既有城中村的低碳节能改造设计研究―以徐州市十里村为例

中国矿业大学建筑与设计学院 蔡双嵘 孙良（通信作者） 葛希辰

自2006年起，我国严格贯彻节能减排的目标，将节能减排理念贯穿在政策之中。住区作为人们日常生活的主要场所，住区的占地面积大、数量多等特点使其成为建设低碳城市的重要组成部分。城中村则作为居民最早居住的地方，由于不彻底的城镇化导致城中村不断出现，伴随其环境恶化、能源消耗大等问题的凸显，也暴露出城镇化的缺陷，成为阻碍城乡融合发展的障碍。《中国建筑能耗研究报告》（2020）数据显示，农村和城中村居住建筑碳排放量占总碳排放的21%，并且农村和城中村居住建筑的碳排放强度仍在增长。为了达到碳中和和碳达峰的要求，如何减少城中村的能耗是关键。

1 国内外研究现状

1.1 国内研究现状

我国从1980年起就开始对节能工作进行探索和研究，在国家陆续发布绿色、节能的政策之后，农村也响应国家政策，更加注重节能和减排的应用。随着国家对农村居住条件、用能规划的逐步重视，使越来越多的专家学者对城中村地区的住宅现状、城中村低碳空间、低碳建筑等方面展开研究。在城中村住宅现状和城中村低碳空间的研究中，郭瑶指出城中村转型低碳村镇中存在着一定问题，并给出了城中村转型低碳村镇的基本策略[1]；李学震通过对低碳村镇布局的研究、新能源的应用和开发、低碳建筑的改造等方面进行详细研究，提出了我国低碳村镇建设在规划中应重视的要点和建筑建造的策略[2]；邢永杰，叶建东等人提出了新的节能技术方案，同时进行实验和综合评价[3]。

例如，安吉县景坞村是低碳乡村的典型代表。该项目主要因地制宜地选取建筑材料以达到降低能耗的目的，选用竹子作为建筑材料，充分体现了当地的建筑风貌。墙体中主要是竹子、草叶、苇板，能最大程度上减少砖块、水泥、石材等不可回收材料的使用。此外，对空间环境进行优化，增加绿化空间，发展屋顶花园和垂直绿化对碳中和都有着显著的效果（见图1）。

图1 安吉县景坞村

1.2 国外研究现状

国外规划和住房领域起步时间较早，新建、改造的建筑更多面对的是社会发展的需求，诸如“节能”及“可持续”等。国外对于村镇的研究，主要分为生态村镇的研究和建筑节能的研究两个方面。在生态村镇的研究中，Herzog[4]最先提出了对建筑者的明确要求，要注重生态的重要性。DA NIELS K[5]指出新建绿色建筑最突出的特性便是节能环保，同时利用太阳能、风能等新型能源，替代传统使用的不可再生资源。在建筑节能的研究中，Stuart Cowan[6]提出了建筑节能的准则。

例如，贝丁顿生态村以绿色为指导思想，从而规划低碳节能村镇（见图2）。为了节约土地资源的利用，贝丁顿选址在废弃的污水排水处理厂，最大程度的利用废弃地。首先，贝丁顿的建筑用材选择了当地特有的橡木，不仅能体现当地独特的风貌，还降低了造价，减少了建材耗能；其次，为了通风，在屋顶安装风扇，还可以带走热能；再次，外墙配置了保温隔热棉夹芯材质，且安装了具有良好隔热性能的木窗框，避免窗缝带来的温度流失；最后，政府大力发展公共交通，鼓励步行的出行政策，打造低碳交通的模式，也具有环保效果。

图2 贝丁顿生态村

2 既有城中村的低碳节能改造设计意义

我国城中村住宅大多数是自建而成，由于没有合理的规划，带来了住宅乱插乱建现象突出、能源损失大等问题。随着人们生活水平的提高，城中村改造也大多采用推倒重建的方式，这种方式不仅破坏了原有的地域特色，还造成了建筑材料的浪费和能源的消耗。因此，在对既有的城中村低碳节能改造时，不仅要保留特色，同时还要留住民居建筑的地域特色，运用新的科学手段和理念加以改造、优化。设计和建造新型的低能耗、高质量的房屋，可以满足村镇居民的住房需求，并对周边的资源和环境影响最小。

