寒冷地区农村住宅建筑节能设计研究.pdf

219第 36 卷第 17 期 2023 年 9 月Vol.36 No.17September 2023艺术科技0 引言我国乡村建设规模庞大，同时存在严重的能源浪费问题1。提高农民生活质量是提高国民幸福指数的重要方面，而住宅建筑的舒适性又是影响农民生活质量的重要因素，合理的建筑规划与围护结构设计是实现建筑节能的关键。目前，我国寒冷地区农村住宅大多是居民自建房，且较为分散，没有统一的规划与建设规范，围护结构的保温与隔热性能较差。在采暖方面，寒冷地区农村采用分散式供暖模式，这种模式下供暖设备低效燃烧，造成了环境污染和能源浪费2。本文针对寒冷地区农村住宅的节能现状，对其在建设与使用过程中出现的问题进行探究，并针对寒冷地区农村住宅的地域气候与自然资源等因素，提出了建筑节能的设计对策。1 寒冷地区农村住宅节能问题1.1 缺乏节能技术寒冷地区农村住宅多为农村居民自发建设，缺乏对朝向、通风等要素的科学设计，导致能耗偏高。寒冷地区居民通过增加墙体的厚度来提升建筑的保温性能，但仍不能达到节能的要求。农村住宅多为一层平房，建筑体形系数较大，窗户大多是“木制窗框+单层玻璃”，气密性、绝热性能较差。在新建成的农村住宅中，虽然许多都是砖混结构，并且具有良好的安全性能和门窗气密性，但是大部分围护结构部位缺乏保温隔热措施，在冬天，房屋内部会出现大量的结露，与传统的砖木结构相比，大多数新建成的农村住宅更加寒冷3。1.2 能源利用率低在寒冷地区，农村住宅采用分散式供暖方式，主要通过火炉、火炕以及少数电暖、电热毯等来维持室内的热舒适性，缺乏清洁供暖方式。火炉采暖主要是通过燃烧煤炭、秸秆和木材来实现，大部分农村家庭都采用一屋一炉的采暖模式，极少数农户使用集中采暖设备。在我国农村，受资源、经济等方面的限制，对新能源、新技术的运用不足。可以对光热能进行有效利用，以满足寒冷地区居民的供暖需要4。2 寒冷地区农村住宅的节能设计策略受地域特点、生产生活方式和气候等多种因素的影响，寒冷地区农村住宅存在分时段分房间供暖的特点。因此，农村住宅的节能策略与技术不能照搬城市经验，而要结合农村住宅的具体需求与特点，进行相应的节能设计。2.1 住宅平面布局节能农村住宅的布局与气候、环境和地理条件密切相关，关于建筑的最佳朝向，要根据其所处的地域、气候等因素来确定。南向住宅能保证建筑得到足够的阳光，山墙能有效避免西晒。在建筑设计中，要在保证建筑使用功能的基础上对建筑的热环境进行合理划寒冷地区农村住宅建筑节能设计研究雷珊珊（西安建筑科技大学 建筑学院，陕西 西安 710055）摘要：近年来，随着我国经济社会的飞速发展，能源问题日益突出，建筑节能逐渐成为建筑领域的一个研究热点。在乡村振兴战略背景下，我国农民经济收入及生活水平显著提升，当前的农村住宅已经不能满足人们对高质量人居环境的需要。由于农村居民的建筑节能意识淡薄，且在设计施工、经济成本等方面都存在很大的局限性，所以大多数农村住宅没有进行节能设计，导致室内热损耗大、资源浪费等问题出现。在我国农村节能工作不断深入的背景下，对农村住宅进行节能改造，是改善农村人居环境、促进农村低碳化的一种重要方式。寒冷地区是指我国最冷的月平均气温为-10 0，日平均温度 5的天数为 90 145 天的地区。寒冷地区的冬季较长且寒冷干燥，平原地区的夏天比较潮湿，高原地区的夏天比较凉爽，降水较为集中，月平均温度差异大，日照时间充足。在我国寒冷地区的农村住宅建设中，存在布局形式单一、围护结构保温性能差、用能形式不合理等问题，严重制约了农村住宅的健康发展。为了降低农村住宅的能耗，改善农村住宅室内热环境，文章以我国寒冷地区农村住宅为研究对象，结合当地的气候特点和人们的生活习惯，从布局形式、围护结构、用能形式等方面着手，探讨寒冷地区农村住宅的节能设计。关键词：寒冷地区；农村住宅；建筑节能中图分类号：TU241.4文献标识码：A文章编号：1004-9436（2023）17-0219-03220美学技术分。厨房、仓库等辅助性房间应位于北面，卧室、客厅等主要房间应位于南面。在室内外过渡空间中，通过设置“温度阻尼区”起到保温的作用5。在空间布局方面，应该以合院为主体，合院的空间组织既符合当地的生产和生活习惯，又可以达到一定的防风效果。