曲基臣 王麗穎

1 嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑現(xiàn)狀

1.1 自然特征

我國(guó)幅員遼闊，自然主要特征是復(fù)雜性和多樣性。不同省市地區(qū)各有特點(diǎn)，農(nóng)村風(fēng)貌均有所差別。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷優(yōu)化，人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來越高，提倡“綠色宜居”的居住方式。

據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176—2016）[1]，嚴(yán) 寒 地 區(qū) 分 為A區(qū)、B 區(qū)和C 區(qū)（表1），本文主要討論嚴(yán)寒C 區(qū)即分布于東北地區(qū)及內(nèi)蒙古、新疆、青海、西藏等地的農(nóng)宅建筑。嚴(yán)寒C 區(qū)年溫差大，冬季時(shí)間長(zhǎng)，凍土較厚且伴隨降雪，采暖度日數(shù)（HDD18）在3800≤HDD18≤5000。

表1 建筑熱工二級(jí)區(qū)劃指標(biāo)及設(shè)計(jì)原則

1.2 農(nóng)宅建筑現(xiàn)狀

我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村人口眾多，受自然環(huán)境、人文和歷史因素影響，各地方發(fā)展也有所不同，但主要以農(nóng)耕為主。農(nóng)宅建筑形式變化多樣，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量不斷提高，根據(jù)農(nóng)戶生產(chǎn)和生活的變化不斷改造完善，形成適用于當(dāng)下的農(nóng)宅建筑形式。農(nóng)宅建筑的規(guī)模取決于宅基地的大小，且農(nóng)宅建筑面積占用整個(gè)宅基地的40%左右。農(nóng)宅建筑面積越大則建筑內(nèi)部空間尺度相對(duì)越大，功能空間數(shù)量也越多，也會(huì)根據(jù)農(nóng)戶家庭成員來設(shè)置。農(nóng)宅建筑在層數(shù)上多以單層農(nóng)宅為主要形式，自建房高度在3.2 m 左右，最多不超過4 m。農(nóng)宅建筑形式多以屋面結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，分為用預(yù)制混凝土板制成的平房和瓦片制成的瓦房，也有的用彩鋼板制成屋面，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。從開間的角度分為2 間、3 間或4 間房。農(nóng)宅形式大多根據(jù)使用者的生活和生產(chǎn)功能進(jìn)行劃分，在使用上分為起居為主的臥室、次間和用于炊事、餐飲的廚房、客廳等構(gòu)成。農(nóng)宅建筑的主入口一般設(shè)置在南側(cè)中間位置，有后院的也會(huì)在北側(cè)設(shè)置一個(gè)次入口。交通空間聯(lián)系各個(gè)功能空間，且作為主要的家庭公共活動(dòng)空間、會(huì)客空間、餐飲空間使用，一般面積較大。廚房的灶臺(tái)與臥室的火炕相連，兼顧炊事與采暖功能，臥室一般較大。如今隨著社會(huì)發(fā)展，農(nóng)村人口比以往少，臥室空間部分閑置，對(duì)私密性和舒適度需求較高，多采用隔斷進(jìn)行分隔，分隔出來的房間根據(jù)居住者的使用需求，用于儲(chǔ)存、會(huì)客、書房及梳妝等。存儲(chǔ)空間一般設(shè)置在北側(cè)，對(duì)采光采暖要求較低，多以儲(chǔ)存糧食，放置雜物為主。農(nóng)宅建筑整體構(gòu)造較差，功能空間使用不明確，舒適度較低。

1.3 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

農(nóng)宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括外墻、門窗、屋頂和地面。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大多沒有保溫措施，普遍存在保溫性能弱、施工質(zhì)量差、氣密性不良及透風(fēng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致農(nóng)宅建筑整體熱工性差，室內(nèi)熱環(huán)境舒適度很低。

外墻是農(nóng)宅建筑中最重要的構(gòu)件，是熱能交換與損失的主要途徑，多以土墻和磚墻為主。目前，嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑多以實(shí)心粘土磚為主要墻體材料，通過水泥砂漿進(jìn)行砌筑，由于材料獲取容易、耐久性強(qiáng)、承重性高及價(jià)格相對(duì)低廉，且具有一定的防火性、隔熱性、防潮性，因而被廣泛使用。

