日照市新型农村社区住宅建筑节能设计研究

徐锡权，申淑荣，徐 鹏

(1.日照职业技术学院建筑技术研究所，山东日照 276826;2.山东金宸建筑工程设计有限公司，山东日照 276826)

1 日照市农村住宅节能概况

日照市地处沿海，正处在工业化和城镇化加快发展阶段，消费规模不断扩大，能源供求矛盾日益突出。广大农村地区的建筑，基本还是使用实心粘土砖，绝大多数没有采取节能措施，仅能满足基本居住需求。首先是农村住宅自身热工性能差。据资料统计:农村住宅墙体平均厚度为24cm，墙体过薄，并且仅3%的农宅采用了简单保温措施，而当前农村建房使用的大量实心砖也对环境造成破坏。屋面方面，几乎无保温隔热层，坡屋顶与墙体接合处常常会看到缝隙，冬季渗风严重。门窗密闭效果差，保温隔热性能差，超过80%的农户仍使用单层窗。其次，供热设备效率低，自制土暖气的使用率超过50%，但其供热效率仅为40%。此外，农民观念及行为方式对能耗方面的影响也不容忽视，这些都导致了农村能耗的增长。

2 日照市农村住宅节能设计

2.1 住宅平面布局

限于日照市农村普遍的家庭生活模式，农副业生产已经越来越淡化，因而住宅功能中的农副业生产部分和畜舍等已经基本被省略。长期以来，日照市农村住宅平面布局的一大原则是主要房间(如客厅、卧室)位于靠近正立面的一侧，次要房间和附属房间(如卫生间、楼梯间、次卧室)等位于靠近背立面的一侧。日照市农村当前普遍流行的住宅平面布局方式，总体来说是适应当地农户生活习惯的，同时如朝向为南北向，也能较好的做到自然通风与采光。但是，在建筑节能和增加居住舒适度等方面，笔者认为在以下方面可进行优化:鉴于当地农户日常居住人口十分有限，而新建住宅总建筑面积过大，可在规划方面适当控制建筑层数为2 层，或缩小宅基地的面积;厨房和储藏空间结合院落置于住宅的前部，可使院落在日常生活中得到更为有效的利用;优化居住空间，根据当地农民生活特点和居住者的需要，科学的组织起居、睡眠等基本功能空间和会客、学习、楼梯间等辅助功能空间，尽量减少辅助交通空间，提高空间利用率;当前新建的住宅基本都有外挑封闭阳台，可以充分利用封闭阳台，将其隔断成为日光间，夏季遮阳、隔热，冬季保温、取暖。

2.2 层高选取

当前日照市农村新建住宅基本都为三层，且层高范围相对固定，一般为底层3.8～4 m，二层、三层3.6～3.8 m，就住宅建筑类型而言，这种层高值已经非常大了，这种现象对于资源和能源相对紧缺的中国来说，是很大的浪费。合理降低层高，对于节约用地和降低造价，都有很大潜力。根据测算，当住宅层高从3 m 降到2.7 m 时，平均每套住宅综合造价可降低5%～5.5%。适当降低层高，不仅在节约投资上有明显的效果，而且还节省土地、材料、能源，并且有利于抗震。

2.3 围护结构的保温隔热

2.3.1 外墙

建筑耗热量主要是通过围护结构的传热耗热量构成，在传热耗热量所占份额中，外墙约占23%～34%，窗户约占23%～25%，楼梯间隔墙约占6%～11%，屋面约占7%～8%，阳台门下部约占2%～3%，户门约占2%～3%，地面约占2%，窗户的耗热量与空气渗透耗热量相加，约占全部耗热量的50%。外墙耗热量所占比例最大，必须采用高效保温墙体降低其耗热量，从而达到改善室内热环境提高生活质量的目的。日照市不属于传统重工业基地，将粘土砖彻底替换为混凝土空心砌体或者加气混凝土砌体，是不太现实的，而粘土砖因其制作简单、取材便捷而将在日照市农村继续流行。但是，实心粘土砖的保温效果以及本身自重优势等方面都不如空心粘土砖。从推广空心砖的社会效益和施工测定对比知，推广空心粘土砖不但在经济上合理，而且在技术上可行。同时，选择XPS 对外墙进行保温处理，它是采用专用聚合物黏结胶浆与墙体基层或水泥砂浆找平层黏结的一种外墙保温系统。聚合物砂浆作保护层，以耐碱玻纤网格布为增强层，XPS 塑聚苯板作保温层并辅以金属或塑料锚栓，锚固于基层墙体，整个系统可达到节能、保温、抗裂及装饰等综合效果。因而，笔者建议在日照市农村新建住宅时推广使用以上做法。

