南市新店村，当地已安装使用太阳能热水器的农宅比例仅为20%左右，虽然很多村民都有安装意向，但由于经济能力所限尚未实现。关中农宅有一个普遍的特点，即不论坡屋顶还是平屋顶，均带有1 m左右的挑檐，笔者在宝鸡市陈仓区蜀仓乡 ，就观察到有的农户将原有的南向檐廊封闭，可形成简易的附加阳光间，所花成本最低，施工工艺非常简单，和现有住房相比较变化程度最小，很值得推广。

3.2.4沼气使用

沼气不仅用来解决农村燃料缺乏问题，也可以应用沼气进行采暖和照明等综合利用。建议采用多户集中建造高效的沼气设施，集中管理，有效利用资源，这样能使沼气设施能源利用率高，便于为广大农民提供高效、洁净、安全的沼气能源。

3.2.5夏季防热降温。

关中农宅夏季大多用电风扇，很少有遮阳设施，因此可采用适当的外遮阳（ 如在窗外安装外遮阳卷帘、活动式遮阳伞等） 把热量挡在室外； 冬季，则采用内遮阳（ 如可装厚织物制作的窗帘） 以阻挡室内热量的散失。内、外遮阳合理地配合使用，可达到较好的隔热保温效果。夏季利用反光、低透光窗帘可以起到很好的遮阳效果，降低室内温度。

3.3室外环境的改善

3.3.1绿化

加强绿化可以较明显地改善庭院微气候，减少夏季阳光直射入室内而使得室内温度过高。应在院落中种植一定的乔木， 如适合关中地区栽种的柿子、核桃、杏树等，以其巨大的树冠在夏季为民居撑起一把“ 遮阳伞” ， 还可种植爬山虎等藤类植物， 沿墙体盘爬， 为民居外墙穿上“ 降温衣” 。但要结合地理气候特点适当合理选择绿化种类， 调整绿化密度， 考虑遮阳效果，且避免影响室内通风， 并兼顾冬季日照和采光。

3.3.2室外场地改造

如将户外原有的水泥地面适当减小，加设渗水混凝土地面，既可以减少夏季太阳光强烈反射，又可以在下雨时及时将雨水渗入地下，改善小气候。因此， 建议将庭院少“ 硬铺” ，多“ 软铺” ， 创造良好的室外环境。

3.4安全性与卫生环境

（1）抗震与防污染。节能改造结构的抗震性能应符合规范；防止或减轻改造可能发生的自然及人为灾害；要求尽量选用安全环保的天然材料，减少辐射、有害气体的污染，创造安全小环境。

（2）三废处理。节能改造应做到生活垃圾收集袋装化；使用除烟尘措施等，使“三废”对环境的污染减少到最低程度；

（3）噪声与视觉污染防治。改造中采用隔声好的新材料。室内噪声应不大于40dB； 设计中应考虑空调外机的遮护措施，并考虑其噪声的影响；创造良好的室外立面环境，减少视觉污染。

4结语

本研究课题选择关中地区农村为突破口，以绿色生态理念为主导思想，本着“因地制宜地改善农房热舒适性”的节能改造思想，探索的优化设计理论和方法具有很强的可操作性，适用于全国同类地区，可期望取得可观的社会、经济、环境效益。但农村住宅节能工作任重道远，还需要广大科研与设计人员深入调查研究和政府相关政策的扶持，并在实践中不断完善实施。

參考文献：

[1]

刘启泓.基于复合生态系统平衡概念的农村居住环境规划设计优化研究——以关中地区农村为例[D].西安：长安大学， 2010.

[2]刘启泓.农村既有建筑节能改造优化设计综合评价指标体系的探讨——以陕西关中地区农村为例[J] .绿色科技，2016（6）.

[3]胡艳丽，何梅.关中地区乡村住宅热环境与人体热舒适研究[J].建筑节能，2015（4）.

[4]刘启波，刘启泓.生态化理念下社会主义新农村住区规划与建筑设计的优化设计研究——以关中地区农村为例[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2011（6）.