乡土民居节能

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简介：论述北方传统乡土民居节能优势，分析其存在的问题，从而提出改进乡土民居的途径与措施。

关键字：寒冷地区乡土民居节能

一节能优势

我国北方传统乡土民居积累了几百年的经验，当地的人们结合自然气候、因地制宜，以最简便的手法、极低的能耗创造了宜人的室内居住环境，与城市住宅相比，具有明显的热舒适及节能优势。主要表现在以下几个方面。

（1）平面布局北方传统乡土民居一般采用南北向布置，入口及生活用房设在南向最佳位置，辅助用房设在北向。入口设置门斗，减少冷风渗透。为便于各房间利用做饭的余热取暖，平面以厨房（热源）为中心布局，最大限度地减少了热能的损失，是一种有利于节能的布局形式。

（2）窗北方传统乡土民居南向开大窗，白天可以吸收大量的太阳能，提高室温。窗上设棉、毯子、茅草、牛皮纸等材料做成的保温帘子或窗板，白天卷起，晚间放下。方法虽然很简单，但保温效果的确很明显。有的民居采用铝箔窗帘，经实测窗的热阻值提高2.4倍，而其价格仅10元/m2左右，是花钱不多、效果甚佳的保温节能措施。北向开高侧小窗，仅用于夏季通风，多数居民在冬季用草帘或土坯将其封闭。一些地区冬季在双层木窗上加设一层塑料薄膜，减少传热耗热量20%以上，且可以大量减少冷风渗透所造成的耗热量。门窗缝隙采用棉布条等封糊，以防止冷风渗透。

（3）墙体材料北方乡土民居拥有其独特的建筑材料体系，除使用实心粘土砖外，还使用大量与城市不同的地方材料，如火山浮石砌块、稻草板、粘土免烧砖、草泥拉合辫等节能保温材料。这些材料不仅节省其制作时所用的能耗，而且经测试，其保温效果均优于实心粘土砖。

（4）供热系统与采暖方式北方乡土民居靠火炕、火墙、地炕等，通过每天三顿饭的生活热来采暖，有时在睡前适量补烧火炕，所用燃料多为植物秸杆、茅草及少量的煤。此是对寒冷地区乡村某农户家冬季一昼夜各项温度测试结果。

从此中可看出，尽管室内温度很低，但炕面温度却在45℃～33℃之间。也就是说，炕面区域始终处于较舒适的温热状态，贴近炕面区存在一定范围的、比远炕区舒适的温度场空间。北方农民的冬季活动范围主要局限于火炕上。他们在炕上用餐、学习、做家务、会客、就寝等。人体对于气温最为敏感的部位是脚，而农民脚部常接触的是炕面。因此，尽管室内大部分空间气温较低，且处于温度不断变化的波动之中，但农民们的感觉仍是舒适的。火炕可以在不必特殊供热的条件下，将室内外气候、人体所处微气候环境及人体昼夜热舒适感合理结合起来，提供有益于人体健康的微小热舒适环境，较为科学地创造出相对舒适的室内热环境。此类做法已引起国际上的重视。

二问题与缺陷

与此同时，北方传统乡土民居还存在许多热工方面的缺陷：室内气温较低；因外墙内表面温度过低，人体长波热辐射失热量大而产生寒冷感；室内相对湿度大而产生不舒适感；四个外墙转角结霜、结冰较严重；外墙角50cm以外主体部位墙面结露、结霜亦多见。在每年最寒冷的二三个月时间里，上述问题更加严重：角部结冰厚度可达1cm以上；每天中午过后，外墙主体部位内表面经常大面积淌水；墙体吸湿后，导热系数增大，保温状况更加恶化；厨房、仓库等辅助房间，结冰、结霜现象更为严重，且长时间不融化。虽然上述各部位造成现行状况的具体原因有差异，但均系各部位内表面温度低于露点和冰点所致。究其原因主要为：

（1）墙体过薄，总热阻过小，有的甚至低于低限热阻；

（2）供热能源不足，以及一日三把火的间歇式供热，导致夜间室温过低（常常在0℃以下），清晨墙体各部位内表面温度亦过低，清晨升火后热空气遇到低温墙面后，结露是必然的现象；