門窗是農(nóng)宅建筑中熱損失最大的構(gòu)件。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑的窗墻普遍較大，且窗戶多以木窗和單層的塑鋼窗為主，玻璃材質(zhì)單薄、質(zhì)量較差。隨著時(shí)間的推移，如門窗不加以定期維護(hù)，將出現(xiàn)腐蝕老化，極易發(fā)生形變，且滲雨、結(jié)露等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，使得墻體發(fā)霉，直接降低建筑的使用壽命。

屋頂多以粘土及草坯混合、結(jié)合屋面瓦制成的坡屋頂和預(yù)制混凝土板制成的平屋頂為主。為保證一定的保溫性能，屋頂一般建造得相對(duì)較厚，但由于屋面的材料性能低，施工技術(shù)差，年久失修，則容易出現(xiàn)滲風(fēng)、漏水的情況；而且雖然增加了一定厚度，但也無法避免產(chǎn)生較高的能耗。

1.4 能源利用的現(xiàn)狀

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑采暖期較長(zhǎng)，一般持續(xù)5—6 個(gè)月，基本以火炕的方式進(jìn)行采暖，通過燃燒煤炭、玉米秸稈和稻草等獲取熱能，為起居空間帶來溫度，并用以烹飪食物和燒熱水。采用土暖氣也是常見的采暖方式，土暖氣由爐子和散熱片構(gòu)成，結(jié)合火炕共同供熱，一般在采暖季使用，大多以燃煤、燃柴為主要方式。隨著人們生活水平的提升，電采暖進(jìn)入人們的視野，如空調(diào)、電暖器等電采暖設(shè)備。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑基本都是自行供熱，對(duì)可再生能源的利用很少。

2 嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑超低能耗改造技術(shù)概述

2.1 超低能耗的概念

超低能耗建筑是指適應(yīng)氣候特征和自然條件，通過保溫性能、隔熱性能和氣密性能更高的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖和供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供更舒適的室內(nèi)環(huán)境，并能滿足綠色基本要求的建筑。

2.2 超低能耗技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

為貫徹國(guó)家有關(guān)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的法律法規(guī)和政策，提高能源利用效率，進(jìn)一步降低居住建筑能耗，提升居住建筑品質(zhì)，規(guī)范超低能耗居住建筑設(shè)計(jì)，我國(guó)出臺(tái)了很多標(biāo)準(zhǔn)，但目前仍沒有針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑制定超低能耗相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)嚴(yán)寒C 區(qū)農(nóng)宅建筑應(yīng)用超低能耗改造技術(shù)的目前情況進(jìn)行研究，參考了《建筑節(jié)能與可再生能源利用規(guī)范》（GB 55015—2021）、吉林省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB22/T 5129-2022）等相關(guān)節(jié)能規(guī)范。

2.3 超低能耗改造技術(shù)原則

充分考慮嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村原有風(fēng)貌，結(jié)合農(nóng)村傳統(tǒng)農(nóng)宅建筑形式，因地制宜地在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過超低能耗技術(shù)進(jìn)行改造，盡量避免對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)宅原有結(jié)構(gòu)造成破壞，避免采取荷載大的措施進(jìn)行改造，以充分考慮農(nóng)宅的安全性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。在施工時(shí)間方面，避免在雨雪季、寒冷季開展施工；在工藝方面，選擇周期相對(duì)短、施工更方便的形式進(jìn)行改造。在材料上，充分考慮改造地域所需材料“有”和“無”的情況，盡量就地取材，著重考慮經(jīng)濟(jì)因素，減少材料的運(yùn)輸費(fèi)用，最好選取性價(jià)比高、保溫性能強(qiáng)、對(duì)施工工藝要求低的材料進(jìn)行改造[2]。

2.4 嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑超低能耗技術(shù)改造的可行性

我國(guó)正處在全面發(fā)展的關(guān)鍵階段，能源與環(huán)境問題與日俱增，解決能源問題成為備受關(guān)注的話題。尤其是在嚴(yán)寒地區(qū)能源問題嚴(yán)峻的情況下，超低能耗改造技術(shù)成為解決農(nóng)村地區(qū)能耗高、環(huán)境質(zhì)量差的問題的必要手段。在政策上，我國(guó)針對(duì)超低能耗建筑出臺(tái)的發(fā)展政策和經(jīng)濟(jì)政策越來越多，旨在大力推動(dòng)超低能耗建筑發(fā)展。在技術(shù)方面，隨著超低能耗改造技術(shù)的日益成熟，國(guó)內(nèi)外超低能耗建筑的數(shù)量急劇增加，超低能耗技術(shù)領(lǐng)域人才輩出。通過國(guó)家現(xiàn)有政策的推行、建筑材料的不斷發(fā)展，以及技術(shù)能力的不斷提高，運(yùn)用超低能耗技術(shù)對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑進(jìn)行改造，具有較大的可行性。