3 徐州市十里村的低碳节能改造设计分析

3.1 现状分析

十里村位于江苏省徐州市三环南路辅路与烟汕线交叉口，总共面积大约为19.149平方千米，有较好的交通区位。北部为徐州工程学院大学科技园，南接新开发的居住区，东临河道。徐州夏季天气炎热，冬季天气寒冷，虽然作为采暖的地区，但在城中村建筑中，没有完善的供暖设施。

3.1.1 空间环境分析

1）功能布局。十里村的居民出行主要采用汽车和电动车，新能源汽车所有量较少，而商店主要集中在村庄北侧（见图3），类型也比较单一，给南侧居民带来很多的不便。居民日常生活所需要的物品都是去较远的超市采购，无疑增加了出行的频率，加大了碳排放量。

图3 服务设施分布现状

2）插建乱建现象普遍。城中村经过不同时期的发展，建设缺少统一科学的规划，且长期处于无人管理的状态，导致产生了插建、乱建等违法现象。在地图中显示，在城中村西侧和中间有绿化景观（见图4）。但是在实际调研中，原来的绿地已经被建设成了房屋，在地图中所显示的空地的位置，大多也都被房屋所覆盖（见图5）。

图4 插建乱建分布

图5 插建乱建现状

3）绿化面积过少。绿化对于低碳有直接的作用。研究表明，在植被茂盛的住区，绿化的固碳能力可达17 t/hm2[7]。如果能系统布置，合理利用，不仅可以减少城市的总体能耗，达到减排的作用，还可以美化环境，提高居民居住的满意度。

十里村的绿化形式主要有三种，分别是宅旁绿化、道路绿化和河岸绿化。宅旁绿化呈带状或“L”状，分布在房屋周边，但是种植植物的很少，大多都被闲置或者用来圈养动物。道路绿化空间不受重视，河岸绿化也被废弃，成为一片荒地（见图6）。

图6 河岸绿化现状

4）雨洪管理不到位。在温室效应的影响下，徐州下雨的频率明显要频繁。高降水量会给城中村排水系统带来较大的压力，且城中村的排水方式还是采用早期的设计形式，即直排式（见图7），雨水和污水不经过处理，直接排放在地面，这无疑给环境带来更大的灾害，使积水无法迅速排除。此外，管线损坏现象也会使雨水滞留（见图8）。

图7 雨污水排放现状

图8 管线破损

3.1.2 建筑单体分析

城中村保温耗能主要是在冬季，通常采用煤炭供暖或者电供暖，由于采用的不是统一供暖方式，可能会导致煤炭燃烧不完全，碳排放量增大。因此，对住宅围护结构的保温性能提出一定的要求。

1）墙体。墙体不仅用来支撑房屋，同时还可以保温隔热。在十里村的调研中发现，大多城中村住宅外墙多为240 mm厚的粘土实心砖，占总数的97%（见图9），少量建筑采用木结构。此类粘土实心砖保温节能的效果较差。

图9 墙体现状

2）窗户。建筑外围护结构中最薄弱的构件便是外窗。十里村住宅建筑多采用塑料窗和铝合金窗，少数建筑质量较差的房屋采用木框窗。从窗户透光材料上看，由于单层玻璃价格低、安装简单方便，85%的村民都选择了单层玻璃。

3.2 改造设计策略

3.2.1 低碳节能空间优化策略

1）功能布局调整。日常购物出行占居民出行的频率超过60%。通过对城中村土地的功能复合化，可以满足城中村居民日常消费的需求，通过减少各种功能的服务半径，减少居民不必要的出行。

首先，对十里村的业态进行丰富。各类商业服务业设施的配置与居民使用需求相协调。已有的业态主要是商店和饭店，在现场调研中，居民表示需增加剪发店、果蔬店等。同时将较小和偏僻的小商铺合并为较大的商店，丰富物品品种，不仅可以节约用地还能够满足居民的需求。

其次，保证各种业态的分布较为均匀。利用空置住宅，将新增的店铺均匀合理的安置，使每户居民到达服务设施的距离能满足“五分钟、十分钟生活圈”的要求，减少车辆出行的频率。

