夏热冬冷地区农村住宅节能设计要点分析

柳红明 张帅伟

吉林建筑大学，研究生学院（130118）

根据我国建筑气候区划，“夏热冬冷”是我国长江流域及其周边区域的典型气候环境特征，夏热冬冷地区涉及到16个省、自治区、直辖市（如图1所示），主要指江浙、湖南、湖北、河南、四川、安徽等部分区域。该地区面积约180万km2，一年中最热的一个月平均气温为25～30℃，其中有15～25d是温度高于35℃的酷热天气，最高气温可达41℃；
另外一年中最冷一个月平均气温为0～10℃，其中温度低于5℃的天数有2-2.5个月，最低气温可至-18℃。加之该区域内水系丰富和年降雨量大等综合原因，使该地区形成了夏天闷热、冬季湿冷的主要气候特点[1-2]。

图1 中国建筑气候区划图

“冬暖夏凉”的家居环境的理想是人们一直所追求的，随着人们生活水平的普遍提高，加之近年来气候反常及环境问题频发，我国的采暖需求线也随之南移，在夏热冬冷地区的农村住宅建筑中，由于地理位置差异、住宅建造工艺不同和生活群体对夏季降温和冬季取暖需求的提高和保温隔热方面的不重视，导致节能措施的应用与农宅的实际情况脱节，热工性普遍较差。

一方面，由于地区的农村住宅建筑普遍是无规划、无建筑设计的自发建设（如图2所示），导致农宅在使用中存在功能不合理、通风采光不好、建筑空间浪费（如层高达到4m）和房屋质量存在隐患等状况。如外墙普遍为实心黏土砖与水泥砂浆粉刷或部分粘贴磁砖习惯做法，导致房屋围护结构保温性能差。屋面一般是现浇混凝土，很少有保温层或通风间层，造成居住舒适性差。建筑技术的落后与质量意识淡薄，使得农村住宅建筑的外部结构普遍缺少一个良好的冬季保温、夏季隔热措施。

图2 嘉兴地区农村住宅现状

另一方面，由于人们在农村对有关节能宣传、教育和培训的关注不多，大多数农村居民对建筑节能没有概念，认识程度不够。目前我国大部分地区农村生活用能仍以生物能源为主，取暖、做饭依靠柴草和农作物秸秆，热效率低，耗能量大。加之居民对夏季降温设施和其他冬季取暖设备的自行安装，在居住环境上不仅没有得到真正的改善，还因此增加了生活群体的额外支出，更导致资源的浪费。更甚是在近年，全国各个地区出现了煤荒和电荒现象。因此夏热冬冷地区居住建筑节能政策的强制执行是经济和社会发展的必然选择，是发展节约型社会的重要途径，更是改善人们居环境质量的必由之路[3]。

农宅建筑的节能设计要从整体规划设计及单体设计两个方面入手。在整体规划布局中，要强调建筑与环境的关系，解决住宅与地形、地貌、植被、水土、风向、日照、气候等关系。在设计开始阶段，要结合当地太阳辐射量、大气环流、地貌特征等因素的影响，建筑布局因地制宜，通过设计手段来形成建筑群体布局内微气候环境，主要体现在建筑朝向、体型、间距、选址、布局、太阳辐射、道路布局、外部空间环境、冬季主导风向等方面。

单体设计时从设计本身出发，着重于改变传统不符合建筑节能、节地的建房习惯，如房屋越建越大及层高越来越高等。设计中，对建筑平面布局、体型体量和墙面积比的设计，不仅要适应农村的生产方式和农民的生活习惯，还要遵循“节地、节能”的原则，满足紧凑、合理、适用、卫生、安全的要求。另一方面是运用现代建筑技术进行现代演绎，建筑风格应结合传统和地域，创造既具有传统功能，又能适应现代生活和生产方式的新农村住宅（如图3所示）。

图3 浙江富阳农村住宅改造设计

3.1 农宅建筑群体布局设计

在对建筑群进行布局时要参考当地的环境情况，做出科学合理的规划方案。对整体进行规划设计时，要将室外的气候特点进行数字化的记录，然后模拟出动态的气候模型。这样就可以根据不同的室外气候变化，来设计不同的方案，对建材的选择、对门窗的设计、主体结构的设计都可以有所帮助。而且，对室外气候条件的记录越精细，其动态描述也会更加贴近实际，可以大大降低建筑不必要的能耗[4-5]。

