对于中国北方农村建筑节能工作发展现状的分析及节能技术策略的建议

刘璇 陆羿杉 于卓成 朱雨晴

青岛理工大学 山东 青岛 266000

1 引言

提高农村建筑的居住舒适程度，关键在于制定切实可行的农村建筑规划体系，贯彻因地制宜的发展策略，改善农村建筑的生活居住条件。其主要工作分为两方面：一方面，通过政府的大力扶持，加大节能建筑的建设力度；另一方面，要普及节能知识，增强村民节能意识，以便更加深入地发展节能建筑技术。

本文对我国农村建筑用能总体情况和特点进行分析，发现了农村建筑能源消耗存在着能源利用率低、生活舒适度差等主要问题；通过对农村居住建筑现状和建成案例的分析，总结得到我国北方农村建筑节能的具体技术思路和解决方法。

2 农村居住建筑现状分析

2.1 建设观念陈旧，缺乏科学规划

现如今，大多数村民缺乏对于建筑设计的科学规划，农村建筑建设水平参差不齐，相当一部分建筑存在着随意搭建，破坏用地、功能混乱等诸多问题；此外，由于经济条件的制约，建筑施工技术在农村受限颇多，建筑材料往往质量不高、做工粗劣；外墙、外窗等围护结构做法过时，保温性能差，十分不利于节能技术的应用。

但随着经济的迅速发展以及美丽乡村的快速建设，村民对生活居住环境有了更高层次的要求。为图省钱省力，村民常常自行建设住宅，仅追求外表而忽视了建筑节能设计。总的来说，农村建设观念陈旧,缺乏总体性科学指导与规划以及资源利用不合理等问题，阻碍了农村建筑的节能发展。

2.2 环境影响大，资源消耗快

农村建筑节能问题是全国建筑节能推进的重要一环，其中尤以北方农村建筑为甚。据清华大学的调查结果显示，全国建筑总能耗中，农村建筑能耗量约占全国建筑总能耗的37%，而北方地区农村平均建筑能耗为南方两倍不止；此外，北方农村住宅建筑通常存在着体量较大、分布分散的特点，加之处于寒冷或严寒气候区，节能保温措施等较为缺乏，化石燃料能源消耗量大，总体处于能耗高、能效低的水平。

2.3 相关政策应运而生，节能推广任务任重道远

目前，国家正大力推广绿色建筑技术在建筑方面的运用，出台了一系列的相关政策。但由于农村建设水平有限，各地区基本没有形成适宜的技术路径，节能建筑建设受到多方面的掣肘，总体进程较为缓慢。但有些成功实践案例已经提供了可供借鉴的经验，推广节能技术有了可靠现实的基础。

3 改善北方农村居住建筑节能技术的研究措施

3.1 被动式太阳能技术的利用

农村建筑层数大多是层高较低的单层或多层建筑，能够充分利用太阳能资源。

3.1.1 直接利用

直接得热是被动式太阳房中最简单普通的一种形式。太阳辐射通过南向窗户照射进来，室内升温快，构造简单。在设置时应使玻璃窗应朝向正南，适当增大表面积，以提高建筑的集热面积；窗玻璃的类型应尽量选用漫射，避免室内使用者受到阳光的直接照射。

除注重玻璃选材外，室内也应设置砖、土坯等贮热体，贮存过剩热能，减少室内温度的波动幅度。

3.1.2 集热-蓄热墙式

集热-蓄热墙是一种间接利用太阳能的采暖方式，此种太阳能被动利用方式最早由法国学者特朗勃（Trombe)等提出，因此其中的蓄热墙体部分又被称为“特朗勃墙”。其做法即在直接受益式太阳窗后面加筑一道结构墙，使太阳光首先照射到南向的深色储热墙体上，该墙体吸收太阳辐射，温度升高，一部分热量通过透明盖层散向室外，另一部分加热夹层内部空气，产生密度差，通过上下通风口形成自然对流，余下热量通过集热墙体传入室内。通过传导将热量传到墙体的另外一侧。

集热墙的外表面常涂有吸收层，增大了热量的吸收率，提高了蓄热墙的蓄热效率。

3.1.3 附加日光间式

附加日光间也是一种间接利用太阳能的得热方式，工作原理和直接得热式相同，后部房间的集热方式则跟集热一蓄热墙式系统相似，因而兼有两种系统的优点，即热效率高、室内温度波动小，同时方便打扫。其具体做法是利用双层透明玻璃墙，在房屋南部设置南向缓冲区，在地板及日光间与房间之间墙体等部设置贮热体，存储热量；并通过设置卷式保温帘减少夜间热损失。这种被动式太阳能利用手段可应用于新建房屋，也可用于旧房改造。

