王　晶　王　亮　朱沁萱（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院　綿陽　621010）

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農(nóng)村住宅建筑節(jié)能改善策略研究

王晶王亮朱沁萱
（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院綿陽621010）

【摘要】對農(nóng)村住宅建筑的現(xiàn)狀進行了分析，對普遍存在的問題進行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外在建筑節(jié)能方面的研究成果，根據(jù)目前的實際狀況，針對農(nóng)村住宅建筑存在的普遍問題提出了相應(yīng)的節(jié)能改善策略。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村；住宅建筑；節(jié)能

0　引言

在經(jīng)濟快速發(fā)展過程中，農(nóng)村經(jīng)濟實力不斷增強，農(nóng)村住宅建筑的需求量和建設(shè)量不斷增大，能源消耗也不斷增大。在農(nóng)村住宅建筑中，由于當(dāng)前農(nóng)村經(jīng)濟條件普遍不高，使得農(nóng)村住宅建筑普遍存在住宅節(jié)能認(rèn)識不足、建設(shè)和使用過程能耗過高、節(jié)能技術(shù)滯后、建筑與周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)等問題。2010年，我國農(nóng)村人均居住面積達到30m2，農(nóng)村新建住房3×109m2以上，農(nóng)村人口的居住生活質(zhì)量直接關(guān)系著我國總體民生狀況。根據(jù)目前我國建筑能耗水平發(fā)展，到2020年我國建筑能耗將達到1.09×109tce，為2000年的3倍?，F(xiàn)有農(nóng)村建筑基本上都是傳統(tǒng)建筑，功能簡單，價格便宜，裝飾檔次不高，幾乎沒有采用節(jié)能技術(shù)，能耗相當(dāng)大，因此在農(nóng)村建筑的設(shè)計和使用時，推廣節(jié)能建筑和技術(shù)，已成為我國社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重要內(nèi)容，也是實現(xiàn)國家生態(tài)工程基本國策不可缺少的組成部分[1]。

本文通過對農(nóng)村住宅建筑的現(xiàn)狀進行分析，剖析了普遍存在的問題，結(jié)合建筑節(jié)能方面的研究成果，針對農(nóng)村住宅建筑存在的普遍問題提出了節(jié)能改善策略，從而為農(nóng)村住宅建筑節(jié)能提供決策參考。

1　當(dāng)前狀況

當(dāng)前全國范圍內(nèi)農(nóng)村住宅建筑發(fā)展問題較多。在我國廣大農(nóng)村地區(qū)，住宅建筑普遍處于無建筑設(shè)計的自發(fā)建設(shè)狀態(tài)，建設(shè)過程中對選址、布局、采光、通風(fēng)、保溫隔熱等方面均沒有合適的考慮，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也相對落后，缺少先進技術(shù)支持，造成了農(nóng)村住宅建筑能源消耗的無控狀態(tài)，導(dǎo)致農(nóng)村住宅建筑的隨意性非常大，缺少宏觀控制和長遠(yuǎn)打算。

農(nóng)村在建設(shè)過程中任其自然發(fā)展，造成了大量資源的浪費和環(huán)境的破壞。在土地和自然資源日益緊張的今天，就要求農(nóng)村住宅建筑做到節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材，有效利用各種資源，提高能源使用效率，形成一個有機的、可持續(xù)發(fā)展的、產(chǎn)業(yè)化的體系。農(nóng)村住宅建筑已經(jīng)成為一個社會問題，是我國建筑節(jié)能、環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的焦點問題，是當(dāng)前我國新農(nóng)村建設(shè)、全面實現(xiàn)小康社會過程中必須予以解決的難題。

目前，農(nóng)村人均建設(shè)用地面積過大，土地利用率很低，毀田、浪費土地嚴(yán)重，這也是耕地減少的重要原因之一。而農(nóng)村住宅建筑用地過大，其中因住宅獨建、分散而使占地過多又是首當(dāng)其沖的因素，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：缺乏規(guī)劃指導(dǎo)，自發(fā)性建設(shè)多；平房、獨立式住宅多；“空心村”現(xiàn)象嚴(yán)重；占用耕地進行農(nóng)村建設(shè)的控制措施不力；還沒有制定出切實可行的老宅復(fù)墾還耕的法定性文件。這些不利于土地集中利用的現(xiàn)象，都會危及到農(nóng)村社會、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展。