另外，应将主要功能房间进行集中布置，以降低建筑的体形系数，减少建筑与外部的接触面积。2.2 住宅体型节能已有研究结果表明，当其他因素不变时，建筑能耗与体形系数呈正比，体型系数过大，会导致建筑能耗过大。在控制建筑体形系数的同时，不能把住宅做成“方盒子”，在条件允许时，可以把独门独户改成多户联排房，两户联排房的外墙变成无温差的内墙，使节能效果更好6。虽然目前对农村住房的体形系数并没有给出一个明确规定，但是应对农村住房进行合理设计，控制建筑的体形系数，以达到节能、节约土地和保护环境的目的。2.3 住宅围护结构节能围护结构是进行室内和室外热交换的重要组成部分，在节能方面起着至关重要的作用。在寒冷地区，建筑的围护结构以满足冬季保温需求为主。对农村住宅进行节能设计时，由于供暖房间比较多，而且有连续供暖和间断供暖的需要，所以应该采用围护结构整体保温方案，即对农宅的整个墙体、门窗、屋顶及楼地面进行保温。2.3.1 墙体墙体是实现保温隔热效果的重要部件。选择导热系数较低的墙体材料是降低能耗的关键。农村住宅可以就地取材，使用新型外墙材料，比如秸秆板或秸秆砖、新型保温砌块，以及自保温复合墙，这些都适合用于寒冷地区农村住宅的墙体保温。当无法使用新的外墙材料时，可以通过改变外墙的构造来降低墙体的耗热量，具体如下。（1）保温砂浆。将疏松的无机材料和膨胀珍珠岩、蛭石、火山灰等掺杂在一起制成保温砂浆，在内墙的表面上涂抹。（2）贴板块保温材料。板状隔热材料的优点是体积重量轻、导热系数小。在农村住宅中应用时，要从原料来源、经济因素等方面加以考虑。（3）采用夹层外墙。夹层外墙将墙分成两个部分：一是承重层，二是保护层，二者之间留有空隙，可以用无机松散或块状保温材料填充。2.3.2 门窗门窗是建筑围护结构的主要组成部分之一，在采光、通风方面发挥重要作用。由于其在室内环境中易受冷空气的侵扰，所以提高窗户的保温性能，减少冷空气的渗入至关重要7。门窗的型材特征及截面形状对其保温性能有很大的影响。窗框的材质有金属、非金属、复合材料和木质。PVC 塑料窗、玻璃纤维增强塑料窗具有保温、隔声性能好、成本低廉等特点，因此适用于寒冷地区的农村住宅。此外，还应该注重外窗的气密性，较好的气密性可以减少冷空气渗入，有利于冬季保暖8。平开式窗户比推拉式窗户具有更好的气密性，在寒冷地区应选用平开式窗户，并尽可能使用两层窗户。在钢制窗户的缝隙处贴发泡胶带，木质窗户可以装上挡风板。在保证采光和通风的前提下，应尽可能使用较小的窗户，减小散热面积。2.3.3 屋面屋面具有保温和防雨的作用，与外部环境有直接的联系，因此屋面的保温对保持室内的温度至关重要。寒冷地区农村有大量的农用废弃物，如木屑、秸秆、杂草、树叶、谷壳等，可将其作为原料，辅以添加剂，利用现场发泡技术在传统的灰泥屋面上施工而成。在施工过程中，将秸秆等农业废弃物和水泥、添加剂等按照一定的比例混合而成9。该方法既能优化隔热效果，又能实现对废弃材料的综合利用。2.3.4 地面农村地区大多对地面的保温功能没有给予足够的关注。在传统的农宅中，地面以砖为主，有些地方使用硬土、石材、水泥抹面、地板砖等，但大多数都没有保温层。为了优化室内的保温效果，可以对地面进行节能设计。在条件允许的情况下，应该选择木质地板或塑料地板。其次，为了降低地面的热损耗，可以采用熔渣等廉价、容易获得的保温材料，在室内地板下方和周围，距离建筑物周围 1.2m 以内增加一层保温层10。2.4 可再生能源的利用2.4.1 清洁取暖的推动应用寒冷地区冬季取暖是农村居民生活能耗的重要组成部分，也是实现建筑节能的重要环节。洁净供热指的是利用天然气、电力、地热、生物燃料、太阳能、221第 36 卷第 17 期 2023 年 9 月Vol.36 No.17September 2023艺术科技工业废热、洁净煤、核能等，采用高效节能的供暖系统，实现低排放、低能耗的供暖模式。考虑到寒冷地区住宅的建筑形态、人员构成、结构类型、经济状况和农户生活习惯，并结合建筑的实际功能空间使用模式、热舒适特性和取暖需求，其采暖模式有别于城镇的全时间全空间采暖模式，应分室设置部分时间和部分空间的采暖模式11。