3.1.4 综合得热

在建筑设计中，被动式太阳能的利用通常是综合考虑多种利用形式，采用有效的手段加以结合，使之发挥各自特点，成为一个有效利用太阳能的综合系统。

为保证房间内部达到较高的太阳能供暖率，应尽量减少房间的进深；在房屋外部设置太阳能构件，增添建筑的设计感，在满足节能设计需求的同时提高立面的美学趣味。

农村建筑综合、合理采用被动式节能技术，能有效的降低农村建筑采暖能耗，并有效提升冬季室内温度。

3.2 建筑围护结构节能设计

3.2.1 门与外窗

门与外窗属于透明围护结构，有采光、通视功能，在围护结构总面积中占约30%-60%，可以引进较多的太阳辐射，同时也会造成冷风渗透与传热损失，综合保温能力较低。大部分单层门窗密封性差，保温性能一般。但由于经济条件的限制，北方农村建筑的门窗大部分为单层，热阻较小，不适用于寒冷及严寒地区，热量容易透过窗户产生较多的热损失。为尽量减少这一损失，应在满足自然通风和采光的要求下做到以下几点：

1.减少窗墙比，控制建筑的采暖耗热量。

2.提高气密性，采用密封条对外窗、幕墙等进行密封处理，减少冷风渗透耗热量。

3.提高窗框保温性能，选用空心型材、隔热构件等，使内部形成空气间层，增强其密封性，以此来提高窗的总热阻。

4.选用Low-E中空保温玻璃，提高玻璃的保温能力。

3.2.2 外墙

外墙散失的热量约占整个围护结构总能耗的 30%，对建筑物的整体能耗水平有着一定的影响。因此寒冷地区的北方农村建筑外墙设计，应首先注重减小体形系数，即尽量减小外墙的表面积，减少能耗。除此之外，外墙材料也是影响外墙耗热量的重要因素，在材料选择时，可选用较有发展前途的新型保温材料，如聚苯乙烯泡沫塑料颗粒、EPS板等；同时在建造时灵活选取构造措施，可采用外墙外保温的构造做法，降低温度应力作用，提高热稳定性，减少保温层内部水汽凝结。

3.2.3 屋面与地面

除去外墙、外窗等一般围护结构，屋面与地面作为房屋的第五立面，不仅影响建筑的样式与美观程度，在一定程度上也会对整体节能设计有所影响。农村建筑建设中可以采用坡屋顶，设置架空层或设置吊顶层，并选用导热系数小，可就地取材的保温材料，可以在兼顾经济条件的情况下有效减少屋面的热损失。

地面保温节能设计可以通过在地面垫层下铺设炉渣等其他保温材料，以及采用低温热水地板辐射采暖的方式，加强周边地面保温构造节能效果，减小热能的损耗。

3.3 美丽乡村低碳住宅体系

近年来，乡村建筑节能设计有了明显的进展。海南大学结构工程研究所研究设计出了一种新型节能住宅体系，该体系综合考虑了受力骨架、楼面、屋面和围护结构四部分的节能处理设计：整体受力骨架采用小截面H型钢、冷弯薄壁型钢或轻钢龙骨，经焊接、螺栓连接或自攻螺钉连接而成，能承受建筑正常使用情况下的各种竖向荷载和水平荷载；楼面采用冷弯薄壁型钢或木梁与OSB定向板复合结构，下设隔音层并用防火石膏板封闭；屋面采用轻型保温屋盖系统，在轻钢屋架上铺OSB定向板等结构板材，依次铺秸秆草砖保温材料、防水层，最后铺设屋面瓦材，下设隔气层并用防火石膏板封闭，有效减少了屋面的热损失；墙体用轻钢－秸秆草砖复合墙体结构，用200～400mm厚秸秆草砖在轻钢骨架内侧或外侧砌筑而成，用钢拉条或木拉条将草砖与轻钢骨架固定，表面经草筋泥或水泥砂浆找平后外挂钢丝网抹灰，或挂设防水结构板材；内墙在轻钢骨架双侧挂钢丝网抹灰或挂木板、OSB定向板及水泥纤维板、石膏板等围护，内填小厚度秸秆草砖或其他隔音材料，表面根据实际情况进行抹灰找平处理；外墙门窗全部采用隔热性能好的塑钢门窗，建筑节能率可达到65%以上。

