北方农村建筑节能改造措施研究

张立华， 魏丽丽， 王英杰， 王春林， 赵胜男

（赤峰学院 资源环境与建筑工程学院， 内蒙古 赤峰 024000）

随着我国现代化建设的急速发展，农村整体生活水平持续提高，村民对自己的生活条件也设定了越来越高的标准。为了实现整体提高村民生活质量的目标， 我们应该着眼于改善农民实际居住环境，科学合理地规划农村建筑规划体系，提高农村地区的建筑节能改造技术，推行建筑节能也是我国实现“节能减排” 战略的重要部分。 我国农村人口基数大，由于文化差异大，节能意识比较薄弱。 基于此，探索适合北方诸多农村地区建筑节能改造的推广模式，进一步加快北方农村节能建筑发展的步伐已经迫在眉睫[1]。

1 现阶段北方农村建筑的主要特征

1.1 建筑物结构特征

北方地区大多数农村住宅基本上是由农民个人出资，由工匠独立设计和建造而成的且建筑形式一般与当地气候、地方习俗等条件有关。 由于近两年北方地区农村经济的急速发展，农村地区建筑的整体建设正处于高峰期，同一阶段的设计理念也大同小异。目前，北方地区农村建筑形式比较单一，多为南北走向，多布置在单户单院落内，分布不集中。从建筑特征来说，北方地区建筑主要与施工技术以及施工材料有关。 北方农村主要能源利用以薪材、秸秆以及煤炭为主， 致使北方农村建筑高耗能，环境也受到严重污染。

1.2 建筑物的规划布局

北方地区大部分农村冬冷夏热。 因此，在建筑规划设计以及选址过程中，应充分发挥当地的自然条件及地理位置的优势， 通过室内外环境特点，科学建立环境因素与建筑的关系。建筑平面设计应充分考虑当地村民的日常生活习惯，合理规划各个地块的功能分区[2]。

（1）按照农村地区村民的实际生活习惯，合理划分建筑的日常居住空间以及农副产品空间。 例如，日常居住空间的卧室或者客厅应规划在阳光充足的南向，遵循“坐北朝南”的原则；而农副产品加工厂应规划在阴凉通风的北向，便于食物或者农副产品的储藏[3]。

（2）在建筑结构设计阶段，应利用两户或多户平行的设计形式，降低建筑实际占地面积，这有助于大幅度减少农村地区的建筑能耗。

（3）建筑的实际选址应尽可能避开山谷及沟底等极其恶劣的空旷区域居住环境条件，因为冬季气流可能会对部分建筑造成一系列的“霜洞”隐患，这将增加建筑的整体能耗。

（4）建筑规划阶段应高度重视环境保护。 绿化措施可以较好的改善建筑群的整体气候条件，调节室外温度，减轻温室效应，遮阳隔热，减少噪音，是改善室内环境、大幅度降低建筑实际能耗的有效举措。

2 北方农村建筑节能发展面临的现状

2.1 北方农村建筑能源利用现状

大多数农村地区建筑主要为双户、单户以及多户平行建筑。 一直以来，大部分农村建筑都是个人设计的，农民可以随意建造。 农村建筑缺乏规划设计， 导致建筑功能整体划分不科学且严重浪费土地。在住宅建设过程中，因为技术改造、建设条件和经济条件的限制，农民在建房时选择了一些不合格的施工材料，建筑内部围护结构设计仍采用传统的手段，造成建筑整体能耗高，阻碍建筑节能改造的发展。