近年來，農(nóng)村住宅建筑節(jié)能的理論研究開始被重視。針對不同地域的農(nóng)村住宅建筑節(jié)能的研究已經(jīng)開始出現(xiàn)，而關(guān)于各種農(nóng)村節(jié)能設(shè)計理念研究、節(jié)能所存在的問題研究、節(jié)能設(shè)計方法研究等等也開始涌現(xiàn)。同時，一些地方已經(jīng)開始了農(nóng)村住宅建筑節(jié)能項目的試點，例如江蘇徐州部分農(nóng)村，開始從可持續(xù)發(fā)展的角度大量建設(shè)經(jīng)濟、適用又節(jié)能的農(nóng)村住宅建筑等。

農(nóng)村住宅建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用概括起來主要包括農(nóng)村住宅建筑的規(guī)劃設(shè)計；可再生能源（太陽能、地?zé)崮埽┑膽?yīng)用；住宅建筑體型及圍護結(jié)構(gòu)的要求等3個方面。然而，基于發(fā)展中國家經(jīng)濟技術(shù)條件相對落后的情況下，尤其是針對比較落后的農(nóng)村地區(qū)的節(jié)能應(yīng)用，在中國尚不多見，處于起步階段。

建設(shè)時需要嚴(yán)格控制較大規(guī)模的農(nóng)村節(jié)能住宅建筑的建造過程中的專業(yè)技術(shù)水平，由于節(jié)能住宅建筑在我國發(fā)展時間短、普及程度低，大多數(shù)從業(yè)人員缺乏進行節(jié)能住宅建筑設(shè)計、施工和管理的豐富經(jīng)驗，而部分有節(jié)能住宅建筑工程經(jīng)歷的企業(yè)和人員或出于技術(shù)保密的原因或受其理論水平限制，未能及時總結(jié)出節(jié)能住宅建筑的實踐經(jīng)驗[2]。而在農(nóng)村地區(qū)，上述問題顯得尤為突出，難以獲得相關(guān)工程經(jīng)驗以及培養(yǎng)和儲備相關(guān)技術(shù)人才，從而進一步削弱農(nóng)村節(jié)能住宅建筑的優(yōu)勢發(fā)揮。

目前最常用的節(jié)能措施主要包括利用先進的能源利用技術(shù)降低建筑能耗；使用節(jié)能環(huán)保的新型建筑材料等2個方面。自上個世紀(jì)70年代出現(xiàn)能源危機以及環(huán)境惡化促使人們越來越重視節(jié)能和環(huán)保以來，建筑業(yè)也面臨著許多問題：如何改變傳統(tǒng)觀念，改進建筑技術(shù)，開發(fā)節(jié)能、環(huán)保新型建筑材料等等。建筑材料對環(huán)境的影響不但體現(xiàn)在建筑材料的加工方面，而且還體現(xiàn)在原材料開采和廢料處理過程中。荷蘭、丹麥和比利時等歐洲國家為減少建筑垃圾，目前正在進行提高建筑廢料回收率的項目研究，如研發(fā)以可回收原材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)原材料的新型建筑材料，如今，某些示范項目的建筑廢料回收率己經(jīng)達到75%。

據(jù)預(yù)測，到2020年，我國農(nóng)村住宅建筑將新增建筑面積約3×1010m2。在住宅建筑快速增長的同時，住宅建筑資源利用也持續(xù)增長。其中，住宅建筑運行用能在我國能源總消耗量中所占比例已從1978年的10%上升到2003年的27.5%，根據(jù)發(fā)達國家經(jīng)驗，這個比例將逐步提高到35%左右。但我國農(nóng)村在住宅建筑的建造和使用中，資源消耗高，利用效率低。因此，住宅建筑資源高效利用將成為提高全社會資源利用效率的首要方面。我國新的節(jié)約能源法中明確規(guī)定“促進經(jīng)濟社會的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展”，體現(xiàn)了我國制定本法的宏觀目標(biāo)。此條文的修改促使我國的節(jié)約能源法遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，并且促進了經(jīng)濟和節(jié)約能源方面的協(xié)調(diào)可持續(xù)的發(fā)展[3]。我們要把節(jié)能與發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，要加快推進以節(jié)能降耗為核心的企業(yè)技術(shù)改造，提高能源的利用效率，加快建立推動節(jié)能的長效機制，倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的理念。

2　節(jié)能方法

農(nóng)村住宅建筑節(jié)能方法主要包括以下兩個：農(nóng)村住宅建筑的規(guī)劃設(shè)計、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