整体建筑体系适用于严寒地区农村建筑，目前项目已在在吉林省安图县成功建成1栋二层示范建筑，经5年监测，各方面性能均满足使用要求[7]。

3.4 沼气及其他能源的开发与应用

农村燃料常以干柴、秸秆等为主，受季节限制往往会储备不足。沼气的利用可以解决燃料缺乏问题，还可以实现采暖、照明等多方面的利用。除了燃料以外，肥料也是农民较需要的能源，比起化肥，沼气生产过程中的沼液和沼渣等副产品可作为有机肥料，提高能源的利用效率，省钱省力。

除沼气能源外，浅层地热能源也是可供利用的一种能源：利用浅层地热能，设置地源热泵系统可以进行供热制冷等需求，在农村地区可以进行集中规划建造，从而节约燃料的使用；此外，部分地区风能资源也十分充足，可以选用风力发电的方式，供应日常生活和照明用电，因地制宜，方便廉价，实现了可再生能源的利用。

3.5 农村建筑节能管理

节能设计是实现建筑节能的关键环节，节能管理也是保证节能建筑技术大力推广的必要条件。我们要建立健全农村建筑节能管理机制，落实建筑节能规划设计，通过普及节能建筑知识，提高农民的节能意识，改变陈旧建设观念，在建设初期阶段对当地自然资源情况以及能源综合利用工作的可行性进行全面分析，以便进行因地制宜、选取利用当地廉价易得的节能建筑材料，实施最适宜当地环境的解决办法。此外，对集中的沼气、采暖系统等公用能源设施进行统一管理。

4 北方农村建筑节能工作实践案例：河北丰宁满族自治县云雾山村——生物质压块采暖示范村

为推进农村能源清洁开发工作，承德市丰宁县云雾山村作为示范村，充分利用了当地玉米秸秆等生物质资源，将压块后的秸秆作为农户采暖、炊事的燃料，同时对炉具、民居墙体等进行了节能改造。

在当地政府帮助下，云雾山村在村内自建了一个秸秆压块加工厂，农户收集秸秆运到工厂进行压块加工处理，得到农户采暖、炊事的基本燃料。

自2010年启动了美丽乡村建设活动以来，该村高标准建成新民居178户。户型分为两种：96㎡房型，约占新民居总数的83%；72㎡的房型，约占17%。每户均有厨、卫、浴配套，并统一规划建设了吊炕、节柴灶等配套节能设施。

4.1 外窗改造

一般情况下，窗户的保温隔热性能远远小于外墙，窗墙面积比越大，室内空调采暖能耗也越大。因此，从降低建筑能耗的角度出发，必须限制窗墙面积比。云雾山村建设的新型节能民居对外窗进行了一定的改造：北向窗墙比控制在0.1，南向窗墙比约为0.7，并将原有单层玻璃窗更换为双层中空玻璃窗，使得保温效果更佳。

4.2 外墙改造

2014年，该村统一对所有178户新民居进行了外墙保温改造。外墙保温基本构造由内向外依次为：墙体、基层处理、聚合物粘结砂浆、膨胀聚苯板（或岩棉保温板）、耐碱网格布、外墙柔性耐水腻子、浮雕饰面层。

4.3 改造成果

全村农户对更换后的秸秆压块炉系统总体评价良好，其主要优点有：着火快，火力旺，炒菜做时比使用柴灶更方便：不倒烟、更清洁、填火后屋内温度上升速度快。

采暖能耗量相当情况下，采用秸秆压块采暖农户年均秸秆压块消耗量为2.5~3.5 t；作为辅助能源，年均散煤使用量约0.25 t，柴火约为0.375 t；散煤采暖农户同时使用少量秸秆压块和少量柴火，其年均散煤消耗量约1.5~3 t，整体耗煤量有了大幅度减少。

图1 采暖能耗分析

5 总结

在农村住宅建筑设计上，必须本着以人为本的态度，从广大农民的利益和经济水平出发,建设适应新时期农民生活需要的可持续节能环保住宅，并依靠、利用当地现有自然资源引导农村住宅向节能、节水、节材、节地的环保方向发展，通过住宅的改变来灵活适应农村生活方式的转变，从而提高农民生活质量，推动农村经济发展，为构建和谐的社会主义新农村做出贡献。