陇东南地区农村民居节能现状调研及生态改造策略★

裴俊华，侯 斌，马云龙，刘维珩

(1.甘肃林业职业技术学院,甘肃 天水 741020； 2.甘肃建投土木工程建设集团有限责任公司,甘肃 兰州 700070)

0 引言

随着当前我国经济和社会的快速发展，农村的发展也进入了新时期，农业的机械化和现代化、农村产业结构的调整、数字经济的发展以及城乡间人口的流通从各个方面改造着传统农村的面貌。乡村地区的景观风貌、乡土文化、聚落结构、乡村环境等经历巨大的变化和重构[1]。国家乡村振兴战略提出了产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求，明确指出要持续改善农村人居环境。

陇东南地区农村经济发展相对滞后，同时受地理位置和自然环境的影响，交通不便，缺少比较专业的设计和施工队伍，基础设施建设薄弱，农村民居的建设和发展处于无序状态，绿色生态可持续的建造方式还相对滞后。近些年，随着农村经济的发展，新建农宅多为“现代化”的砖混结构房屋，但由于农民缺乏节能意识、不具备专业农宅建造技术，农村民居建筑能耗增长迅速成为普遍态势。因此，在乡村振兴和双碳目标的大背景下，对陇东南地区农村民居进行生态节能改造势在必行。

1 陇东南地区农村民居现状及问题分析

为了解陇东南地区农村民居建筑形态、围护结构构造形式、建筑热工条件、能耗情况、农民对节能减排的认识和对建筑节能技术投入的意愿等，课题组研究人员对天水市秦州区、麦积区、秦安县以及陇南市西和县、礼县的共计五十余户村民及其住宅通过问卷调查和现场实测的方式进行了调研。

1.1 民居建筑基本情况

陇东南农村民居建筑的建造方式大都是依照传统或是参照邻居亲戚的已建成建筑，使得农村住宅在平面布局和建筑样式方面大同小异。当地的建筑类别主要有土木建筑、砖木建筑和砖混建筑，其中砖木和砖混建筑占比约为63.2%，且所占的比例越来越大。通过实测数据统计分析，得到调研建筑的体形系数平均值约为0.86，超过平均值的建筑所占比例约为32.3%。当地农村住宅多为院落独立式建筑，1层以上建筑较少，多数建筑有三面外墙，因此体形系数偏大。农村民居建筑以正面开窗居多，东、南、西和北向窗墙比平均值分别约为0.12,0.19,0.12和0.09，可见陇东南地区农村民居建筑窗墙比相对较小，也是当地传统建筑主动适应冬季较为寒冷的气候特点的具体体现。

1.2 围护结构情况

外围护构件是建筑防寒的主要防线[2]，也是适应气候的重要途径，包括外墙、屋顶和外门窗。

1.2.1 建筑外墙的热工性能

陇东南地区农宅建筑外墙类型主要以生土墙(土夯墙、土坯墙)、实心砖墙、空心和多孔砖墙为主，生土墙和砖墙分别用水泥砂浆和草泥浆抹面，基本未采取任何保温构造措施。实心砖墙中，二四墙和三七墙所占比例较大，分别约为65.6%和23.0%。生土墙的厚度一般在300 mm～600 mm之间，绝大多数生土墙的厚度在400 mm左右。空心砖和多孔砖墙的使用相对较少，不到8%。为对比分析不同材料和厚度外墙的热工性能，根据砖墙的传热系数对建筑外墙进行了分类(如表1所示)。

表1 外墙类型及热工参数

由表1可以看出，外墙的热工性能普遍较差。外墙A应用的比例最大，约为46.2%，而它的传热系数值也最高，大于2.16 W/(m2·K)，传热系数比较低的外墙C和外墙D，只占约26.9%。

1.2.2 建筑屋顶的热工性能

在陇东南地区，坡屋顶和平屋顶是当地农宅最主要的屋顶形式，其中坡屋顶所占比例较多，约为63.7%。坡屋顶的主要构造层从下往上依次为木板条、草泥浆、青瓦或红机瓦，屋顶的主要保温构造是由黏土和秸秆这些较为廉价且容易获得的材料组成的草泥浆，坡屋顶的厚度主要在120 mm左右。平屋顶多为现浇钢筋混凝土楼板，厚度在100 mm～180 mm之间，大多只是单纯的结构层加水泥砂浆抹灰层，基本没有采取任何的保温隔热措施。从表2可以看出，这两类屋顶的传热系数都相对较大，分别约为2.27 W/(m2·K)和2.63 W/(m2·K)，整体平均传热系数约为2.56 W/(m2·K)，平均热惰性指标为3.86。砖木和砖混建筑中，有吊顶的约占总调查建筑的12%，吊顶材料主要是轻钢龙骨/铝合金龙骨+石膏板/人造木板。

