鄉(xiāng)土民居節(jié)能

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簡介：論述北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居節(jié)能優(yōu)勢，分析其存在的問題，從而提出改進(jìn)鄉(xiāng)土民居的途徑與措施。

關(guān)鍵字：寒冷地區(qū)鄉(xiāng)土民居節(jié)能

一節(jié)能優(yōu)勢

我國北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居積累了幾百年的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)氐娜藗兘Y(jié)合自然氣候、因地制宜，以最簡便的手法、極低的能耗創(chuàng)造了宜人的室內(nèi)居住環(huán)境，與城市住宅相比，具有明顯的熱舒適及節(jié)能優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）平面布局北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居一般采用南北向布置，入口及生活用房設(shè)在南向最佳位置，輔助用房設(shè)在北向。入口設(shè)置門斗，減少冷風(fēng)滲透。為便于各房間利用做飯的余熱取暖，平面以廚房（熱源）為中心布局，最大限度地減少了熱能的損失，是一種有利于節(jié)能的布局形式。

（2）窗北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居南向開大窗，白天可以吸收大量的太陽能，提高室溫。窗上設(shè)棉、毯子、茅草、牛皮紙等材料做成的保溫簾子或窗板，白天卷起，晚間放下。方法雖然很簡單，但保溫效果的確很明顯。有的民居采用鋁箔窗簾，經(jīng)實(shí)測窗的熱阻值提高2.4倍，而其價(jià)格僅10元/m2左右，是花錢不多、效果甚佳的保溫節(jié)能措施。北向開高側(cè)小窗，僅用于夏季通風(fēng)，多數(shù)居民在冬季用草簾或土坯將其封閉。一些地區(qū)冬季在雙層木窗上加設(shè)一層塑料薄膜，減少傳熱耗熱量20%以上，且可以大量減少冷風(fēng)滲透所造成的耗熱量。門窗縫隙采用棉布條等封糊，以防止冷風(fēng)滲透。

（3）墻體材料北方鄉(xiāng)土民居擁有其獨(dú)特的建筑材料體系，除使用實(shí)心粘土磚外，還使用大量與城市不同的地方材料，如火山浮石砌塊、稻草板、粘土免燒磚、草泥拉合辮等節(jié)能保溫材料。這些材料不僅節(jié)省其制作時(shí)所用的能耗，而且經(jīng)測試，其保溫效果均優(yōu)于實(shí)心粘土磚。

（4）供熱系統(tǒng)與采暖方式北方鄉(xiāng)土民居靠火炕、火墻、地炕等，通過每天三頓飯的生活熱來采暖，有時(shí)在睡前適量補(bǔ)燒火炕，所用燃料多為植物秸桿、茅草及少量的煤。此是對(duì)寒冷地區(qū)鄉(xiāng)村某農(nóng)戶家冬季一晝夜各項(xiàng)溫度測試結(jié)果。

從此中可看出，盡管室內(nèi)溫度很低，但炕面溫度卻在45℃～33℃之間。也就是說，炕面區(qū)域始終處于較舒適的溫?zé)釥顟B(tài)，貼近炕面區(qū)存在一定范圍的、比遠(yuǎn)炕區(qū)舒適的溫度場空間。北方農(nóng)民的冬季活動(dòng)范圍主要局限于火炕上。他們在炕上用餐、學(xué)習(xí)、做家務(wù)、會(huì)客、就寢等。人體對(duì)于氣溫最為敏感的部位是腳，而農(nóng)民腳部常接觸的是炕面。因此，盡管室內(nèi)大部分空間氣溫較低，且處于溫度不斷變化的波動(dòng)之中，但農(nóng)民們的感覺仍是舒適的。火炕可以在不必特殊供熱的條件下，將室內(nèi)外氣候、人體所處微氣候環(huán)境及人體晝夜熱舒適感合理結(jié)合起來，提供有益于人體健康的微小熱舒適環(huán)境，較為科學(xué)地創(chuàng)造出相對(duì)舒適的室內(nèi)熱環(huán)境。此類做法已引起國際上的重視。

