贾文辉 牛海洋 冯向阳 张钟元 张 雨 刘喜平
(陕西理工大学土木工程与建筑学院,陕西 汉中 723000)
我国幅员辽阔,地形复杂,南北气候差异悬殊,建国初期由于经济水平落后,能源紧缺,为节约经济成本,优先考虑为气候寒冷的北方地区集中供暖。近年来随着经济条件的迅速提高,人们对供暖的需求也越来越迫切。面对迅速发展的供暖形势,许多南方地区也开始逐步探索并实施集中供暖。但是农村居民由于一些劣势原因,大部分农村住房都为自建房,且存在许多施工不按标准的措施问题,使得住房的舒适度降低。中共十八大报告中也明确提出把城镇化、农村现代化纳入全面建成小康社会的目标,而确保农村住房安全、提高新农村居民现代生活质量,建设以提高房屋居住舒适度、满足房屋保温隔热为要求的新型住宅已成为当前新农村建设的重要任务之一[7]。陕西南北作为典型的冬冷夏热地区,改善农村房屋舒适度刻不容缓[4]。
汉中市,位于陕西省西南部,北有秦岭山地,南有巴山山地,中有汉水,西接甘肃,南通四川,东北与安康、西安、宝鸡相邻。包括汉台区、南郑区、城固县、留坝县、勉县、佛坪县、略阳县、宁强县、西乡县、镇巴县、洋县两区九县。
汉中属于北亚热带气候区,北有秦岭、南有大巴山脉两大屏障,寒流不易侵入,潮湿气流不易北上,温暖湿润。汉中地区气温的分布,受制于地形,年均气温14℃,最冷月平均气温为2.3℃,最热月平均气温为25.1℃。西部略低于东部,南北山区低于平坝和丘陵,海拔600m以下的平坝地区年均气温在14.2℃~14.6℃。
a.了解当前汉中农村居民房屋施工采取的常规构造措施;b.选取汉中县区有代表性的村镇,对农民住户进行问卷调查和房屋温、湿度测试。
本项目是之前研究项目的一个延续,具体见2018年低温建筑科技发表刘喜平《汉中市农村房屋冬夏季舒适度探究》一文。鉴于之前研究调研地点曾在城固、西乡和勉县开展,也考虑到汉中市面积较大,包含两区九县,且地形以山区为主,丘陵、平川为辅,为了保证调研数据具有一定的代表性,综合考虑到地理因素、经济因素以及统计学中数据合理选取的原则,所以本次调研工作决定在汉中市除前面三县以外的汉台区、洋县、留坝开展。
根据汉中市气象局提供的汉中市多年来各县区一年内最冷和最热的时间分布段,在此分布时间段内,本次课题研究选取了汉台区、留坝、洋县3 个地区不同地点居民房屋室内、室外同时段连续24h 的温度和湿度,而且汉台区属于市内城镇地区与处于市内较远地区的留坝测量数据做比较。由于数据量较大,加之分析结论的高度一致性,下面仅给出汉台区城镇和留坝县农村房屋冬、夏季温、湿度的具体数据作为代表来说明舒适度调研结果,调研数据如图1~图4 所示(城镇房屋代表汉台区,农村房屋代表留坝县)。
如图1连续24h室内外温度观测可知,城镇地区和农村地区室内外温度全天均值范围在26.52℃~27.50℃。城镇和农村房屋室内温度变化幅度小,室外温度变化范围较大,夜晚室内温度均比室外温度高,城镇地区早晨6 点~10 点室内仍比室外温度高,而农村地区白天室内低于室外温度。城镇地区白天最高室内外温差为4.8℃,夜晚最高室内外温差为2.5℃。农村地区白天最高室内外温差为3.7℃,此时室外温度为30.7℃。两个地区室内外温差都比较小但夏季白天农村地区温度高且农村地区室内外温差较小于城镇地区,房屋舒适度都较差,但相比城镇地区,农村地区房屋舒适度则更差。
图1 汉台留坝2019夏季室内外温度图表
如图2,连续24h 室内外湿度观测可知,农村房屋湿度较大且室内大与室外,湿度范围在70%~85%RH左右,远远高于汉台区城镇房屋湿度值,从下午到早上7 点,湿度均缓慢上升,测试当天天气有风所以早上7 点过后农村房屋室外湿度又急剧下降。农村房屋室内湿度一整天一直处于70%~85% RH 左右,远远高于人体适宜健康湿度,说明夏季农村地区房屋室内通透性差,室内潮湿闷热。