（3）墙体内层材料的蓄热系数大，其对流的热量不足以使内表面温度高于露点和冰点。

三改进探索

1“问题”的启示

实践及理论分析表明，靠火炕采暖的乡村民居，无论370砖墙，还是490砖墙，所出现的热工问题基本相同。显然，单一材料墙体不适于北方乡村民居，应寻求一种新型构造的墙体。这种新型围护结构（主要指外墙和屋顶）的热工设计不仅应具备足够的热阻，而且应依据现行乡村住宅的实际热环境之特征，能在升火后尽量短的时间内使围护结构内表面温度迅速提高至高于室内露点温度，以清除露水。这就要求围护结构内表面在热的作用下，应对谐波热作用反应敏感。由此我们引入室内空气到围护结构内表面的衰减倍数υ作为乡村住宅外围护结构的热工评价指标之一。显然衰减倍数υ越小越好。由衰减倍数υ计算可知，墙体内侧第一、第二层材料热物理性能对其影响最大。这提示我们：在确定外围护结构的构造形式时，轻质高效保温材料须设在内两层。若第一层采用重质材料，其外侧再加保温层，效果均不明显。项目组将该理论应用于工程实践，通过对试点住宅的实测分析及使用调查发现：该构造形式节能保温效果很好，消除了传统住宅的热工质量问题。

2实例对照

由上述分析可以看出，解决北方传统乡土民居热工问题的关键是：在围护结构具备足够热阻的同时，还应控制围护结构的衰减倍数υ；衰减倍数υ控制值的确定须经得起传热传湿理论及实践检验。为此笔者选择两幢具有代表性的住宅进行现场测定分析。其一为试点住宅，位于哈尔滨市呼兰县。此住宅南向开窗1.35m×1.4m，其外层为单框双玻窗，内层为单层木窗；南向户门设有门斗；东西向均不开窗，北向开1.2m×1.4m窗，但冬季封闭。外墙采用内保温复合墙体，屋面构造亦将保温材料置于内侧，其构造形式如此所示。

测试结果发现，室内昼间平均气温达15℃，夜间平均气温达7℃。夜间围护结构均无结露现象，清晨5:00升火做饭，6:00墙面发现少量露水，7:00露水消失。

通过一个冬天的使用，用户反映：外围护结构基本处于干燥状态，更无结冰霜现象，室内热舒适环境良好。实践表明，此住宅节能保温效果很好，消除了传统乡土民居的热工质量问题；又因在纤维板内表面贴了墙壁纸，使整个住宅既节能、保温又舒适宜人，并具有良好的视觉效果，因此深受当地村民欢迎。

作为对比，选定同样平面形式、外墙为370砖墙（衰减倍数υ＝2.09）的住宅进行测试及分析。该住宅室内除设有火炕外，还设有效率不错的土暖器。测试结果发现，虽然暖器烧得烫手，但其结露及结冰霜的严重程度无明显改善。

3结论

通过对试点住宅的实测及使用情况分析，笔者认为对外墙和屋顶的热工设计，应以围护结构内表面衰减倍数υ值不大于1.3为控制指标。据此笔者认为，北方乡村民居外墙应放弃使用单一材料，转而采用内保温节能复合墙体。外围护结构的构造设计，应以简单、易施工、耐久、造价低及符合建筑物节能保温原理为前提。为便于广大村镇居民和建筑设计人员直接选用，现提出各种类型墙体构造形式及计算一览表。

此序号虽仅至10，参阅备注便知实际种类很多。序号7实为试点住宅的参数（υ＝1.27），实践已表明各项功能足够好。显然，υ值越小越好。

对于屋顶，当采用钢筋混凝土板时，υ＝2.298，不可用。凡顶棚采用吊顶，其内填充保温材料，保温材料采用150mm以上塑料袋装膨胀珍珠岩、火山灰、稻壳（有虫、鼠害）、木屑（有虫、鼠害）等轻质松散材料时，υ值均小于1.3，可用。

对外墙的构造形式，尚需说明如下：

（1）采用松散保温材料时，应做防潮处理（如采用塑料袋密封包装），可不设聚湿层。

（2）采用吸湿性高的保温材料时，应设聚湿层。因为室内水蒸气分压力远大于室外，所以室内水蒸气传向室外过程中必将在承重层内表面冷凝，致使保温材料外表面湿度增大。在保温材料两侧形成由外向内的水密度梯度，从而使全部保温材料受潮。

（3）对吸湿性不高的保温材料，如聚苯乙烯泡沫塑料等亦可不设聚湿层。笔者认为高压喷涂聚苯乙烯所形成的保温层的效果是理想的。

总之，北方传统乡土民居要得到良好的提高和发展，实现我国住宅的战略目标——节能，只有从理论和实践上对其平面设计、节能措施、室内热舒适度、建筑材料等方面进行深入的研究，以先进的科学技术去指导建筑设计，才能使传统的民居向更健康的方向发展。□