二問題與缺陷

與此同時(shí)，北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居還存在許多熱工方面的缺陷：室內(nèi)氣溫較低；因外墻內(nèi)表面溫度過低，人體長波熱輻射失熱量大而產(chǎn)生寒冷感；室內(nèi)相對(duì)濕度大而產(chǎn)生不舒適感；四個(gè)外墻轉(zhuǎn)角結(jié)霜、結(jié)冰較嚴(yán)重；外墻角50cm以外主體部位墻面結(jié)露、結(jié)霜亦多見。在每年最寒冷的二三個(gè)月時(shí)間里，上述問題更加嚴(yán)重：角部結(jié)冰厚度可達(dá)1cm以上；每天中午過后，外墻主體部位內(nèi)表面經(jīng)常大面積淌水；墻體吸濕后，導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫狀況更加惡化；廚房、倉庫等輔助房間，結(jié)冰、結(jié)霜現(xiàn)象更為嚴(yán)重，且長時(shí)間不融化。雖然上述各部位造成現(xiàn)行狀況的具體原因有差異，但均系各部位內(nèi)表面溫度低于露點(diǎn)和冰點(diǎn)所致。究其原因主要為：

（1）墻體過薄，總熱阻過小，有的甚至低于低限熱阻；

（2）供熱能源不足，以及一日三把火的間歇式供熱，導(dǎo)致夜間室溫過低（常常在0℃以下），清晨墻體各部位內(nèi)表面溫度亦過低，清晨升火后熱空氣遇到低溫墻面后，結(jié)露是必然的現(xiàn)象；

（3）墻體內(nèi)層材料的蓄熱系數(shù)大，其對(duì)流的熱量不足以使內(nèi)表面溫度高于露點(diǎn)和冰點(diǎn)。

三改進(jìn)探索

1“問題”的啟示

實(shí)踐及理論分析表明，靠火炕采暖的鄉(xiāng)村民居，無論370磚墻，還是490磚墻，所出現(xiàn)的熱工問題基本相同。顯然，單一材料墻體不適于北方鄉(xiāng)村民居，應(yīng)尋求一種新型構(gòu)造的墻體。這種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)（主要指外墻和屋頂）的熱工設(shè)計(jì)不僅應(yīng)具備足夠的熱阻，而且應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行鄉(xiāng)村住宅的實(shí)際熱環(huán)境之特征，能在升火后盡量短的時(shí)間內(nèi)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度迅速提高至高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度，以清除露水。這就要求圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面在熱的作用下，應(yīng)對(duì)諧波熱作用反應(yīng)敏感。由此我們引入室內(nèi)空氣到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的衰減倍數(shù)υ作為鄉(xiāng)村住宅外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。顯然衰減倍數(shù)υ越小越好。由衰減倍數(shù)υ計(jì)算可知，墻體內(nèi)側(cè)第一、第二層材料熱物理性能對(duì)其影響最大。這提示我們：在確定外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式時(shí)，輕質(zhì)高效保溫材料須設(shè)在內(nèi)兩層。若第一層采用重質(zhì)材料，其外側(cè)再加保溫層，效果均不明顯。項(xiàng)目組將該理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，通過對(duì)試點(diǎn)住宅的實(shí)測分析及使用調(diào)查發(fā)現(xiàn)：該構(gòu)造形式節(jié)能保溫效果很好，消除了傳統(tǒng)住宅的熱工質(zhì)量問題。

2實(shí)例對(duì)照

由上述分析可以看出，解決北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居熱工問題的關(guān)鍵是：在圍護(hù)結(jié)構(gòu)具備足夠熱阻的同時(shí)，還應(yīng)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的衰減倍數(shù)υ；衰減倍數(shù)υ控制值的確定須經(jīng)得起傳熱傳濕理論及實(shí)踐檢驗(yàn)。為此筆者選擇兩幢具有代表性的住宅進(jìn)行現(xiàn)場測定分析。其一為試點(diǎn)住宅，位于哈爾濱市呼蘭縣。此住宅南向開窗1.35m×1.4m，其外層為單框雙玻窗，內(nèi)層為單層木窗；南向戶門設(shè)有門斗；東西向均不開窗，北向開1.2m×1.4m窗，但冬季封閉。外墻采用內(nèi)保溫復(fù)合墻體，屋面構(gòu)造亦將保溫材料置于內(nèi)側(cè)，其構(gòu)造形式如此所示。