表2 主要屋顶类型及热工参数

1.2.3 建筑外门的热工性能

陇东南地区现有农村民居建筑外门多为木门、铝合金门和金属防盗门，且主要以单层木门为主，所占比例约为68.4%，主要原因是木门有制作技术成熟、构造简单、取材方便等优点。由表3可见当地农宅建筑外门传热系数偏高，热工性能较差。

表3 外门类型及热工参数

1.2.4 建筑外窗的热工性能

陇东南地区农村民居建筑所用外窗主要有单层木窗、单层铝合金窗、单层铁窗和单层塑钢窗。其中铁质和铝合金窗框的利用率最高，约为69.3%，木质窗框在新建建筑中已基本不用。由于全部使用单层玻璃，导致窗的传热系数普遍较大，热损失较多，非常不利于节能。通过统计计算，外窗的传热系数平均值约4.34 W/(m2·K)，其整体热工性能也较差。

1.3 建筑用能现状

农村民居主要的能源消耗来自于冬季采暖、炊事、家用电器等，目前陇东南农村地区住宅建筑中冬季采暖还是延续传统做法，以煤炉、火炕(电热毯)为主。煤炉采暖也只是局部采暖，设备简陋、热效率低、能耗高、热舒适性差，而且燃煤容易污染室内空气和墙面，影响居民身体健康，污损墙面装修。村民的主要炊事用能有燃煤、秸秆、薪柴、电、液化气等，设备主要有柴火灶台、电磁炉、电饭煲、液化气灶等。目前绝大多数还是以柴火灶台为主，可以有效利用当地修剪果树的树枝以及秸秆，但卫生条件较差，冬季使用也较为不便。随着收入和生活水平的不断提高，村民的用电设备也越来越丰富，使得农村居民户均用电量近些年增长较快。

2 陇东南地区农村民居绿色节能改造原则

根据实地调研情况，对现有农村住宅进行生态节能改造还存在着较多困难，例如改造费用较高、农民固守传统的生产和生活习惯、传统住宅体形系数偏大等。因此综合分析当地的传统习俗、自然生态环境和经济发展现状，提出以下改造原则[3]。

2.1 地域适宜的原则

国内不同类型的传统民居的形成多是因为各地自然环境不同造成的，而同一地域民居体现出的某些相同的建筑特征又是对当地气候环境的适应。我国农村分布较为广泛，气候类型多种多样，因此全国形成风格迥异的特色民居[4]。所以应该在综合考虑当地的地理气候、资源环境、生产生活方式、建筑文化等因素的基础上，采用适宜地域特点的建筑节能改造技术，最大限度地利用当地的自然资源、保护生态环境、传承建筑文脉，使改造后的建筑兼有时代特征和地域特色。

2.2 技术适宜的原则

在对传统民居进行生态节能改造时，选择改造技术不能一味地强调传统技术而忽视现代技术的优越性，也不能一味地去追求现代技术的先进性，转而忽视了传统技术在生态环保和地域适应性等方面的优势。总的来说，选择满足当地经济条件下的适宜性技术是未来农村传统民居建筑正确的节能改造途径。

2.3 经济适宜的原则

农村民居建筑节能改造在技术选择上，除了要考虑当地的自然环境因素以外，还要更多地关注当地的经济条件。费用较高是一般农村家庭所不能接受的，因此在对同一地区的不同家庭的住宅进行节能改造时，要根据家庭的实际收入情况选择适宜的方案和技术，不能千篇一律或不切实际。对于经济条件较好的家庭，在对其住宅进行改造时，可以更加注重生活质量的提高，对此类住户可使用一些现代的、先进的节能环保和智能建造技术，如现代太阳能技术、外墙保温技术等。对于经济条件相对较差的家庭，节能改造方式的选择要充分研究当地传统的建造技术和建筑材料，了解它们的优缺点，结合现代建筑技术对传统技术和材料进行革新，以降低节能改造的费用。

3 陇东南地区农村民居节能改造策略

民居节能优化设计，可以从建筑体形、窗墙比、墙体传热系数、屋面与门窗保温等方面入手[5]。陇东南地区农村传统建筑的生态节能改造，在基于地域、技术、经济适宜的原则上，主要从改善外围护结构保温、调整用能结构、改造建筑空间三个方面开展。

