干旱寒冷地区农村绿色建筑节能技术集成模式研究★

李 明 咸宝林 刘 娟

(1.宁夏大学基建处，宁夏 银川 750021； 2.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021；3.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏 银川 750021； 4.旱区现代农业水资源高效利用工程研究中心，宁夏 银川 750021)

0 引言

随着农民经济收入的好转，人们对生活质量的要求也越来越高，为了改善冬季室内寒冷状况，人们开始利用各种方式为农宅供暖，然而，由于效率低下的采暖系统、粗放的用能方式、落后的建造技术、房屋较大的体型系数及不利的平面形式，都增加了采暖能耗，但建筑内冬季的热舒适性反而没有得到较大改善。

农村绿色建筑在我国发展的较为缓慢，由于我国地域广阔，气候分区复杂，因此目前还没有一个标准的绿色建筑技术集成模式可供参考。朴在林等[1]通过采用了双保温空心苯板模块作为墙体材料，中间灌注钢筋混凝土的建筑技术，同时集成了夏季地下常温气体室内循环温度调节、冬季太阳能热能室内储热和阴雪天远红外电地热软板互补系统等技术，使得环境最低温度在不大于-25 ℃时，室内平均温度不小于18 ℃。李金平等[2]利用可再生能源，构建集成太阳能恒温沼气池系统、低温辐射床等供能系统满足农民燃气、生活热水和冬季采暖的用能需求，冬季环境温度为-20 ℃时室内温度高于15 ℃。

本论文通过提高农宅围护结构保温性能、改变房间功能布局、改善能源利用方式，采用多种热源相结合的方式，不仅提高了房间的节能性，也提高了房间的舒适性。

1 干旱区农村绿色建筑节能技术集成模式

1.1 农村绿色示范建筑概况

示范建筑位于银川市兴庆区月牙湖乡海陶南村，共150户农宅，每户住宅建筑面积121.22 m2，院落占地面积272 m2，房型结构为三房一厅一卫一厨，满足三代人同时居住，外形为坡屋顶回族建筑风格。其建筑效果图如图1所示。

1.2 绿色示范建筑节能技术集成模式

1.2.1全封闭生态舱技术

干旱区绿色农宅从基础到屋面，形成严密的“闭合式”隔热保温体系，在屋顶铺设120 mm厚高密度聚苯保温热板(或轻质粉煤灰混凝土板)，对外墙做50 mm厚的聚苯保温热板，在地下做300 mm厚的卵石蓄热层，并在蓄热层下100 mm厚的高密度聚苯保温热板，从而减少能量从屋顶和地下的传导与流失，犹如封闭太空舱，确保室内温度不流失。

1.2.2地下储热仓技术

采用卵石和沙漠砂作为地下储热仓的蓄热材料，地面下铺设300 mm厚的卵石储热层或沙漠砂蓄热层，如图2所示，在卵石或沙漠砂蓄热层上表面铺设φ50的地下盘管与太阳能集热器连接，形成卵石(沙漠砂)+地下盘管水箱的地下储热仓。卵石和沙漠砂蓄热材料与基础和地基的接触面处均采用100 mm厚的挤塑板隔热，形成一个完整的地下“储能仓”结构。卵石和沙漠砂与地面瓷砖的连接用发泡混凝土阻热，延长散热时间，起到保温蓄热的作用。

1.2.3可再生能源应用技术

1)被动式太阳房。

如图3所示，在客厅南侧做一个开间6 m，进深2.1 m的阳光间，阳光间下部做600 mm高的砖墙，下部开有通风孔。阳光间上部做2.2 m高的6+12+6的中空玻璃，上部也开有通风孔。除在客厅南侧做一个附加阳光间外，在老人房和主卧南侧做集热蓄热墙，即在老人房和主卧南墙上涂上吸热涂层，在上下四个角开四个通风孔，并离南墙250 mm的距离做一层玻璃幕墙，从而形成一个250 mm厚的空气间层，即形成集热蓄热墙。