图2 汉台留坝2019夏季室内外湿度图表
如图3连续24h室内外温度观测可知,城镇地区和农村地区室内外温度全天均值在4.37℃~8.62℃,农村地区室内温度比城镇地区一整天都低,城镇地区天气为阴且有微风,夜晚温度开始回升至第二天6点温度为10℃左右,之后天气转晴。下午1点-4点,农村地区室内外温差范围在1℃左右,同时段城镇地区室内外温差为5.1℃~7.6℃;下午6点,农村地区室内外温差达到最高为1.4℃,此时城镇地区室内外温差为8.5℃且此温差持续时间长;夜晚农村地区温差在0.6℃左右,农村地区室外夜晚温度仅有4.8℃,温度较低;早上6点,农村地区室内外温差为1.9℃,此时城镇地区室内外温差为1.6℃,城镇地区比农村地区室内外温差仅小0.3℃。总体对比可知农村地区房屋室内外温差较小且冬天夜晚温度低,农村房屋舒适度较差。
图3 汉台留坝2019冬季室内外温度图表
如图4 连续24h 室内外湿度观测可知,农村地区湿度在75%~95%RH 之间,湿度值较稳定且湿度大,城镇地区湿度在35%~65%RH 左右,从下午开始城镇天气为阴天且有风,所以夜晚湿度下降且湿度较小,第二天早上6 点天气转晴湿度开始上升。总体上两地冬季房屋潮湿寒冷且农村地区比城镇地区湿度大,舒适度更差。
图4 汉台留坝2019冬季室内外湿度图表
通过城镇、农村房屋数据对比,从冬、夏季温、湿度数据分析,在室内外温湿度各个时段上的比较以及对比人体在室内感觉最舒适的温度为18℃~24℃和人体最适宜的健康湿度为45%~65%RH可知,留坝县农村房屋温湿度差值小、通风隔热性能差、整体性差,即汉台区留坝县农村房屋舒适度差。
汉中在气候分区中属于“夏热冬冷”气候区,又是国家划定的非集中供暖区域[1],冬天室内没有取暖设施,室外温度比较低,干燥寒冷;我国夏季普遍高温,汉中水域较广,河流较多,空气湿度极大,夏季非常潮湿闷热,加之室内湿度大。从汉中市汉台区和留坝县冬夏两季室内外连续24h温度和湿度测量及数据图表的分析对比可知,汉中市农村房屋的室内温湿度与同时段室外温湿度值相差很小,所以舒适度极差。因此,汉中农民房屋舒适度较差的原因其一是自然气候差,其二则在于房屋本身。本文主要从房屋本身出发,经调研分析发现存在以下问题:
农村房屋由于缺乏政府相关部门的整体规划和统一标准,居民房屋多分散化,为图省钱、方便耕种,农村居民在地势低洼、距离河床较近处、靠近道路的农田里建房,这些地方常年地下水位较浅,而农民由于经济条件有限、缺乏一定的常识,对于地基的处理不到位,导致自建的房屋来自地面的潮气特别严重;依山、取原基而建房,树高林密,信号差,交通、用水不便,常年日照、通风时长较短;相信风水,迷信建房,房屋朝向、选址、建筑尺寸等问题更为严重。以上可得出农村房屋舒适度与房屋选址有着很大关联。
房屋朝向影响采光、通风、噪音和节能。房屋朝向的优劣顺序是正南、东南、东、西南、北和西。对于以山为主的汉中市大范围的农村区域,村庄建房规划不够整齐统一,村民建房朝向随意化,很不合理,造成“夏天阳光直射到房间、冬天墙面晒不到阳光”的现象,导致房屋冬天阴冷,夏天潮热,降低了房屋舒适度。
建筑节能一直以来是我国农村建设忽略的一个重要问题,城镇化和新农村建设中基本上还没有节能建筑的概念,仍在使用单一结构的烧结黏土砖而不是保温墙(可节能30%),农村施工技术人员偏少,村民由于自身水平的限制,任意改造,极少考虑建筑的标准{2}。农村房屋的修建质量不达标,很多施工人员为农民自己组织的修建队,缺乏节能意识及专业知识,在墙体砌筑时,砖的润湿程度不够,导致与灰缝接触不紧密;砂浆的饱满度不达标,墙体中“瞎缝”“通缝”“透明缝”现象常见;农村大多新建砖混房屋的门窗洞口过大,门、窗框材料大多为木窗或铝合金单层平板窗,窗户玻璃均为单层且无节能玻璃,门窗在安装施工中洞口与门窗框体之间未进行必要的密封处理,导致房屋室内外热量交换频繁,房屋保温性下降,室内外温湿度差异很小;农村房屋的墙体及屋顶未进行保温处理,绝大多数人不懂得使用保温材料,使得房屋舒适度极差。