2）增加绿化面积。提高城中村的绿化面积可以有效提升植被的碳汇能力，结合现状，提升策略主要有拆除恢复、扩大现有的绿化面积。

最有效的方法便是拆除恢复，对于违法侵占绿化的建筑进行强制性拆除，恢复原有的绿化景观。对于河岸景观重新规划和设计，充分利用河岸空间资源，打造良好的滨水景观及低碳绿地。

在十里村内，提升绿化空间碳汇效益最直接的方式就是扩大绿地面积，但是在已有的环境中一味地增加绿地面积是不现实的。根据调研，最切实可行的方法就是充分利用宅旁绿化，提升三维绿化率。应根据植物的株形、冠幅等因素进行种植设计，消除植物丛相互衔接时形成的空隙，或者利用乔木、灌木、地被等类型的植物高度差，保证绿化面积的最大化（见图10）。

图10 相互渗透的植物丛组碳汇效益更高

另外，可以将硬质的景观环境进行“软”化处理[8]，可以用软质地被、嵌草砖等代替原有的硬质铺装。这种方法既能美化视觉景观环境体验，还能有效地扩大绿化面积。

3）低碳海绵。针对可能形成的内涝，首先要对雨污水管线进行维修和完善排水机制。其次，可以通过源头补充、回收利用两大步骤实现低碳与海绵：（1）源头补充。发生降水时，将雨水进行过滤处理，及时补充地下水及提供绿化系统的水分。增加十里村雨洪设施，可将汇水面积按一定比例计算，得出设施所需的面积，或计算设施规模，实现本区域内雨洪就地下渗。（2）回收利用。收集生产和生活废水及雨水进行过滤净化处理，净化后的生产生活废水、雨水可用来灌溉农作物和植被。

3.2.2 低碳节能建筑单体优化策略

1）外墙。增设保温层是最直接减少耗能的策略。十里村可以使用由现代合成材料制成的保温材料，如挤塑型聚苯板等现代合成材料以实现保温。在既有墙体基础上增设保温层，如外贴保温板（见图11），或者是内外抹保温砂浆（见图12），达到减少耗能和保温的效果。

图11 外贴保温板做法（单位：mm）

图12 加抹保温砂浆做法（单位：mm）

推广使用节能砖不仅能够节约造价，还能减少能源的燃烧。在城中村新建住宅使用粘土式空心砖砌体、加气式混凝土或泡沫式混凝土砌块等节能空心砖砌筑的内外墙材料来代替原有的墙体。节能砖既具有传热系数小、热阻力大等节约能源的优势，还能通过在空心处填充秸秆材料或保温颗粒物等方式来进一步提高砌块的保温和隔热性能，节省造价。

2）窗户。窗户在住宅房屋散热占比较高。其原因有以下两点：一是大部分为单层，传热系数大；二是密封性较差，不利于保温。

针对以上两点，窗户改造将采取相应措施：

一是，改为双层窗户。可以考虑选择双层玻璃窗和塑钢制成的框型门扇，从而有效地减少散热损失。此次改造的措施主要是通过充分利用玻璃双层窗户的空气间隙层作用，来增大窗户的热阻，降低它们的传热系数，热量的传递就会大大减少。

二是，改善窗户气密性。通常选择密封材料和增设密封条来改善窗户密封性较差的问题。首先，针对窗户框与墙体之间的缝隙，可通过泡沫塑料条等保温材料分层来减少冷空气换热，用密封膏或硅胶等材料对空隙进行填实，从而达到密封的效果；其次可以使用密封条或密封膏填充窗户框与窗户扇之间的空隙。

4 结论

文章以减少既有城中村碳排放，优化空间环境为目标，分析既有城中村改造设计的现状和措施，将徐州市十里村作为研究区域，分析了十里村低碳化建设方面所存在的问题与不足，提出城中村低碳节能改造设计的策略。通过对十里村低碳节能改造的研究，合理选用节能方式，改善城中村建筑能耗大、人居环境污染等问题，以期为其他类似的城中村低碳节能改造提供一定借鉴。