从目前的清洁供暖方法来看，低温空气源热泵热风机和太阳能蓄热技术更适用于寒冷地区，且在我国已经得到了一定的推广应用。（1）低温空气源热泵热风机。低温空气源热泵指的是利用电能来驱动蒸汽压缩制热循环，直接向封闭空间、房间或区域释放热量，以提高室内的空气温度。采用新型压缩机、变频技术及新型系统，使低温风冷风冷热泵的应用范围扩大至-30以下的低温环境12。低温空气源热泵的初期投资和运行费都比较低，而且这种供暖方式运行稳定可靠，在低温条件下的制热性能良好，不会排放 PM2.5。使用者还可以采用分时间、分空间的运行方式，对室内温度进行灵活调节，使其最大限度地发挥节能效果，因此在寒冷地区的推广程度和适用性都比较高。（2）生物质能高效利用。采用生物质清洁炊具，可以在寒冷地区达到“炊暖两用”的目的，且易于操作，与当地农户的生活习惯相适应。在农村地区，房屋占地面积大，保温性能不佳，而将生物质炉装在房间里，不仅可以快速升温，还可以将农村垃圾能源化，将树枝、秸秆和牛粪转变成供暖材料，从而降低供暖成本13。在寒冷地区，有大量的农作物秸秆、废弃木材、畜禽粪污，利用这些资源，能够形成生物质颗粒燃料加工和清洁利用方案，辅以与传统柴灶相结合的生物质颗粒燃料炊事燃烧器或生物质锅炉进行分布式供暖，从而达到高效利用的目的。这种供暖方式操作简单，受欢迎程度高，可以降低污染、节约能源。2.4.2 太阳能资源的利用我国寒冷地区太阳能资源比较丰富，该区域的农宅建筑密度小、楼层低，因此可以获得更多的太阳能资源。在进行寒冷地区的住宅设计时，可以在住宅的南面坡屋顶上安装一个平面太阳光收集器。该集热器结构简单，造价低廉，使用寿命长，可以与建筑屋顶良好结合，还能通过太阳能加热生活用水14。3 结语以寒冷地区的气候环境、自然资源等为基础，考虑到当地的气候特点以及农户的经济承受能力，对农村住宅的布局形式、围护结构、用能形式等多个方面进行研究，并提出相应的节能设计策略，以提升住宅内部环境的舒适度。根据寒冷地区的气候特点，确定乡村民居的院落布置和主要房间的朝向，采用最优的布置方法；在墙体、门窗、屋顶和地面上，采用合适的保温材料和方法，以最大限度满足寒冷地区农村房屋冬季保温需求；使用清洁能源，有效减少煤炭的使用，从而实现对寒冷地区资源的高效利用。参考文献：1 霍兴刚.关于我国建筑节能技术的探讨J.城市建筑，2020，17（14）：39-41.2 刘磊.华北地区农村住宅节能保温调查研究D.秦皇岛：燕山大学，2013：54-68.3 葛翠玉，王洪光，赵莉.寒冷地区乡村住宅建筑节能探索 J.住宅科技，2004（8）：46-48.4 周丽，刘佳霓，刘杨.新型农村绿色节能建筑的研究探讨：以太阳能民居为例 J.科技创业月刊，2017，30（6）：123-125.5 孔俊婷，孙腾辉，尹孟泽，等.山西润城镇传统民居生态节能改造策略 J.建筑节能，2018，46（9）：95-98.6 余俊骅，刘煜，唐权.关中地区农村住宅的绿色生态设计策略及适宜技术浅析 J.华中建筑，2010，28（8）：86-89.7 张芳芳，张群，王江丽.洛阳乡村民居建筑通风优化策略及效能 J.工业建筑，2020，50（7）：34-40.8 丰晓航，燕达，彭琛，等.建筑气密性对住宅能耗影响的分析 J.暖通空调，2014，44（2）：5-14.9 朱赛鸿，何沐宸.冀东地区农村住宅的绿色生态设计策略及适宜技术研究J.建筑节能，2017，45（11）：29-31.10 赵士永，郝雨杭，付素娟.华北地区农村民居能耗现状及节能改造方案分析 J.建筑节能，2015，43（2）：114-117，123.11 敖鑫，邓琴琴，王艺霖，等.农村住房能耗和节能现状调研与分析 J.区域供热，2019（4）：8-12.12 李爱松，李忠，刘宗江，等.北京农村地区空气源热泵供暖系统监测分析J.建筑节能，2018，46（10）：29-32.13 王泽龙，侯书林，赵立欣，等.生物质户用供热技术发展现状及展望J.可再生能源，2011，29（4）：72-76，83.14 王德闯，刘学来，李永安.太阳能系统在农村建筑中的应用分析J.低温建筑技术，2018，40（9）：126-128，131.作者简介：雷珊珊（1995），女，甘肃兰州人，硕士在读，研究方向：绿色建筑设计与节能。