青海省农牧区民居冬季保温性能研究

丛玲玲++胡林

摘要 社会主义新农村建设是我国现代化进程中的重大历史任务。2016年中央一号文件明确提出推动城乡协调发展，提高新农村建设水平，要全面启动村庄绿化工程，开展生态乡村建设，推广绿色建材，建设节能农房。为了及时总结典型地区新农村建设的经验，认真分析新民居建设中存在的不足，对青海省农牧区民居建设展开了实地调研测试，并对其保温性能进行了数据分析。

关键词 农牧区；冬季；民居；节能；保温；青海省

中图分类号 TU241.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）05-0291-05

Abstract Construction of a new socialist countryside is a significant historical task in the process of China modernization.The 2016 "Central First Document" proposed to promote coordinated development of urban and rural areas，improve the level of new rural construction.The village started to carry out ecological greening projects，rural construction，promotion of green building materials，construction of energy-efficient housing.In order to summarize the experience of new rural construction in typical areas，problems in the construction of new residence were carefully analyzed，a field survey test of residential construction in agricultural and pastoral area of Qinghai Province were launched，and the insulation performance of data were analyzed.

Key words agricultural and pastoral areas；winter；dwelling；energy conservation；heat preservation；Qinghai Province

1 民居建設现状

青海省农牧区处于青藏高原腹地，气候寒冷、干燥，日照时数长，自然条件恶劣，基础设施建设落后，属于全国集中连片的贫困地区，相当一部分的农牧民居住和生存条件还很落后。随着社会主义新农村建设工作的开展，农牧民的居住环境在很大程度上得到了改善。但是受气候环境、资源能源状况、经济发展水平及生产生活习惯等方面综合影响，农村住宅的资源和能源消耗也在增加。

为分析新民居在节能保温方面的效果，深入了解青海省农牧民的居住现状，特成立调研小组，展开了实地考察活动，通过现场调研发现：一是许多农牧区民房已翻新或异地集中建成砖瓦房，且室内功能齐全，能够利用多种方式进行冬季采暖。但是仍有一部分半农半牧区的农民还居住在土木结构的房屋中，房屋不仅简陋而且卫生条件极差，一般是靠厨房兼客厅的房间设一个火炉来采暖，其他房间基本不采暖，冬季的舒适性非常差。二是当地原有老住宅的屋面、外墙基本没有进行保温设计，且屋面多为平顶，门窗密闭性也较差，外围护结构的传热系数大，这就导致冬季的散热量大大增加，采暖成本也大幅度提高。三是部分新建的民居过于注重装饰，忽视了实用性，房屋的保温性能不尽如人意。据初步统计，一个冬季每户用来采暖、烧水、做饭的煤炭量至少需要4 t，而当地的煤炭价格在1 000元/t左右，所以1 家农户整个冬季的燃料费需4 000元左右，这对当地农民来说是一笔不小的支出。

2 民居保温性能测试

调研的结果显示，保温节能成为农牧区民居的突出问题所在，于是在综合分析各影响因素的前提下，选择湟源县作为测试地点。对湟源县的三集中新村住宅和原有老住宅分别进行了实地测试。

青海省西宁市湟源县“三集中”新村是在国家项目的支持下，根据群众意愿和发展需要，在坚持“以人为本、方便群众”的原则下建设的。新村占地18.8 hm2，集中安置了居住最偏远的6个深山村300户农户。通过异地搬迁，一方面彻底解决了300户1 200多名群众的行路难、就医难、上学难、致富难的“四难”困境，另一方面也节省了基础设施投资经费，有效地改善了当地群众的居住条件。

在“三集中”新村的建设过程当中，新民居采用了附加阳光间、节能炕等技术措施，改善了当地居民的室内环境质量。为了进一步评价居住环境改善技术的应用效果，对“三集中”村新民居进行了现场测试与分析。

2.1 测试概况

2.1.1 测试地点气候情况。青海省西宁市湟源县位于东经100°54′～101°25′，北纬36°20′～36°53′，海拔2 470～4 898 m，“三集中”新村所在地海拔2 690 m，属于山区地形。湟源县为大陆性气候，根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，其属于严寒（C）区（分区指标是 3 800≤HDD18<5000），气候特征冬季很寒冷，夏季凉爽。湟源县地处青藏高原，大气透明度高，对日光的漫射、散射均较小，到达地面的太阳辐射强度很高，是全国年总辐射量最高的地区之一。当地气温日差大，最热的7月平均气温为13.9 ℃，最冷的1月平均气温为-10.5 ℃，年均气温为3 ℃。具体气候条件为采暖度日数（HDD18）4 478 ℃·d，空调度日数（CDD26）0 ℃·d；计算采暖期为161 d，计算采暖期室外平均温度为-3.0 ℃，计算采暖期水平、南向、北向、东向、西向的太阳总辐射平均强度分别为138、140、43、77、75 W/m2。