2.1農(nóng)村住宅建筑的規(guī)劃設(shè)計

住宅建筑的規(guī)劃是站在一個較為宏觀的角度思考新農(nóng)村的建設(shè)，在規(guī)劃這個層面上的研究工作主要集中在建立良好的生態(tài)系統(tǒng)、節(jié)約能源和綜合開發(fā)等三個方面。

農(nóng)村合理的整體規(guī)劃對單體農(nóng)村住宅建筑節(jié)能有明顯的影響，應(yīng)該從住宅建筑選址、分區(qū)、住宅建筑和道路布局走向、住宅建筑方位朝向、住宅建筑體形、住宅建筑間距、主導(dǎo)風(fēng)向、太陽輻射、綠化、住宅建筑外部空間環(huán)境構(gòu)成等方面進行綜合研究，以改善農(nóng)村的微氣候環(huán)境，并實現(xiàn)住宅節(jié)能。例如夏季炎熱的地區(qū)在進行規(guī)劃時可以考慮設(shè)置一些綠化帶和水體在當(dāng)?shù)叵募局鲗?dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，既為村民提供了避暑納涼的場所，隨著氣流的運動，還可以將樹陰下及水體表面溫度較低的空氣帶到住宅建筑，可以一舉兩得；而冬季嚴(yán)寒的地區(qū)在規(guī)劃時要盡量避免將住宅建筑布置在山谷、洼地、溝底等凹地處，以免冷氣聚集此處，形成“霜洞”。住宅建筑的層高也需要規(guī)定，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民普遍認(rèn)為，層高越大越?jīng)隹?，感覺越舒適，然而，據(jù)有關(guān)資料顯示，從住宅建筑物理來分析，合理降低住宅建筑層高對居住標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量與功能并無實質(zhì)性影響。

當(dāng)前農(nóng)村新建住宅建筑基本都為三層，且層高范圍相對固定，一般為底層3.8～4m，二層、三層3.6～3.8m，就住宅建筑類型而言，這種層高值己經(jīng)非常大了，這種現(xiàn)象對于資源和能源相對緊缺的中國來說，是很大的浪費。合理降低層高，對于節(jié)約用地和降低造價，都有很大潛力。所以，在建設(shè)新農(nóng)村的過程中首先應(yīng)重視合理的規(guī)劃，為建設(shè)農(nóng)村節(jié)能住宅建筑打下良好的基礎(chǔ)。

建筑與環(huán)境是一個相互依賴共存的關(guān)系，任何建筑都離不開環(huán)境的影響。所以建筑節(jié)能設(shè)計的第一步就是對環(huán)境的整體考慮。因此住宅建筑在選址上一定要力爭適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c與地理條件，創(chuàng)造舒適的居住空間環(huán)境和舒適的室內(nèi)物理環(huán)境。農(nóng)村應(yīng)該是一個“社會-經(jīng)濟-環(huán)境”的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，從農(nóng)業(yè)、村鎮(zhèn)、庭院和住宅生態(tài)系統(tǒng)這四個層面討論嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境的生態(tài)現(xiàn)狀和對策。

2.2農(nóng)村住宅建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

農(nóng)村住宅建筑在節(jié)能方面存在的不足主要包括：沒有實質(zhì)作用的面積增加導(dǎo)致住宅建筑造價的提高與住宅建筑材料的浪費；住宅建筑室內(nèi)熱環(huán)境較差，特別是夏季室內(nèi)悶熱難耐；可再生能源的利用不足。通過以上各方面對農(nóng)村住宅建筑的影響分析設(shè)計了相關(guān)節(jié)能改善策略。

（1）住宅建筑體型及圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

該部分主要包括對屋面、墻體、窗戶等圍護結(jié)構(gòu)從保溫、隔熱、遮陽等方面入手研究相應(yīng)的設(shè)計方案。

住宅建筑室內(nèi)溫度的高低與很多因素有關(guān)，包括人體散熱、太陽輻射得熱、實體結(jié)構(gòu)的蓄熱和散熱等。除了人體散熱保持常值外，其它因素都是變化的，它們的變化必然與住宅建筑的朝向、平面布局、維護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能等相關(guān)因素聯(lián)系在一起。