2)主动式太阳能采暖系统。

在农宅坡屋面上铺设热管式太阳能热水集热器，每组集热器尺寸为1.645 m×1.95 m，集热面积为3.2 m2,4组集热面积为12.8 m2；另外两户在坡屋面上铺设12 m2的平板太阳能热水集热器。末端采用50 mm的地热盘管埋于地下，并配有300 mm厚的蓄热材料，形成地下蓄热库。其中蓄热材料有沙漠砂和卵石两种，如图4所示。

3)生物质辅助采暖炉。

采用生物质炉作为辅助热源时，将太阳能集热器里加热的热水，通过生物质炉再次加热，如太阳能集热器里的热水能满足温度要求，则不需点炉子，如不满足温度要求时，系统会自动发出警报，提醒用户生炉子。

4)节能炕。

根据当地居民的生活习惯，在老人房和北卧室设置节能炕。节能炕与传统的土炕相比底部架空，取消底部垫土，增加散热面积，使炕体由原来的一面散热改为上、下两面散热，把原来落地式火炕由底部垫土导热损失的热量散入室内，提高室温和火炕的热效率，其做法如图5所示。

2 绿色示范农宅热舒适性分析

2.1 各房间室内外温度变化分析

对2015年12月28日到30日进行了3 d的室内外温度测试，分析得出阳光间温度随室外温度变化较大，白天最高温度23.4 ℃，平均温度为16.3 ℃；而客厅温度变化较为稳定，白天最高温度为19.1 ℃，平均温度在15.9 ℃；南向主卧由于有外窗及空气集热器，受太阳辐射热影响，白天最高温度可达22.6 ℃，平均温度在17.8 ℃。室外平均温度为0 ℃，室内平均温度都在14 ℃以上，房间热舒适性较好。

2.2 空气集热器对室内温度的影响分析

在南向老人房和南向卧室的外墙上均装有两块1.6 m2的空气集热器，室内空气温度的变化曲线与空气集热器的变化趋势一致，在空气集热器的作用下使空气温度提高6 ℃。

2.3 被动式太阳房对室内温度的影响分析

阳光间和南向主卧由于受到太阳辐射热的影响，室内温度变化趋势与室外温度变化一致，而客厅和北向卧室温度变化幅度小，温度较稳定。

2.4 蓄热材料对室内温度的影响分析

对2016年1月14日到21日进行8 d测试，并对其数据进行分析。

表1 不同蓄热材料室内温度表

从表1可知，沙漠砂蓄热层10 cm,30 cm以下的平均温度分别为24.1 ℃,16.5 ℃，卵石蓄热层10 cm,30 cm处的平均温度分别为35.1 ℃,25.8 ℃。采用沙漠砂蓄热的客厅平均温度为15.5 ℃，采用卵石蓄热的客厅平均温度为19.1 ℃，比沙漠砂平均高出3.6 ℃。采用沙漠砂蓄热的地热盘管供水和回水平均温度分别为50.3 ℃,31.1 ℃，采用卵石蓄热的地热盘管供水和回水平均温度分别为46.1℃，35.1 ℃；充分说明了沙漠砂吸热快散热也快，蓄热量小，卵石蓄热稳定，蓄热量大。

2.5 节能炕对室内温度的影响

通过对南北向有吊炕无地暖的房间温度进行测试，每天两铺炕均在早上8：00和下午18：00两次点炕，每次使用煤2.5 kg。在无其他热源的情况下，南向房间平均温度为15.4 ℃，北向房间平均温度为12.4 ℃，受太阳辐射影响，南向房间比北向房间温度平均高出3.0 ℃。房间温度与室外温度变化基本一致，南向房间受室外影响变化更为明显。

3 结语

1)该农村绿色建筑技术集成模式，通过对户型的改变降低了房间体形系数，通过加强围护结构的保温措施提高了房间的保温性能，通过被动式太阳房提高了南向主要功能房间的热舒适性，通过主动式太阳能采暖系统及其辅助采暖系统提高了所有房间的热舒适性，通过地下蓄热装置提高了房间温度的稳定性。

2)示范农宅在室外平均温度为0 ℃的情况下，客厅温度平均温度在15.9 ℃；南向主卧平均温度在17.8 ℃，室内平均温度都在14 ℃以上，房间热舒适性较好。

3)该农村绿色建筑技术集成模式可在西北干旱寒冷地区进行推广。