測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)晝間平均氣溫達(dá)15℃，夜間平均氣溫達(dá)7℃。夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)均無結(jié)露現(xiàn)象，清晨5:00升火做飯，6:00墻面發(fā)現(xiàn)少量露水，7:00露水消失。

通過一個(gè)冬天的使用，用戶反映：外圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本處于干燥狀態(tài)，更無結(jié)冰霜現(xiàn)象，室內(nèi)熱舒適環(huán)境良好。實(shí)踐表明，此住宅節(jié)能保溫效果很好，消除了傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居的熱工質(zhì)量問題；又因在纖維板內(nèi)表面貼了墻壁紙，使整個(gè)住宅既節(jié)能、保溫又舒適宜人，并具有良好的視覺效果，因此深受當(dāng)?shù)卮迕駳g迎。

作為對(duì)比，選定同樣平面形式、外墻為370磚墻（衰減倍數(shù)υ＝2.09）的住宅進(jìn)行測試及分析。該住宅室內(nèi)除設(shè)有火炕外，還設(shè)有效率不錯(cuò)的土暖器。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然暖器燒得燙手，但其結(jié)露及結(jié)冰霜的嚴(yán)重程度無明顯改善。

3結(jié)論

通過對(duì)試點(diǎn)住宅的實(shí)測及使用情況分析，筆者認(rèn)為對(duì)外墻和屋頂?shù)臒峁ぴO(shè)計(jì)，應(yīng)以圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面衰減倍數(shù)υ值不大于1.3為控制指標(biāo)。據(jù)此筆者認(rèn)為，北方鄉(xiāng)村民居外墻應(yīng)放棄使用單一材料，轉(zhuǎn)而采用內(nèi)保溫節(jié)能復(fù)合墻體。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)，應(yīng)以簡單、易施工、耐久、造價(jià)低及符合建筑物節(jié)能保溫原理為前提。為便于廣大村鎮(zhèn)居民和建筑設(shè)計(jì)人員直接選用，現(xiàn)提出各種類型墻體構(gòu)造形式及計(jì)算一覽表。

此序號(hào)雖僅至10，參閱備注便知實(shí)際種類很多。序號(hào)7實(shí)為試點(diǎn)住宅的參數(shù)（υ＝1.27），實(shí)踐已表明各項(xiàng)功能足夠好。顯然，υ值越小越好。

對(duì)于屋頂，當(dāng)采用鋼筋混凝土板時(shí)，υ＝2.298，不可用。凡頂棚采用吊頂，其內(nèi)填充保溫材料，保溫材料采用150mm以上塑料袋裝膨脹珍珠巖、火山灰、稻殼（有蟲、鼠害）、木屑（有蟲、鼠害）等輕質(zhì)松散材料時(shí)，υ值均小于1.3，可用。

對(duì)外墻的構(gòu)造形式，尚需說明如下：

（1）采用松散保溫材料時(shí)，應(yīng)做防潮處理（如采用塑料袋密封包裝），可不設(shè)聚濕層。

（2）采用吸濕性高的保溫材料時(shí)，應(yīng)設(shè)聚濕層。因?yàn)槭覂?nèi)水蒸氣分壓力遠(yuǎn)大于室外，所以室內(nèi)水蒸氣傳向室外過程中必將在承重層內(nèi)表面冷凝，致使保溫材料外表面濕度增大。在保溫材料兩側(cè)形成由外向內(nèi)的水密度梯度，從而使全部保溫材料受潮。

（3）對(duì)吸濕性不高的保溫材料，如聚苯乙烯泡沫塑料等亦可不設(shè)聚濕層。筆者認(rèn)為高壓噴涂聚苯乙烯所形成的保溫層的效果是理想的。

總之，北方傳統(tǒng)鄉(xiāng)土民居要得到良好的提高和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國住宅的戰(zhàn)略目標(biāo)——節(jié)能，只有從理論和實(shí)踐上對(duì)其平面設(shè)計(jì)、節(jié)能措施、室內(nèi)熱舒適度、建筑材料等方面進(jìn)行深入的研究，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)去指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)，才能使傳統(tǒng)的民居向更健康的方向發(fā)展?！?/p>