2.1.2 测试对象情况。为了更有针对性地进行分析，测试选取了“三集中”新村新民居的一栋典型建筑（下文简称“新建筑”）和一处老旧住宅（下文简称“旧建筑”）进行现场的对比测试与分析。新建筑为2层砖混结构，外墙为240实心黏土砖墙，外窗为双层铝合金窗，平面如图1、2所示，外观见图 3。旧建筑位于深山顶部，为木柱土坯墙、土坯屋顶、双层木窗，层高为2.7 m，平面布置如图4所示，外观见图5。

2.1.3 测试仪器。现场测试主要针对室内外物理环境参数，包括室内外空气温度及室内各个房间的温度。使用的仪器主要有：建筑热工温度与热流巡回检测仪，传感器为铜-康铜热电偶（室外空气温度传感器设有铝箔罩以减小辐射热影响）；温度自动记录仪；红外测距仪等。测试时间为2015年3月3—6日，其间天气多云转晴天，偶有微风，气温昼夜差异明显，是典型的春季气候。实际测量每隔30 min记录1次[1-3]。

2.2 测试结果与分析

2.2.1 测试结果。根据记录结果，将原始数据整理如图6、7所示。

2.2.2 数据分析。①新旧建筑室内温度与热稳定性比较。通过现场调研和测试可以发现，尽管在长期的生活实践中，当地的居民也有了为房屋加建阳光间的朴素建筑智慧，但是由于缺乏理论支持和经济条件限制，阳光间为密封性较差的单层玻璃窗的简易阳光间，空气渗透所损失的热量大于它所接受的辐射热量，无法充分有效地利用日间太阳辐射，故室内的温度偏低，室内热环境质量较差。新建建筑采用了附加式阳光间，在白天（9：00—18：00）阳光间的温度能达到16 ℃以上，其中11：00—14：30阳光间的温度甚至能达到25 ℃以上。由于设计了附加式阳光间，有效地改善了新建筑白天室内的热舒适性（图8）。 同时也可以看出，由于旧建筑采用了厚重型的土坯围护结构，所以温度波动小、热稳定性较好，全天温度基本稳定在9 ℃左右，温度波动在1 ℃左右。新建建筑虽然采用了附加阳光间的设计，有效地改善了室内的热舒适性，但是由于太阳辐射的时间性，太阳房及相邻房间在有日照时室温剧增，日落后室温迅速下降，一个周期内阳光间的温度波动能达到20 ℃之多，特别是在夜间，新建建筑的阳光间温度明显低于其他房间温度。室内温度波动过大，房间的热稳定性较差。分析其原因可以发现，新建建筑的阳光间仅采用了普通的铝合金单玻窗，其他房间的围护结构也仅为240 mm砖墙，围护结构保温性能较差，而且没有设置针对太阳得热的蓄热构件，导致房间在白天太阳辐射强时温度迅速升高，而在夜间温度过低。这严重影响了太阳房的使用效果，尤其是夜间不利情况条件下的太阳房的使用效果。因此，新建建筑的围护结构保温性能和热稳定性对室内温度有着非常重要的影响，应在今后的设计当中应引起足够的重视并加以改进[4-6]。②不同朝向比较与阳光间作用分析。为了分析太阳辐射对室内温度的影响，选取了新建筑当中的朝向不同的2 间普通房间进行对比分析，其中1间南向、1间北向，其温度变化如图9所示。可以清晰地看到，在白天由于南向得到了较多的太阳辐射，南向房间温度比北向房间温度高出近 3 ℃，而夜间南向房间则与北向房间基本一致。因此，太阳辐射得热对当地建筑的冬季室内温度的提高有着较为重要的作用，应加强对太阳辐射得热的利用。

