基于实地调研的农村建筑环境现状分析

2021-07-28郝学军孙沛然李晓萍李以通张成昱张涛

建筑热能通风空调 2021年6期

郝学军孙沛然李晓萍李以通张成昱张涛

1 北京建筑大学环境与能源工程学院

2 中国建筑科学研究院有限公司

尽管农村地区能源消耗逐年增加，但与城市相比，农村住宅室内热环境较恶劣。已有不少学者进行过各种调研：刘兴民对三北地区农村建筑和用能现状进行了分析[1]。程坦对鲁中地区农村住宅现状进行了分析，并提出了解决方法[2]。马清芳对宁波地区农村居住建筑进行了问卷调查及室内热环境数据测试，提出了适用于当地的改进措施[3]。目前对于不同气候区下的农村建筑环境现状的实地调查研究还较少。本文通过问卷调查的方式对不同气候区下的4 省300 余户住户的农村建筑环境现状进行了调查，提出了提高室内舒适度的措施，为改善村民的居住热环境提供参考。

1 调查范围

本次调查了不同气候区下的4 地农村建筑环境现状情况，如图1 所示。标号1～4 分别为河北省C 乡、陕西省B 县、贵州省A 县、广西省D 县。

图1 实地调研地点分布

2 调查方法

本次能源应用现状调查主要采用主观问卷调查的方式。于2019 年-2020 年实际调研了4 省300 余户。调研问卷主要内容包括：1）建筑的基本情况：建造年代、层数、朝向、外墙、外窗、屋面形式。2）室内供暖纳凉方式、室内热感觉投票等。

热感觉投票使用ASHRAE 7 点标度[4]，具体如图2 所示。

图2 ASHRAE 7 点标度

3 调查结果和分析

3.1 住宅现状概况

住宅建设年代，结构，层数及屋顶形式的调研结果见表1。

表1 住宅建设年代、结构等情况

调查表明：从住宅结构来看，除了河北省C 乡采用石头窑洞结构较多外，其余地区采用砖混结构的最多。从层数来看，除了河北省C 乡采用一层建筑较多外，其余地区采用多层建筑较多。屋顶形式上，除了贵州省A 县采用坡顶较多外，其余的地区建筑则以平顶为主。

砖混结构是上世纪90 年代以来农村常用的住宅结构，而河北省C 乡地处井陉山区，当地居民因地制宜、就地取材，采用传统的石头窑洞结构的比例超过了砖混结构。平屋顶的优点是实用性强：可用于晾晒、种植等，方便安装电视接收天线、太阳能集热板等，想加盖一层也很方便，缺点是与坡屋顶相比，隔热和防水性能较差[5]。

围护结构具体情况见表2。

表2 围护结构信息统计

调查表明：河北省C 乡屋面材料采用砖石较多，木屋架+瓦和现浇钢筋砼是贵州省A 县和陕西省B县最常用的两种屋面材料，广西省D 县常用的两种屋面材料是现浇钢筋砼和预制板，4 地的屋面大多没有保温。粘土砖是调研的4 个地区常用的外墙材料，且外墙大多没有保温。内墙也大多采用粘土砖，河北省C乡还较多采用了石材作为内外墙材料。铝合金和木框是常用的窗框材料。窗户玻璃大多为单层白玻璃。木门、铝合金门、铁门是常见的外门形式。这些常用的围护结构，在不采用保温措施情况下，热工性能较差。

3.2 供暖现状

广西省D 县为夏热冬暖地区，可以不考虑冬季保暖。而贵州省A 县，陕西省B 县和河北省C 乡均采用多种方式组合供暖。图3 给出了贵州省A 县、陕西省B 县、河北省C 乡的供暖方式分布频率。由图3 可见，火炉、火炕在农村冬季采暖依旧有着重要地位,散热器在河北省C 乡使用较多。这也表明上述地区农村住宅冬季采暖所用燃料还是以煤炭、秸秆、锯末、牛羊粪、果树枝等为主。直接利用这些未经加工的天然燃料，燃料的利用效率低造成很多能量损失，有必要开发和采用更加高效环保的利用方式。

图3 供暖方式（可多选）分布频率图

图4 显示了贵州省A 县、陕西省B 县、河北省C乡冬季的热感觉投票分布。由图4 可以看出，贵州省A县居民冬季室内热感觉投票为适中，微暖，微凉的样本分别占为56.9%，12.3%，4.6%，共占总样本数的73.8%，即热接受率为73.8%。可见，大多数居民可以接受所处的热环境。陕西省B 县居民冬季室内热感觉投票为适中，微凉的样本分别占为44.3%，11.3%，共占总样本数的55.6%，即热接受率为55.6%。可见，超过半数的居民可以接受所处的热环境。河北省C 乡居民冬季室内热感觉投票为适中，微凉，微暖的样本分别占为32.5%，18.2%，10.4%，共占总样本数的61.1%，即热接受率为61.1%。可见，超过半数的居民可以接受所处的热环境。由以上结果可得，贵州省A 县居民冬季室内热接受率最高，其它两地还有改进的空间。