住宅建筑體型直接影響到房屋表面積的大小，房屋的表面積越大越不利于節(jié)能，在相同的住宅建筑面積及容積的條件下，住宅建筑體型越接近正方形外表面積越小。在盡可能減少住宅建筑的凹凸所增加的外表面積時，我們也不能將農(nóng)村住宅建筑都統(tǒng)一建成方盒子，城市中聯(lián)排別墅的建筑形式也給我們一些啟迪，在某些條件允許的情況下，農(nóng)村住宅建筑的設(shè)計也可以考慮變獨院獨戶為多戶聯(lián)排住宅，每合并兩戶就可以將兩面外墻變成一面沒有溫差的內(nèi)墻，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。

圍護結(jié)構(gòu)對住宅建筑的舒適性有決定性的影響。就圍護結(jié)構(gòu)的材料和構(gòu)造方面而言，目前農(nóng)村住宅建筑的建設(shè)中墻材使用實心黏土磚的現(xiàn)象十分普遍，這非常不利于耕地的保護。清華大學(xué)開發(fā)的輕質(zhì)復(fù)合板組合房屋結(jié)構(gòu)已在北京周邊的農(nóng)村地區(qū)開始試用，該產(chǎn)品不僅具有較好的保溫效果，而且施工簡便造價低廉，類似的產(chǎn)品一旦在各地區(qū)開發(fā)成功，將對農(nóng)村住宅建筑產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響；玻璃作為圍護結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，要格外注意選擇合適的品種類型，嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)可采用塑框中空玻璃外窗，這樣能同時減小外窗的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)，既能實現(xiàn)冬季的保溫，同時又能兼顧到夏季的隔熱效果[4]；而夏熱冬暖地區(qū)則可以考慮局部采用Low-e玻璃，由于考慮到農(nóng)村的經(jīng)濟基礎(chǔ)，所以為降低造價還可選用傳統(tǒng)的百葉或擋板等隔熱措施，利用院內(nèi)的綠化設(shè)置綠化遮陽也是一舉多得的好方法；屋頂?shù)脑O(shè)計除了材料要求具有良好的保溫隔熱效果外，屋頂?shù)男问郊傲⒚嬖煨鸵惨Y(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境設(shè)計，如果是一般的平屋頂，可以選擇種植屋頂，這樣既不影響屋頂?shù)牧罆窆δ?，又有利于屋頂?shù)谋馗魺醄5]。根據(jù)最佳熱工計算方法確定南向屋面的傾斜角度，可以把北向的坡屋頂出檐做得較小，以減弱北風(fēng)對住宅建筑的壓力，從而減少冬季的熱損失。

通風(fēng)和采光是圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中很重要的影響因素，方案設(shè)計時就需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、風(fēng)速對住宅建筑的平面和剖面進行氣流分析與通風(fēng)設(shè)計。利用風(fēng)壓和熱壓在住宅建筑平面上盡量形成穿堂風(fēng)；剖面上盡量形成上下貫通空間的風(fēng)道，利用自然通風(fēng)加快夏季建筑的散熱與降溫，對于農(nóng)村住宅建筑這種經(jīng)濟實用的做法值得大力推廣。自然通風(fēng)對應(yīng)的門窗設(shè)計很重要，應(yīng)從以下幾個方面來考慮提高門窗的保溫隔熱性能：（1）外門使用木門；（2）控制窗墻面積比；（3）選擇合適的框型材料；（4）選擇合適的玻璃材料；（5）加強戶內(nèi)外的遮陽措施；（6）提高門窗的密閉性能，同時窗應(yīng)采用單框雙玻塑鋼平開窗[6]，窗框與墻體縫隙用聚氨酯發(fā)泡密封。采光的效率和質(zhì)量除了與窗戶的大小和位置有關(guān)外，還和建筑平面有關(guān)，考慮到采光的均勻度，房間的進深不宜太大，充分利用自然光不僅節(jié)能而且對住戶的健康也是很有益的。目前國內(nèi)外有許多軟件可以對日照、通風(fēng)的效果進行模擬，如利用CFD模擬室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境，利用sketch up進行日照分析等等。近年來，許多房地產(chǎn)開發(fā)項目在方案設(shè)計階段就將計算機輔助設(shè)計引入，實踐證明的確起到了良好的引導(dǎo)作用，這些方法也應(yīng)該在農(nóng)村住宅建筑的設(shè)計中推廣使用。

（2）可再生能源的利用

該部分主要包括太陽能、風(fēng)能、地能等可再生能源的利用等。

中國農(nóng)村地區(qū)低效高耗的用能傳統(tǒng)持續(xù)了數(shù)千年，它極大地浪費了資源，破壞了生態(tài)環(huán)境，制約了農(nóng)村社會的進步。1995年全國農(nóng)村地區(qū)耗能6.25×108tce，其中非商品能源2.478×108tce（主要用于生活的秸稈和薪柴），太陽能、風(fēng)能等新能源2×106tce，占農(nóng)村總能耗的3%左右。到2015年以后，中國農(nóng)村產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化程度大幅上升，農(nóng)村能源耗費總量將達到1.4×109tce左右。