（1）缺乏节能意识。近年来，我国大力推行节能减排，改善农村内部整体环境，但部分村民的节能环保意识仍然认识不足，生产生活节能的主动性也不是特别积极。 另外，部分农村建筑整体节能改造技术欠缺，建筑墙体有关保温围护结构以及屋面保温的设计较简单，窗户和墙体的实际比例一般设计得比较大且大多采用价格低廉的门窗，使得农村房屋的保温性能不好且能耗比较高[3]。（2）缺乏合理的管理方法。北方地区建筑整体节能技术缺乏合理的建筑能耗管理体系，全国和部分偏远地区之间没有完善科学的建筑能耗统计的相关数据信息。在现场施工过程中， 缺乏衡量实际能量损失的相关标准，实施手段不科学合理， 导致最终计算结果不精准。（3）能源循环效率低。建筑结构设计不科学合理，建筑节能整体效果不高，能源实际综合利用率低。 根据相关报告表明，在供暖期间，农村大多数家庭平均每年在采暖阶段需要使用3-5 吨煤炭，其中包括300 千瓦时电力以及2-3 罐液化气。 每年用于能源消耗所支出的费用大约3-5 千元，而且随着能源实际价格的持续上涨，还会进一步提升。

2.2 北方农村建筑节能改造面临的问题

随着我国国内市场经济的迅速发展和人口的持续增长， 土地资源日益紧张且环境污染日益严峻。我国建筑节能改造相关研究始于20 世70年代末，工作过程中仍会出现一些弊端。

（1）缺乏资金的大力支持。 我国针对北方建筑节能改造技术的开发、研讨以及创新等方面的支持率并不乐观。 所有地区各级城乡建设行政主管部门，要加强落实国家推进农村地区建筑节能改造技术优惠政策的力度。在农村地区房屋建筑工程规划和保障性住房建设项目中，尤其是震害设防区内列入节能改造以及绿色环保的内容。在建筑节能领域出台一套制度方法，把农村地区建筑节能改造与当地财政挂钩且列入当地财政工作考评范畴。当地政府通过税收优惠或科研立项等手段支持农村地区建筑节能改造工作示范建设。

（2）施工环保管理不足。 在农村建筑施工或者室内装饰过程中，管理制度仍需完善。目前，我国装修市场一片混沌。 在装修过程中由于工作量大、工作周期长的原因，部分装饰企业为降低时间成本和人工成本，不能把环保的设计理念运用于农村地区建筑施工中，严重影响了农村地区建筑节能改造的长远发展。

（3）对节能材料研究不足。 在农村地区建筑施工过程中，会产生巨大的能耗，而有些办法可大大减少能耗的损失。 如在装修设计过程中，选用能耗低廉的家具和设施，以最大限度降低运行系统过程中产生的能源消耗。中国北方大部分农村地区冬冷夏热，在建筑规划和选址时，应充分利用当地的自然条件和地理优势，根据当地的气候特点，合理安排建筑与周围环境因素的关系。建筑平面布置应充分考虑当地农民的生活习惯，合理安排建筑功能分区。因此，对节能材料研发的关注程度亟待提高。在建筑领域，投入的研究资金和培养的相关专业人才较少，所以科学研究严重缺少先进技术指导，且很多材料达不到有关技术标准。 另外，由于不同地区周边环境差别很大，在研究材料开发过程中也必须充分考虑这一特点。

（4）节能改造理念不成熟。 许多新建筑对节能设计标准不重视，实施不彻底。目前，我国的节能设计标准主要是从建筑热工性能方面来规定的，与实际情况存在一定的差异。我国北方地区的建筑设计节能改造理念发展较晚且不完善。思想是行为的指导， 村民没有完全认识节能改造设计的重要性，因此村民没有意识把节能改造工作同自然生态环境结合起来，更不必谈将其运用到农村建筑中[4]。农村地区建筑节能改造工作自身就存在着复杂性，对相关技术要求也较高，采用绿色理念以及节能改造的农村地区建筑设计费时久且难度大。