3.1 改善外围护结构保温

3.1.1 外墙

墙体是建筑围护结构的重要组成部分，冬季通过外墙散失的热量约占总散热量的33%，耗能十分严重。因此，外墙是建筑围护结构节能技术的关键[6]。对于土坯结构墙体，考虑到乡村风貌特色的保留，外墙宜采用内保温的形式，240 mm和370 mm砖墙体可以在外墙外部增加保温层。保温材料的选取，优先选用保温效果比较明显的聚苯板，也可以从经济和环保的角度出发，选用当地农作物秸秆和荒草制作而成的草板。具体措施见图1。

3.1.2 屋顶

木屋架坡屋顶，可在对其草木黏土层进行平整处理后加设保温层(见图2(a))，也可在木屋架下加设吊顶，同时在木龙骨之上加设保温层(见图2(b))。保温吊顶可以有效地阻止室内热空气直接通过屋顶散失，同时也能防止冷空气通过屋顶缝隙直接进入室内。钢筋混凝土平屋顶可以在屋顶增加保温构造(见图2(c)，图2(d))，也可以利用彩钢夹芯板将平屋顶改为坡屋顶或者斜屋顶，也能起到比较好的保温隔热效果。

3.1.3 外门窗

对于外门的节能改造，可以在其室内或室外处加设门斗，形成过渡空间，防止冷风的直接进入以及人员进出时所造成的冷热风交替。在经济条件允许的情况下，也可以同时换用密闭性更好的保温门。外窗改造使用轻质、高强、低传导性的窗框材料，通过提高窗户气密性能等措施减少窗的热量散失。根据陇东南地区气候环境和当地农户的收入水平，建议使用铝合金窗框+双层中空玻璃或断桥铝合金窗框+双层中空玻璃形式的外窗，尤其是断桥铝合金型材的低热传导性、高密闭性可以极大地提高外窗的保温、隔热以及隔音能力。

3.2 调整用能结构

冬季取暖是陇东南农村地区主要的能耗来源，因此农村民居的生态节能改造还要考虑当地冬季取暖的用能结构调整问题。如果单纯从传统燃煤向电能或其他能源转化必然会大幅增加用能成本，因此并不具备可行性。综合地域气候、产业结构和经济收入等因素，推广使用沼气和太阳能更为适合当地用能结构调整的需求。单户的沼气建设模式过去当地已有推广，但受技术条件的限制，产气量经常性不足，难以发挥出应有的作用，目前基本都已废弃不用。考虑到陇东南地区农村居民大都仍从事小麦、玉米、油菜等传统农作物的种植，且农作物秸秆出现大量剩余，多数被闲置或就地焚烧。因此建议可以由政府集中建造高效的沼气设施，将户用沼气池统一转变为中型或大型沼气工程，提升农业废弃物和沼液的利用效率。同时也可利用生物质成型燃料代替燃煤和秸秆用来取暖和做饭，推动生物质炉具的应用。调研农户的太阳能使用率不足10%，今后可以加大太阳能的推广力度，让更多的太阳能热水器进入农户家庭，节省炊事、洗涤和洗澡等日用热水的能耗。

3.3 改造建筑空间

为提升民居冬季室内热舒适性，可以考虑入冬后在常用房屋正面增设可拆卸的玻璃阳光房，减少室内温度的外泄。也可以将厨房设置在冬季主要居住房间一侧，把厨房的入口作为冬季主要居住空间的进出口，这样就可以把厨房作为一个冬季室内外热量的缓冲区，减少卧室门的开启次数，避免过多的室内外对流散热。同时为了减少冬季取暖能耗，将冬居的卧室火炕和厨房灶台相连，利用做饭产生的烟气热量来作为部分的火炕取暖来源。

4 结语

随着农村经济的不断发展和农民收入的逐年提高，居民对住宅舒适性的需求不断攀升，农宅的建筑能耗也逐年增加，而农村民居建筑的节能工作却进展缓慢。本文对陇东南地区农村民居进行了实地调研，以问卷调查和实测的方式对当地农宅的建筑体形系数、窗墙比、外围护结构热工性能和建筑用能情况等进行了研究分析，提出了地域、技术、经济适宜的节能改造原则，并从改善外围护结构保温、调整能源结构、改造建筑空间三个方面提出了适合陇东南地区农村民居的生态节能改造策略，以期降低民居的建筑能耗，改善农村居民的生活环境，提升居住舒适度，助力乡村振兴。