2.3.2 门窗

日照市农村当前新建住宅的门普遍使用钢门。窗玻璃全部都为普通单层白玻璃，保温隔热效果非常差。当地气候特点表现在夏季时间长，太阳辐射强度比较大，门窗节能应侧重在夏季的防热上，同时兼顾冬季保温。为此，可以从以下几个方而来考虑提高门窗的保温隔热性能:(1)外门使用木门。当前普遍流行的钢门传热系数为640 W/(m2·K)，而木门传热系数为270 W/(m2·K)，在保温隔热方面，木门具有明显优势。出于安全方面的考虑，可将木门做简化处理(减小厚度，使用空心木门等)，同时在木门外增设一道钢门。(2)选择合适的框型材料。型材的材性和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素之一。框是门窗的支撑体系，由金属型材、非金属型材和复合型材加工而成。为增强窗的保温隔热性能，型材首选铝合金断热窗框(断热桥宽度不宜小于15 mm)和塑钢窗框。(3)加强户内外的遮阳措施。在满足建筑立面设计要求的前提下，增设外遮阳板、遮阳篷及适当增加南向阳台的挑出长度都能起到一定的遮阳效果。在窗户内侧，设置如窗帘、百页等活动遮阳装置，以便夏季减少太阳辐射热，冬季又得到充足的日照。(4)提高门窗的密闭性能。据测试，普通钢窗在粘贴密封条前后的空气渗透量分别是9.03 m3/(m·h)和1.31 m3/(m·h)，密封水平提高了7 倍左右，达到了I 级标准，密封条寿命约3年以上。只有良好的门窗密闭性，才能保障住宅在冬季室内热量不至于流失过快。

2.3.3 屋面

日照市夏季日照时间比较长，通常水平屋面外表面的空气综合温度达到35℃～50℃，顶层室内温度比其下层室内温度要高出2℃～4℃。因此，提高屋面的保温隔热性能，对提高抵抗夏季室外热作用的能力尤其重要，这也是减少空调耗能，改善室内热环境的一个重要措施。在多层建筑围护结构中，屋顶所占面积较小，能耗约占总能耗的8%～10%。据测算，每降低1℃，空调减少能耗10%，而人体的舒适性会大大提高。因此，加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大，节能效益却很明显。当前日照市农村新建住宅多数都为三层平屋顶，其屋面构成基本为100 mm 厚钢筋混凝土板，外侧为20 mm 厚水泥砂浆，内侧为20 mm 厚石灰砂浆，没有任何保温隔热措施，致使三层室内热环境相当恶劣。因而在当地，住宅的三楼基本没有人居住，农民之所以在面积已经严重超标的情况下还要将住宅盖至三层，除了心理作用以外，很大一部分原因是认为三层可以隔热，却从未想到在屋面设置保温隔热处理，也同样能达到隔热的效果。同时，就三层住宅而言，一个楼层的造价接近住宅整体造价的三分之一。因而，如在屋面设置保温隔热处理，当地住宅只建设两层，大大降低了住宅的造价，也能使室内有很优良的热环境。因而，笔者建议可在日照市农村在新建住宅时推广使用挤塑聚苯板倒置式屋面保温系统。

3 案例分析

选取日照一既有建筑进行建筑节能改造能耗分析(见图1)。该民居外墙为240 mm 粘土砖，外墙内外涂抹混合水泥砂浆，涂刷白色涂料，没有进行保温隔热处理。楼板为钢筋混凝土楼板。建筑物屋顶是用平屋面，没有设置保温层。建筑物所有窗户都是用的是铝合金单层玻璃窗，阳台是用铝合金单玻璃封闭。选择使用天正TBEC节能软件对该案例进行动态能耗模拟计算。以下表格中材料厚度的单位为mm，导热系数的单位为W/(m·K)，蓄热系数和传热系数的单位为W/(m2·K)，传热阻的单位为m2·K/W。

图1 建筑物平面布置图

3.1 初始方案的热工计算

既有建筑初始方案中主要构造的热工计算值如表1～表3 所示。

表1 建筑物外墙热工计算

表2 建筑物屋顶热工计算

表3 建筑物外窗分类

从上面的热工计算可以看出此既有建筑的围护结构的传热系数等热工指标已经不能满足相关规定中的要求。

3.2 改造方案的热工计算

3.2.1 外墙节能改造方案

前文所述的外墙XPS 板保温系统的具体构造如图2所示。

图2 XPS 板薄抹灰外墙外保温构造系统

图2 中，①为粘土砖，②为水泥砂浆，③为XPS 板，④为厚抗裂砂浆与网格布，⑤为涂料，⑥为锚栓。此系统传热系数为0.625 W/(m2·K)，根据《民用建筑热工设计规范》可计算出相关的热物理参数，如表4 所示。

表4 建筑物外墙节能热工计算

3.2.2 屋面节能改造方案

前文所述的挤塑聚苯板倒置式屋面保温系统具体构造为:现浇钢筋混凝土屋面;轻集料混凝土;挤塑聚苯板;水泥砂浆;细石混凝土。各层的具体厚度可见表5。此系统传热系数为0.739W/(m2·K)，它的热物理参数如表5 所示。

表5 建筑物屋面节能热工计算

3.2.3 门窗方案改造

采用双层普通中空玻璃窗(推拉)，它的传热系数为2.8，遮阳系数为0.83。

通过选使用天正TBEC 对既有建筑初始方案和改造方案分别计算各自的耗能量，既有建筑初始方案全年耗电量为49.32 kWh/m2，改造方案全年耗电量为19.67 kWh/m2。节能效率明显提高，说明前文所述的节能措施是非常有效的，值得推广。

4 结束语

随着中国经济的快速发展，农村住宅的建设也全面振兴。做好农村住宅的节能设计，无论是对于节约农户投资，还是对于全社会的“节材”、“节地”、“节能”，其意义都是非凡的。本文仅针对日照地区农村住宅的形态特点，对其发展演变与有效的节能方式进行了探讨，并提出了一些针对当地农村住宅节能设计的建议。

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