3 嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑能耗的影響因素

3.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)宅能耗的影響

農(nóng)宅建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱功性能是影響農(nóng)宅建筑整體能耗的直接因素，嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑熱功能性差，所以能耗很高。外墻的傳熱量占農(nóng)宅建筑整體能耗的30%～40%，外門窗占60%～70%，屋面占約10%。通過運(yùn)用超低能耗技術(shù)，可以提升農(nóng)宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，降低由于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的能耗。

3.2 熱橋?qū)r(nóng)宅能耗的影響

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于材料傳熱系數(shù)不同、導(dǎo)熱系數(shù)不同，以及受室內(nèi)外溫差的影響，在傳熱過程中，材料的溫差較大，導(dǎo)致熱流相對(duì)密集的區(qū)域與主墻體傳熱相比，成為熱量損失的橋梁。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑溫差較大，無疑加劇了熱橋的產(chǎn)生，在利用超低能耗技術(shù)對(duì)農(nóng)宅建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)改造時(shí)要充分考慮熱橋問題，避免造成額外的能耗。

3.3 氣密性對(duì)農(nóng)宅能耗的影響

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑冷空氣的滲透，多是由于外窗和外門性能差（如常用的木門木窗老舊、縫隙大），空氣置換加速了室內(nèi)熱量的流失等因素引起。外墻和屋面由于施工質(zhì)量差或材料使用不當(dāng)，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開裂、破損、老化和發(fā)霉等情況屢見不鮮。采取合理的措施對(duì)其進(jìn)行改造，提升外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性，是降低能耗的重要途徑。

3.4 可再生能源對(duì)農(nóng)宅能耗的影響

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑大多不使用可再生能源，以直接燃燒煤炭、木柴、秸稈及稻草為主要形式，然而燃料不能充分燃燒，且造成大量的溫室氣體，嚴(yán)重影響了環(huán)境質(zhì)量?？衫蒙镔|(zhì)能，通過秸稈、稻草等結(jié)合工藝進(jìn)行燃料加工，形成綠色能源，使其充分燃燒，則不排放污染氣體，提升了燃料利用率?？衫锰柲埽幸环N被動(dòng)式的利用方法，即采用附加陽光房的方式，通過圍合的陽光間儲(chǔ)存太陽能，為農(nóng)宅室內(nèi)空間存取熱能。這種方式既提升了農(nóng)宅的保溫效果，降低了能耗，又豐富了農(nóng)宅空間的功能性。

4 嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑超低能耗改造技術(shù)措施

4.1 外墻超低能耗改造技術(shù)措施

本文主要研究在保留傳統(tǒng)農(nóng)村農(nóng)宅建筑風(fēng)貌的前提下，探討滿足嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村既有農(nóng)宅建筑超低能耗改造性能的夾心保溫體系的構(gòu)造做法和無熱橋施工方法。采用保溫一體化板，將保溫與裝飾結(jié)合在一起，這是現(xiàn)代保溫與傳統(tǒng)裝飾緊密結(jié)合在一起的新技術(shù)。在外墻超低能耗改造技術(shù)中，外墻外保溫節(jié)能裝飾板的問世，引發(fā)全國(guó)乃至全世界外墻保溫行業(yè)新一輪的“技術(shù)革命”。它以“節(jié)能耐用”的領(lǐng)先理念，成為行業(yè)中的新一代高科技產(chǎn)品。此外，其價(jià)格低，每平方米90 ～120 元，施工方便，不用二次施工，保溫層可用巖棉、聚乙烯等材料，傳熱系數(shù)0.213 ～0.360 W/（m2·K），設(shè)計(jì)厚度120 ～150 mm，大大提高了農(nóng)宅建筑的保溫性能，降低了能耗[3]。

4.2 屋面超低能耗改造技術(shù)措施

在對(duì)屋面進(jìn)行超低能耗改造時(shí)要拆除原有屋面，只保留屋面基層，防止由于原有屋面潮濕、破損和開裂等問題影響農(nóng)宅改造的效果?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況，考慮選用以下措施：