我國太陽能輻射總量大約在3300～8300MJ/ （m2·a），全國2/3以上面積地區(qū)年日照小時數(shù)大于2000h，屬于太陽能資源豐富的國家之一。太陽光特有的光譜特性使得人們可以從光和熱兩方面對太陽能進行利用，其中太陽光可以直接用于采光或由太陽能電池轉(zhuǎn)換為電加以利用，太陽熱則可以直接采暖或經(jīng)過轉(zhuǎn)換后提供熱量或冷量。光電轉(zhuǎn)換和光光轉(zhuǎn)換的初投資造價較高，對于普通的農(nóng)戶來說較難承受，而利用光熱轉(zhuǎn)換的原理來為用戶提供生活用的熱水是完全可行的，農(nóng)戶利用太陽光可以有以下幾種方式：太陽能熱水裝置、附加陽光間、太陽能集熱墻。

沼氣也是一種經(jīng)濟有效的可再生能源，沼氣的利用是緊密結(jié)合農(nóng)村的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生的。但是直到現(xiàn)在許多農(nóng)村地區(qū)仍以薪柴作為生活能源；只有部分地區(qū)采用沼氣來解決農(nóng)村的環(huán)境和能源問題，并收到了良好的效果。推廣農(nóng)用沼氣是促進農(nóng)村節(jié)能減排的重要舉措。沼氣池的主要原料是人畜糞便和廚房垃圾，也可以部分使用雜草和秸稈[7]。沼氣池的使用有效地減弱了農(nóng)村的面源污染。建造沼氣池的使用效果完全不遜色于城市中的液化石油氣。沼氣發(fā)酵是綜合利用有機廢物，保護生態(tài)環(huán)境，實施農(nóng)村節(jié)能減排，優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一[8]。因此要多層次推進資源化工程，加快農(nóng)村沼氣建設(shè)步伐，設(shè)養(yǎng)殖場沼氣工程，大力普及戶用沼氣[9]。

（3）設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計

該部分主要包括提高空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)、照明設(shè)備及系統(tǒng)以及其它設(shè)備的能效比等。

節(jié)能型住宅建筑是在保證一定的舒適度條件下耗能少的住宅，我國絕大部分地區(qū)在冬季和夏季完全依靠被動式的調(diào)節(jié)是達不到所需要的舒適度水平的，要采用相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)來進行人工調(diào)節(jié)。水源熱泵是利用了地下水冬暖夏涼，四季恒溫的特點，用地下水作為換熱介質(zhì)比常規(guī)空調(diào)具有更高效能比，運行費用低，只有一般空調(diào)的1/10，初投資也很少，很適合于經(jīng)濟不太發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)住戶使用。另外，選用省電燈管或省電燈泡能比傳統(tǒng)白熾燈省電約60%以上，類似的節(jié)能產(chǎn)品在農(nóng)村住宅中應(yīng)大力提倡。

3　結(jié)語

隨著農(nóng)村經(jīng)濟快速發(fā)展和農(nóng)村能耗的快速增長，在農(nóng)村地區(qū)推廣節(jié)能住宅建筑變得愈發(fā)緊迫。因此正確認(rèn)識現(xiàn)階段農(nóng)村節(jié)能住宅建筑所面臨的障礙，并探索相關(guān)節(jié)能改善策略是十分重要的。

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Study on Energy Efficiency for Residential Construction in Countryside

Wang Jing Wang Liang Zhu Qinxuan
( School of Civil Engineering and Architecture, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, 621010 )

【Abstract】To analyze the current situation of rural residential building, the common existing problems are summarized. On this basis, combining with the domestic and foreign research achievements in the field of building energy efficiency, according to the present situation and problems in rural residential construction put forward the energy efficiency solution.

【Keywords】countryside; residential construction; energy efficiency

中圖分類號TU83

文獻標(biāo)識碼A

文章編號：1671-6612（2016）01-026-04

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（項目編號：201510619025）

作者簡介：王晶（1996-），女，在讀本科生，E-mail：875571908@qq.com

通訊作者：王亮（1983-），男，博士，講師，E-mail：wangliangmy83@163.com

收稿日期：2015-08-10