在此基础上，进一步分析阳光间对室内温度的影响，选取了新建筑当中的朝向相同的2间房间，1间南向为附加式阳光间，1间南向为普通房间，其温度变化如图10所示。在白天由于阳光间较强的太阳得热能力，有附加式阳光间的房间温度比无附加式阳光间的房间温度高出近1～2 ℃，而夜间由于附加式阳光间的保温能力较低，温度较普通房间略低。因此，这也说明了在附加阳光间的设计当中，应加强透明围护结构的保温性能，以保证房间的夜间温度能达到设计要求。

选取新建筑当中的附加式阳光间和与其相邻的客厅进行比较，其温度变化如图11所示。在白天由于阳光间较强的太阳得热能力，阳光间的温度比与其相连的客厅温度高出近10～15 ℃，而夜间由于附加式阳光间的保温能力较低，温度较客厅略低。这说明了附加阳光间的得热量并未能有效地向相邻的室内传递，从而导致白天阳光间过热而相邻房间温度并未得到显著提高。因此，在设计当中应当注意加强阳光间与室内其他房间的热交换，如设立通风孔等引导气流进行对流换热，同时也应注意选取蓄热能力较大的材质作为集热构件，以保证房间的夜间温度能达到设计要求。

2.2.3 新旧建筑采暖能耗对比计算。①计算条件。建筑位于青海省西宁市湟源县，距离西宁市直线距离约45 km。进行建筑能耗计算时，室外气象参数均采用西宁的数据。主要计算参数如下。气候区属为严寒C区；采暖期室外计算温度 -3.0 ℃；计算采暖期天数161 d；采暖期室内计算温度14 ℃。太阳总辐射平均强度：水平138 W/m2，南向140 W/m2，北向43 W/m2，东向77 W/m2，西向75 W/m2。②围护结构状况。建筑主要计算参数如下。能耗计算建筑面积为163.24 m2；能耗计算建筑体积为440.75 m3；建筑层高为2.7 m。建筑围护结构各部位热工性能如表1所示。围护结构各部位面积详见表2、3。③能耗计算。新旧建筑采暖期能耗计算详见表2、3。④计算小结。从计算结果看，在室内外计算条件相同时，受建筑围护结构热工性能提高的影响，示范建筑采暖期采暖耗热量从45.1 W/m2下降到15.4 W/m2，新建筑在旧建筑的基础上节能率达到65.9%，节能效果显著。

3 分析与结论

青海省农牧区民居建筑基本都是单层或低层结构，单位建筑面积可接受太阳辐射的外围护面积大，因而太阳辐射对传统民居建筑室内热环境的影响也更为明显。因此，当地民居应尽可能地充分利用太阳辐射得热。常见的太阳能利用措施包括建筑的朝向多坐北朝南，增大南向外窗面积，而阴面则不设外窗或减小窗户面积、缩短屋檐挑出长度或取消屋檐而减少对太阳辐射的遮挡等，以及被动式太阳房的利用。附加式阳光间作为被动式太阳能应用的一种，通过当地的工程实例证明能够有效地提高对太阳辐射得热的利用，提高了房间的室内温度，对提高房间的热舒适度、降低采暖能耗都有着极为重要的作用。

但是，也应该注意到增加围护结构保温能力和蓄热性能有效降低室外环境波动对室内的影响，对保持室内的热环境的相對稳定，特别当室外温度和太阳辐射变化剧烈时，这种作用尤其重要。同时也要加强阳光间与其他房间的热交换，以保证阳光间的集热能被其他房间充分利用，提高太阳辐射热的利用率。

青海省农牧区新民居建设必须结合地域特点、气候状况、经济条件，采用适宜技术和地方材料，加强建筑外围护结构的保温设计，降低建筑能耗，提高室内热环境的舒适性，探索适应青海省农牧区新农村建设的生态建造技术，从而实现可持续发展。

4 参考文献

[1] 杨红，李小卫.民用建筑能源需求与环境负荷研究[J].四川建筑科学研究，2011，37（2）：269-271.

[2] 马跃林.严寒地区农村住宅的热环境与节能分析[D].沈阳：沈阳建筑大学，2012.

[3] 清华大学建筑节能研究中心.2015年中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[4] 夏雷，程文.严寒地区农村住宅平面优化策略[J].建筑科学，2015（8）：20-27.

[5] 王潇，赵天宇，马晨光.严寒地区农村住宅厨房空间优化策略研究[J].建筑技术，2016（3）：273-276.

[6] 甄蒙，孙澄，董琪.东北严寒地区农村住宅热环境优化设计[J].哈尔滨工业大学学报，2016（10）：183-188.