1）對(duì)于既有或新建農(nóng)宅的坡屋面，可以先在屋面板上部鋪一層薄膜，作為隔氣層；然后在隔氣層上鋪一層苯板或進(jìn)行聚氨酯噴涂，作為保溫層。

2）采用目前常用的屋頂保溫方式，即在屋頂上表面鋪設(shè)一定厚度的松散保溫材料（如煤渣、草泥、干草、礦棉、膨脹珍珠巖和膨脹蛭石等），或者板狀保溫材料（如聚苯板、膨脹珍珠巖板等），外表面做防水處理，可有效提高屋頂?shù)谋匦阅堋?/p>

3）北方農(nóng)村常見的坡屋頂住宅，其內(nèi)部常設(shè)有吊頂，在吊頂上鋪設(shè)保溫層的做法更加簡(jiǎn)單，而且成本更低?？梢允褂玫谋夭牧习溈?、鋸末、膨脹聚苯板和袋裝聚苯顆粒等，膨脹聚苯板保溫可以與吊頂施工結(jié)合處理，以減少板間縫隙，其他幾種材料可以直接鋪撒在吊頂表面，但應(yīng)注意防火處理[4]。

4.3 外窗超低能耗改造技術(shù)措施

采用更換窗戶的方式進(jìn)行改造，選用傳熱系數(shù)低、性能好的窗戶，例如斷橋鋁、鋁木復(fù)合窗和塑料窗等；也可以在窗戶的選用上進(jìn)一步優(yōu)化，例如提升現(xiàn)有單隔斷鋁木鋁窗的保溫性能，在現(xiàn)有性能的基礎(chǔ)上，通過不同型材組合優(yōu)化、等溫線設(shè)計(jì)和連接方式設(shè)計(jì)等手段，重點(diǎn)研究傳熱系數(shù)達(dá)到0.8 W/（m2·K）的“鋁+木隔斷+鋁+木隔斷+鋁”雙隔斷結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造做法，融合斷橋鋁窗強(qiáng)度高、鋁包木窗保溫性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了斷橋鋁窗保溫性能差、鋁包木窗內(nèi)木需維護(hù)修復(fù)等缺點(diǎn)。

施工時(shí)，需要嚴(yán)格控制熱橋問題的產(chǎn)生，在容易產(chǎn)生熱橋的部位進(jìn)行斷熱橋處理，在一些結(jié)構(gòu)性熱橋，如女兒墻部位、外墻與窗戶及外墻與屋頂?shù)倪B接部位采用連續(xù)保溫，以防止熱橋效應(yīng)；同時(shí)，在一些系統(tǒng)性熱橋，如與外墻相連的金屬結(jié)構(gòu)連接件采用隔熱墊塊，阻斷熱量傳遞[5]。

4.4 可再生能源的利用

太陽能作為最優(yōu)的可再生能源，取之不盡、用之不竭。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑太陽能資源豐富，利用太陽能是最好的選擇，因?yàn)槠浍@取簡(jiǎn)單，操作使用方便。嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑的屋面大多閑置，可充分開發(fā)并利用農(nóng)村各類閑置的屋頂資源，發(fā)展分布式屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)。每戶裝機(jī)20 kW 以上，每戶屋頂?shù)陌l(fā)電量即可滿足農(nóng)戶生活、生產(chǎn)、采暖、家電和汽車等全部用能?？刹扇　白园l(fā)自用余量上網(wǎng)”的模式進(jìn)行利用，剩余約30%進(jìn)行電力輸出，供給其他公共用能，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃煤、燃?xì)?、燃油和生物質(zhì)燃料，從而達(dá)到節(jié)能減排、降低能耗，改善農(nóng)村地區(qū)生活環(huán)境的目的。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)農(nóng)宅建筑超低能耗改造技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)存在的現(xiàn)狀及問題進(jìn)行具體研究，并對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑超低能耗改造技術(shù)的適用范圍加以分析，以期改善農(nóng)宅建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、提高房屋氣密性、降低農(nóng)宅建筑能耗、促進(jìn)使用可再生能源取代常規(guī)燃料。期望科技發(fā)展水平的持續(xù)提升，使超低能耗建筑的資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到更多應(yīng)用，從而減少對(duì)不可再生資源的損耗，改善人們的生活質(zhì)量與環(huán)境質(zhì)量。