图4 冬季室内热感觉投票分布频率图

3.3 纳凉现状

贵州省A 县，陕西省B 县，河北省C 乡和广西省D 县均采用多种方式组合纳凉。图5 给出了贵州省A县、陕西省B 县、河北省C 乡的供暖方式分布频率。由图5 可见，空调、电扇、自然通风在农村夏季纳凉方面应用较多。电扇比空调更受欢迎，很大程度上是由于电费问题，另外，老年人感觉电扇使用起来更舒服,更偏爱电扇与自然通风降温的方式。

图5 纳凉方式（可多选）分布频率图

图6 显示了贵州省A 县、陕西省B 县、河北省C乡和广西省D 县夏季室内的热感觉投票分布。由图6可以看出，贵州省A 县居民夏季热感觉投票为适中，微暖，微凉的样本分别占为69.23%，6.15%，10.77%，共占总样本数的86.15%，即热接受率为86.15%。可见，大多数居民可以接受所处的热环境。陕西省B 县居民夏季热感觉投票为适中，微暖，微凉的样本分别占为64%，1%，5%，共占总样本数的70%，即热接受率为70%。可见，大多数居民可以接受所处的热环境。河北省C 乡夏季热感觉投票为适中，微暖，微凉的样本分别占为62.3%，7.8%，7.8%，共占总样本数的77.9%，即热接受率为77.9%。可见，大多数居民可以接受所处的热环境。广西省D 县居民夏季热感觉投票为适中，微暖的样本分别占为42.3%和5.8%，共占总样本数的48.1%，即热接受率为48.1%。可见，将近一半的居民可以接受所处的热环境。由以上结果可得，贵州省A 县、陕西省B 县、河北省C 乡居民对夏季室内热环境满意度较高，广西省D 县还有改进的空间。

图6 夏季室内热感觉投票分布频率图

4 热环境现状分析和改进措施

对既有研究梳理表明，寒冷地区室内较舒适温度为13～16 ℃时[6]，说明农民对于室内热环境的需求和热舒适的感受与城镇居民不一样[7]，这是因为二者的生活方式和习惯存在很大的差异，首先农民已经适应了寒冷的气候。其次，由于农民经常出入室内外，不太习惯频繁换衣服。室温过高会造成感觉不适[8]。在夏季，农民的热舒适需求也与城镇居民有差异，九成的农民可接受温度上限比城镇居民要高1.6 ℃[9]，且相同操作温度下的热感觉投票值，城镇居民更高[10]，可见农民的热适应能力比城镇居民要强，原因是在非空调环境下长期生活的人热适应能力更强[11]。

但是通过实地调研和文献调研可知，目前农村的热环境并不理想。寒冷地区农村实测表明，冬季室内温度全天只有0-7.5 ℃[12]。华北及华东地区农村室内平均温度只有10 ℃上下，离室内舒适温度还有距离[13，14]。对夏热冬冷地区的研究表明，室内热环境也未达到舒适要求[7，15，16]，冬季夏热冬冷地区农村居住建筑的室内平均温度要尽量达到8 ℃以上[17]。而夏热冬暖地区的农村住宅在建筑隔热方面还亟待提高[18]。

被调研的农村居民均认为采光通风，保温隔热和防水防潮三方面是最急需改造的，具有很大的改造潜力，具体改造措施见图7。

图7 农村住宅舒适度围护结构改造措施框架图

除了围护结构改造外，供暖纳凉方式优化也有助于提高舒适度。模拟仿真结果表明，在寒冷地区宜优先在外墙与屋面增加保温措施[14，19]。夏热冬冷地区在冬季夜间门窗关闭的情况下，增加外墙保温十分有利于减少向室外的传热[15]。夏热冬暖地区采用屋顶绿化之后隔热性能有明显提高，实测表明室温降低达3 ℃左右[20]。

火炕、火炉这些供暖方式有其合理性，火炕周围辐射温度较高,故在火炕附近活动的人感觉还是舒适的[8]，而且像贵州等地冬天十分阴冷潮湿，相对湿度达60%～90%，火炉可以降低室内湿度。传统的火炕的缺点是综合热效率低，采用吊炕，使用同等重量的生物质燃料，可比传统火炕可以多放出更多热量。夏季则可以利用自然通风、冲凉、吃冷饮等土办法纳凉，虽然简单却十分有效。

当前，国家大力推进清洁供暖工作，应在对农房保温改造方面加大补贴力度，而不仅是增加安装供暖设备的补贴。此外，要注重引入市场机制从而支持农村能源市场的发展。在政府的支持下一些农村能源项目可持续性有待提高[21]。