3 北方农村建筑节能改造的有效举措

3.1 提高建筑形式的节能技术

对于农村建筑，在相同的建筑面积以及实体体量下， 建筑整体形状越接近正方体等规则的轮廓，土地利用率越高，对建筑节能改造也越有利。 考虑到北方农村的整体建筑风格以及农民的生活习性，显然将农村房屋的外形建成“方形”是不合适的[4]。应尽量避免因建筑物不平整而导致的外部面积增加，以实现建筑节能改造为目的。因此，整体提高建筑内部围护结构的实际隔热保温能力，降低建筑内部围护结构建筑热能的大量损失，从而大幅度提高建筑热能的实际利用率。

（1）墙体的节能改造。近两年，对我国建筑外墙实施节能改造的手段主要有四种：内墙以及外墙保温、夹芯复合墙体保温以及单一材料墙体保温。 一般来说，采用内保温存在一定的弊端，如室内潮气容易渗透到保温材料内部形成结露现象，建筑外墙保温是最高效、 最直接且保温效果最好的保温手段。 外墙保温能够很好的消除热桥的影响，相对于内保温而言不占用建筑内部使用空间。 因此，外墙保温针对墙体实施节能改造的措施已成为我国使用率最高的节能改造技术之一。

（2）门窗的节能改造。 门窗是连接室外以及室内的重要渠道，也是建筑物主要构成部分之一。 门窗设计是否合理直接影响建筑的内采光、温度以及通风的实际效果。建筑门窗不仅可以隔离室外的实际热量，又可以强化室内外温度的平衡条件。所以，加强门窗的实际隔热保温性能，是大幅度提升室内居住环境的核心。在满足舒适、安全、经济等情况下严格控制窗墙面积比， 减少冷风渗透提高保温性能。 北方农村地区建议普遍推广塑钢门窗，其传热性小保温性好，又达到美观的效果。

（3）屋面的节能改造。 北方农村地区屋顶的形式主要有坡屋顶和平屋顶两种，屋顶的散热量也不容忽视，为了增强农村地区建筑屋面的整体保温效果，可采用如下处理方式：建筑屋面采用导热系数低、密度低以及吸水性极好的建筑保温材料，屋面上设有多个排气孔；采用岩棉板或者聚苯乙烯板替代传统的水泥珍珠或者沥青珍珠作为保温材料，铺装在建筑屋面上加以保温；建筑屋顶的防水层上可设置加厚保温层，所用的保温材料应具有优质的防水以及耐候性，避免白天阳光直射在建筑屋顶防水层上，防止建筑防水层因过高的温度以及温差出现开裂的情况，一方面延长了建筑屋顶防水层的使用周期，另一方面也彻底解决了建筑屋顶内部的实际吸湿问题[3]。

3.2 进行节能改造优化设计

在北方地区农村建筑设计过程中，需综合考虑节约与环保设计的要求，努力提高农村地区建筑建设及其生产活动的生产效益。如在设计农村建筑屋顶时，利用浅颜色设计元素，以提高对太阳辐射的反射效应，并科学地优化能源使用效果。 如在严寒的气候环境下，提高对室内终端环境的利用，从而降低能耗。 借助吊扇可以加强空气热耗，改善气流效率，改善使用人员的工作舒适性，从而降低中央空调的价格成本。 进入现代发展时代，农村地区建筑在施工过程中积极把控当前发展形势，推进工程与节能改造理念的和谐共存[4]。

3.3 大力研发节能材料

首先，人们要越来越关注新材料的研究，增加投资并积极引入国外的先进技术。 其次，要重视环境选材。 国家积极推进绿色建材产业发展，支持以粉煤灰、冶金矿渣等废弃物为主要原料的绿色建材产品开发。人们必须把相关绩效当成一项很关键的考察因素， 充分考虑其选用与搭配材料的合理性，并尽量使用天然建筑材料以提供一种相对简单的室内环境。 然后，考虑农村地区部分区域的建筑差异，不断总结选材的成功经验。同时，也要注重开发天然能量，减少资源浪费与污染。强调以人为本，从人的实际需要入手，以市场为导向，认真研究新型的节能建筑材料，重新审视市场实际需要[5]。

