严寒地区冀北农村住宅体型的研究

董海荣 张晓云

河北建筑工程学院建筑系

0 引 言

在可持续发展时代的今天,建立绿色建筑体系已是势在必行.不仅城市建设应控制城市用地增量,协调城市发展与土地资源、环境的关系,村镇建设也应合理用地、节约用地,各项建筑应相对集中,充分利用原有老庄基地做建设用地,新建、扩建工程及住宅应当尽量不占用耕地和林地,保护生态环境,加强绿化和城镇环境卫生建设.正如建设部下发的《关于发展节能省地型住宅和公共建筑的指导意见》中所提出的:资源、能源和环境问题已成为我国村镇发展的重要制约因素,面对这一困局,必须发展节能省地型住宅和公共建筑,搞好建筑节能节地节水节材.

建筑的能耗与诸多因素有关,诸如:围护结构的保温性能、窗墙面积比、体形系数、房屋的朝向、楼梯间是否设置门斗等等.要保证建筑的节能有效性,与建筑能耗相关的各因素必须综合考虑.本文着重从总体规划、住宅体型方面进行分析,提出适合严寒地区农村住宅节能节地设计方案,以供相关人员参考.

1 农村住宅建设现状

目前城市住宅建设得到了充分的关注,但是,大部分村镇建设规划布局不合理,有的还在大量建设占地多的别墅,村镇农民建房分散无序,新旧住宅双重占地现象普遍存在,乱占耕地的现象屡屡发生,节能、节地被忽略.严寒地区农村住宅的建筑形式,大部分均为平房形式,坐北朝南,每户附带一个院落.仅从住宅体型方面考虑,对节能、节地、节材等均不利.而农村住宅的建筑面积数量大,建设增长速度快.同时,农村住宅建筑基本没有集中供暖,几乎全部是每户单独以煤炉或土暖器取暖,以煤为主要燃料.这势必消耗大量能源,造成环境恶化,对节能、节地、节水、节材均有不利影响.

2 农村住宅体形系数现状

体形系数是指建筑物围合室内所需与大气接触外包表面积(F0)与其体积(V0)的比值,即围合单位室内体积所需的外包面积,用S=F0/V0表示.由于建筑物内部的热量是通过围护结构散发出去的,所以传热量就与外表面传热面积相关.体形系数越小,表示单位体积的外包表面积越小,即散失热量的途径越少,越具有节能意义.

我国《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》(JGJ26-86)对寒冷和严寒地区以体形系数0.3为界,对集中供暖居住建筑的围护结构的传热系数给予限定,通过限制围护结构的传热系数来弥补由于体形系数过大而造成的能源浪费.但对农村住宅没有给出明确的规定.大量研究证明,在其他条件相同的情况下,建筑物的采暖耗热量随体形系数的增大而呈正比例升高.根据节能标准规定,当体形系数达到0.32时,耗热量指标将上升5%左右;当体系功能系数达到0.34时,耗热量指标将上升10%左右;当体系数上升到0.36时,耗热量指标将上升20%左右.如果体形系数进一步增大,则耗热量指标将增加的更快.

严寒地区农村住宅的建筑形式,大部分均为平房形式,平房住宅的体形系数偏大,对节能节地极其不利.所以,在对农村住宅设计时,不能延续传统的住宅规划及住宅设计思想,应对这些住宅整体规划,合理控制建筑的体形系数,达到节约能源、节约土地、保护环境的目的.

3 农村住宅设计方案及评价

3.1 设计方案

目前,大部分严寒地区农村住宅均为三开间加一庭院的平房设计方法.考虑农村住户的使用要求,新规划的住宅设计方案为二层,每四户为一组合体,底层和二层各设两户,同样采用三开间,每户附带一个庭院的做法.具体方案平面示意图见图1和图2.

图1 底层平面示意图

图2 二层平面示意图

3.2 设计方案的节能评价

在其他条件相同的情况下,建筑的能耗与建筑的体形系数有着直接的关系,为了分析新设计方案的节能性,对原有的住宅形式和新设计方案的体形系数作一比较.对于三开间分别为3300、3300、3900,总进深为9000,层高2.8 m米的住宅,原有方案和新方案的体形系数与能耗比较见表1.

表1 两种方案体形系数及能耗比较

从表1中的数据明显得出,寒冷地区农村住宅采用新方案设计时,由于体形系数的改变,住宅散失热量的外表面积明显减少,能耗大幅度降低,在其他条件相同的情况下,能耗降低达36%.这样,每年势必会节约大量的燃煤,降低冬季采暖费用.同时,由于减少供暖燃煤,可相应减少由于燃煤释放的大量CO2、SO2等气体,减少对大气的污染,减少酸雨的形成,具有良好的环境效益.

另外,从耗材方面考虑,新设计方案与原有方案比较,新设计方案可以节约大量的建筑材料.以类似严寒地区的冀北住宅为例,住宅墙体做法一般采用:外墙370厚粘土空心砖,20厚内外抹;内墙240厚粘土空心砖,20厚内外抹灰.按照所设计方案的户型考虑,每四户住宅可节约两户189 m2的屋顶材料、约4.9 m3的墙体材料和约0.52 m3内外抹灰.同时,如果按建筑全寿命周期考虑,节约材料的同时减少了生产建筑材料所需的能耗,具有良好的经济效益.

3.3 设计方案的节地评价

为了保证日照的要求,保证交通、防火、施工等的要求,每栋建筑之间需要有足够的间距.单从日照考虑,把一幢五层住宅和五幢单层的平房相比,在日照间距相同的条件下,用地面积要增加2倍左右,道路和室外管线设施也都相应增加.珍惜和合理利用每寸土地,是我国的一项基本国策.可见,发展多层住宅和高层住宅对节约用地是非常有利的.

在村镇规划时,由于每户附带一庭院,对于二层住宅很容易满足日照间距的要求,每栋住宅之间的距离保证交通、防火、施工等要求即可.假设庭院进深为4 m,每栋住宅南北向间距离为1.2 m,东西向间距2.4 m,经计算,对于同样的四户住宅,原有方案占地面积664.58 m2,新设计方案占地面积357 m2,节约用地46.3%.可见,仅从住宅体型的改变,农村住宅的节地潜力极大.

4 结论和建议

严寒地区农村住宅在保证良好的围护结构保温性能、良好的朝向及合适的窗墙面积比、合理利用可再生能源等情况下,还要对其体形系数给予足够的重视.农村住宅仅从体型设计方面就具有很大的节能节地节材潜力.采用新节能方案设计的农村住宅,节能、节地、节材效果良好,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益.

[1]夏云,夏葵,节能节地建筑基础,陕西科学技术出版社,1994

[2]王立雄,建筑节能,中国建筑工业出版社,2004