造成汉中市农村房屋舒适度差的原因有两个:首先,汉中是非集中供暖区域,处于“夏热冬冷”的自然气候区;其次,农村房屋本身没有规范化设计,施工技术水平较城市居民住宅落后。本文主要从农村新建房屋和未建房屋作为出发点,解决农村房屋由于自身不足而导致房屋舒适度差的问题,从而改善农村房屋建筑,提高房屋舒适度。目前改善汉中农村房屋舒适度的有效措施就是改善房屋室内的温度和湿度,即提高房屋的保温隔热性能。而解决这一问题需要从两方面着手,一方面是政府,另一方面是农民自身。本文结合已建房屋和未建房屋,从政府和农民自身两方面出发提高农村房屋舒适度。
国家需要大力开发农村地区,鼓励大学生回乡发展,提高农村经济和农民知识水平,从而提高农民建筑技术水平,推广使用节能建筑,增强环保意识。
国家可以出台相关农民建筑技术规范文件,学校可以鼓励大学生给农民开展建筑知识讲座以及节能建筑知识讲座,并大力研发更加经济、环保、方便的建筑材料。
普通砖混结构房屋基本上是没有保温隔热措施的,所以对于已建房屋,可以选择保温涂料来增强建筑的保温性能,避免拆除重建;对于未建房屋,政府可以试点推行对新农村房屋修建的规范管理,由政府对农村的主要修建工人进行短期的规范化施工培训,持证上岗。同时由专门的部门免费给农村设计规范化的房屋施工图纸,大力开展农村房屋统一规划设计,使建筑符合规范、节能、环保、舒适的标准。要求凡是报批修建新房的住户,必须依据该规范图纸施工,从源头上保证农民新建房屋的质量。
对于农民家庭本身,在修建房屋时应该注重房屋维护结构,增强墙体和屋顶的保温隔热性,保证门、窗安装时与周围洞口的密闭性。而墙体保温上国家大力推展外墙外保温,在墙体的不同位置增加一些保温材料,或者外墙体直接采用保温材料,如加气混凝土砌块、蒸压粉煤灰砖、混凝土空心砌块等新型材料达到良好的保温效果,基本上可以消除热桥,绝热层效率可达到85%~95%,室内热舒适度较好,不会对墙体承重结构造成危害,既适用于新建建筑,又适用于旧房改造,施工中不影响正常使用。当然最简单经济的方法还可以选择在240mm实心砖或多孔砖墙的内外涂抹一定厚度的保温砂浆,该方式更适合于汉中农村地区采用。同时可以在房屋的现浇混凝土平屋顶上加上高度较小的瓦屋面,减小屋顶和室外的空气交流。如果采用平屋顶,也可以选择倒置式屋顶保温构造形式[3][5][6]。
农民在地下水位比较浅或者在距离河流较近的地方修建房屋时,地基需要做防潮处理,且地面、外墙面一定高度范围内也要做防潮处理,外墙四周要做好排水,以防地面以下的潮气进入室内,增加室内的湿度[4]。
通过对汉中市农村房屋室内外冬夏季温湿度连续24h测量结果并对数据进行分析得出:汉中农民房屋舒适度较差,一方面是由自然气候差导致,汉中市属于夏热冬冷地区,且该地区不属于国家冬季集中供暖区域,当地水域广、河流多,导致常年空气中湿度大;另一方面在于房屋本身,农民自建房施工措施存在问题,房屋密闭性不好,该地农村房屋冬夏季室内外温差较小,造成冬季室内阴冷、夏季室内潮热,使得房屋的舒适度极差。由测量数据分析可知,汉中市农村房屋室内舒适度中的温湿度指标均不在人身体适宜的范围内,必须通过一定的措施来改善农民居住的环境,提高房屋舒适度。而目前改善汉中农村房屋舒适度的有效措施就是改善房屋的保温隔热性能, 解决这一问题主要从政府和农民自身两方面入手。政府需要引导农民,自主建房要有规划、有秩序,大力推广农民使用节能建筑,提高农民建筑环保意识,并给申请此类建房的居民一定的补偿,争取尽早实现小康社会的目标;农民自身要有提高房屋品质,节能环保的意识,可投入较少的资金,在房屋的门窗、墙体、屋盖等方面保证其密封性,较潮湿地区建房要做好防潮处理,改善汉中农民房屋舒适度。