同时，合理的规划布局会使建筑物之间形成微气候。如在河南邓州白东村建设规划中，将周边环境资源整合到建筑群体布局设计中去，在保留原河道自然线形的基础上，配以亲水平台、叠石、连廊、绿化景观和小游园，通过运用蜿蜒的曲线，与农宅联系在一起，不仅形成层次多元水系景观，还改善建筑群之间的微气候影响，进一步实现节能效果。统一朝向的建筑群在布局上更显得整齐有序，增大了受光面积，建筑之间的通风更流畅。建造住宅时，采用前后交错的排列方式不但节约了土地，增大了光照面积，也增加了住宅的室外活动空间。

3.2 农宅建筑围护结构保温隔热设计

农宅建筑节能设计过程中，首先要对围护结构设计的相关问题进行充分考虑，满足整体节能降耗的设计需求。建筑建的外围护结构，其保温隔热的技术体系主要由外墙、屋面、地面以及门窗的组成。对于建筑的保温材料建议应较多的采用EPS(聚苯板)、XPS(挤塑u苯板)及岩棉。

在进行保温体系选择的时候，一般有外墙内保温和外墙外保温两种保温方法。由于受到经济发展和施工工艺等因素的影响，可以选择投资成本较低及施工工艺较为简单的外墙内保温体系。而相对于外墙内保温，外墙外保温体系整体效果更佳（如图4所示），随着经济效益和施工技术水平的发展，这种保温形式被越来越广泛地接受并应用。

图4 建筑结构外墙内保温做法

3.3 自然采光通风的应用

节能建筑设计中，利用自然进行通风和采光是必不可少的。根据各个房间热环境的需求量进行居住空间的设计，如住宅中卧室是主要居住空间，即将其作为第一活动空间，从采光得热和太阳辐射的角度上来看，应该对卧室进行主要房间设置。自然采光设计有以下几个基本步骤:确定性能目标、确定自然采光的基本策略、确定外窗的基本策略、窗玻璃材料的选择、开天窗的策略、与人工照明的整合。如在建筑设计的过程中，利用导光板进行采光（如图5所示）。在高强度反射的原理下，导光板可以将很远处的光进行反射。只要设计好角度，就可以使足够的自然光进入到建筑物中[6]。

图5 屋顶导光板采光

如杭州米市巷社区的建筑改造运用了导光板等外在手段。导光板的工作原理是采用反光材料制成，但此种材料的反射强度必须在高频的条件下，如铝制材料就比较适用。导光板可以将光源在更远的距离外进行反射，使阳光在建筑物顶部进行散射，它可以调节进入房屋当中的阳光数量，减少室内照明能源消耗，避免阳光刺眼等现象发生。为了使住宅建筑获得最好的自然通风效果，应该根据建筑所在区域位置结合当地主导风向，从户型平面布局上保证进出风口对应设置，将居室门窗位置相对设置，以便形成利于空气自然流通的风道，降低夏季能耗的需求。通过对当地风向的研究，进行窗户的设计，采取“穿堂风”的方式，让大量的自然风进入到房屋中。这样，夏天也可以减少空调的使用频率，节约资源。

3.4 农宅建筑屋面设计

屋顶可以使用架空保温屋面的构造，其与传统的小青瓦坡屋顶相似（如图6所示），一方面是能够对太阳光起到一定的遮挡作用，另一方面可以通过遮阳面上下空间空气的流通从而带走遮阳面的温度，可以兼顾到屋顶通风和保温两种需求，可以使得温度在屋顶的传递过程中逐渐削弱，同时可以在墙体两面墙设置进风口和通风口，使得屋顶空气得以更好的流通，在冬季则将进风口和通风口关闭，使得屋顶温度得以保持。这种设置也满足农村居民将屋顶设置为晒场和储藏空间的需求，同时避免屋面受到太阳的直接照射[7]。

图6 屋面架空隔热原理

总而言之，农村住宅节能是一个系统工程，影响因素重多而且复杂，单独强调某个方面，都很难达到综合节能目标。在我国大力提倡绿色节能建筑的大背景下，节能减排，发展绿色建筑模式势在必行。同时重视建筑物所在的地理位置的环境气候和人文生活习惯，在建筑质量达到建筑标准的基础上实现环保节能。

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