3.4 开发与利用可再生能源

（1）太阳能。北方农村地区应根据当地资源，优先选择太阳能、沼气、秸秆等，改良火炕、吊坑等利用生物燃料的采暖措施，进一步利用太阳能。 如被动式太阳能房屋是为了大幅度提高太阳能的实际价值，在很大程度上，通过设计房屋朝向以及合理利用周围的环境着手，如房屋开间的设定不超6m，净高不超3m，既有效节约材料又满足基本需求，起到节能环保的作用。巧妙地设计房屋内部和外部形状并选择合适的建筑材料，尽量选择简单、规整的建筑体型。 太阳能可以收集、存储以解决冬天室内供暖问题。

（2）水电。在节能改造技术的应用中，节水节电技术也是非常重要的一部分，水电是建筑施工过程中必不可少的资源。 如今，建筑工程行业和施工技术不断发展，很多新型的电力设施设备不断开发和应用， 这对于电力资源供给也是一个不小的压力，新型的电力施工设备往往具有更高效率，同时也有了更大的电力资源消耗力， 电能消耗水平不断提升。 因此，只有对农村地区建筑施中电力设备的用电进行优化和管理，减少不必要的资源浪费，才能更好地践行绿色施工的理念。强化农村地区建筑用电管理工作，结合建筑施工的实际需求，制定合理的用电标准制度，及时关闭设备电源；在合理节约用电的前提下，投入更多节电的节能型设备，并按条例规章做好日常管理和维护[3]。 关于节水节能技术， 一般农村地区建筑施工的实际用水量较大，特别是混凝土施工或者养护环节，主要来源都是当地的市政管网， 并没有合理利用雨水等天然降水，且村民节能意识比较薄弱。 基于此，施工方案在设计之初就应合理制定用水制度和标准，严格执行施工计划。 重视循环用水，科学利用循环水资源。 其次，加强村民的节约意识也是非常重要的。 比如，村长组织相关人员开展节水培训和讲座，养成用电用水后第一时间关闭开关和阀门的好习惯，用制度去约束村民，并且在日常工作操作中有明确且详细的制度去奖惩，以达到很好的建筑节能改造效果，从而提高农村整体效益[5]。

（3）废弃物。 农村地区建筑施工过程中产生的固体废弃物也分为可回收材料和金属材料，不可随意丢弃和处理，应科学合理地分类。 例如可回收材料、混凝土的剩余料渣和一些建材修剪过后的剩余材料等，都可作为后续施工材料。如果是金属料渣，可将其单独收集，专门集中处理。 废弃固体污染物科学合理地物尽其用，可节约更多资源，促进资源的可持续发展，践行资源节约型和环境友好型的理念。

4 结论

当建筑物温度达到100℃时，钢的拉伸性能会逐渐减弱；如果温度继续升高至250℃时，钢的强度和韧性也会减弱；当温度上升至500 度℃，钢材的性能则会完全丧失，可能导致农村地区建筑结构倒塌。 因此，农村建筑设计首先应该考虑建筑材料耐热性。

近年来，地震事故频发，农村地区住宅建筑缺乏规范，难以满足施工需要，造成住宅建筑结构失稳现象。在对农村地区的住宅建筑结构进行性能分析时，根据其实际需求，完成结构框架的设计选型，提高节点设计的有效性， 保证建筑材料的性能，提高农村地区住宅建筑的整体稳定性，从而保证建筑抗震性能的标准化。

建筑材料有很多种，但为了更好地实行节能改造设计理念，必须从特殊环保材料入手，减少环境污染。 在农村地区的住宅建筑设计与规划中，应科学合理地进行建筑材料的选择，以提高设计优化的效果。材料的特性差异将直接影响集成式居住建筑物结构设计的有效性、稳定性和安全系数。所以，在建筑物结构优化工程设计中，要根据不同设计条件进行建材的选择，以提高对建筑物的适应性。