鄉土民居節能
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簡介：論述北方傳統鄉土民居節能優勢，分析其存在的問題，從而提出改進鄉土民居的途徑與措施。
關鍵字：寒冷地區鄉土民居節能
一節能優勢
我國北方傳統鄉土民居積累了幾百年的經驗，當地的人們結合自然氣候、因地制宜，以最簡便的手法、極低的能耗創造了宜人的室內居住環境，與城市住宅相比，具有明顯的熱舒適及節能優勢。主要表現在以下幾個方面。
（1）平面布局北方傳統鄉土民居一般采用南北向布置，入口及生活用房設在南向最佳位置，輔助用房設在北向。入口設置門斗，減少冷風滲透。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，是一種有利于節能的布局形式。
（2）窗北方傳統鄉土民居南向開大窗，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，經實測窗的熱阻值提高2.4倍，而其價格僅10元/m2左右，是花錢不多、效果甚佳的保溫節能措施。北向開高側小窗，僅用于夏季通風，多數居民在冬季用草簾或土坯將其封閉。一些地區冬季在雙層木窗上加設一層塑料薄膜，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，以防止冷風滲透。
（3）墻體材料北方鄉土民居擁有其獨特的建筑材料體系，除使用實心粘土磚外，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、草泥拉合辮等節能保溫材料。這些材料不僅節省其制作時所用的能耗，而且經測試，其保溫效果均優于實心粘土磚。
（4）供熱系統與采暖方式北方鄉土民居靠火炕、火墻、地炕等，通過每天三頓飯的生活熱來采暖，有時在睡前適量補燒火炕，所用燃料多為植物秸桿、茅草及少量的煤。此是對寒冷地區鄉村某農戶家冬季一晝夜各項溫度測試結果。
從此中可看出，盡管室內溫度很低，但炕面溫度卻在45℃～33℃之間。也就是說，炕面區域始終處于較舒適的溫熱狀態，貼近炕面區存在一定范圍的、比遠炕區舒適的溫度場空間。北方農民的冬季活動范圍主要局限于火炕上。他們在炕上用餐、學習、做家務、會客、就寢等。人體對于氣溫最為敏感的部位是腳，而農民腳部常接觸的是炕面。因此，盡管室內大部分空間氣溫較低，且處于溫度不斷變化的波動之中，但農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，將室內外氣候、人體所處微氣候環境及人體晝夜熱舒適感合理結合起來，提供有益于人體健康的微小熱舒適環境，較為科學地創造出相對舒適的室內熱環境。此類做法已引起國際上的重視。
二問題與缺陷
與此同時，北方傳統鄉土民居還存在許多熱工方面的缺陷：室內氣溫較低；因外墻內表面溫度過低，人體長波熱輻射失熱量大而產生寒冷感；室內相對濕度大而產生不舒適感；四個外墻轉角結霜、結冰較嚴重；外墻角50cm以外主體部位墻面結露、結霜亦多見。在每年最寒冷的二三個月時間里，上述問題更加嚴重：角部結冰厚度可達1cm以上；每天中午過后，外墻主體部位內表面經常大面積淌水；墻體吸濕后，導熱系數增大，保溫狀況更加惡化；廚房、倉庫等輔助房間，結冰、結霜現象更為嚴重，且長時間不融化。雖然上述各部位造成現行狀況的具體原因有差異，但均系各部位內表面溫度低于露點和冰點所致。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，導致夜間室溫過低（常常在0℃以下），清晨墻體各部位內表面溫度亦過低，清晨升火后熱空氣遇到低溫墻面后，結露是必然的現象；
（3）墻體內層材料的蓄熱系數大，其對流的熱量不足以使內表面溫度高于露點和冰點。
三改進探索
1“問題”的啟示
實踐及理論分析表明，靠火炕采暖的鄉村民居，無論370磚墻，還是490磚墻，所出現的熱工問題基本相同。顯然，單一材料墻體不適于北方鄉村民居，應尋求一種新型構造的墻體。這種新型圍護結構（主要指外墻和屋頂）的熱工設計不僅應具備足夠的熱阻，而且應依據現行鄉村住宅的實際熱環境之特征，能在升火后盡量短的時間內使圍護結構內表面溫度迅速提高至高于室內露點溫度，以清除露水。這就要求圍護結構內表面在熱的作用下，應對諧波熱作用反應敏感。由此我們引入室內空氣到圍護結構內表面的衰減倍數υ作為鄉村住宅外圍護結構的熱工評價指標之一。顯然衰減倍數υ越小越好。由衰減倍數υ計算可知，墻體內側第一、第二層材料熱物理性能對其影響最大。這提示我們：在確定外圍護結構的構造形式時，輕質高效保溫材料須設在內兩層。若第一層采用重質材料，其外側再加保溫層，效果均不明顯。項目組將該理論應用于工程實踐，通過對試點住宅的實測分析及使用調查發現：該構造形式節能保溫效果很好，消除了傳統住宅的熱工質量問題。
2實例對照
由上述分析可以看出，解決北方傳統鄉土民居熱工問題的關鍵是：在圍護結構具備足夠熱阻的同時，還應控制圍護結構的衰減倍數υ；衰減倍數υ控制值的確定須經得起傳熱傳濕理論及實踐檢驗。為此筆者選擇兩幢具有代表性的住宅進行現場測定分析。其一為試點住宅，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，內層為單層木窗；南向戶門設有門斗；東西向均不開窗，北向開1.2m×1.4m窗，但冬季封閉。外墻采用內保溫復合墻體，屋面構造亦將保溫材料置于內側，其構造形式如此所示。
測試結果發現，室內晝間平均氣溫達15℃，夜間平均氣溫達7℃。夜間圍護結構均無結露現象，清晨5:00升火做飯，6:00墻面發現少量露水，7:00露水消失。
通過一個冬天的使用，用戶反映：外圍護結構基本處于干燥狀態，更無結冰霜現象，室內熱舒適環境良好。實踐表明，此住宅節能保溫效果很好，消除了傳統鄉土民居的熱工質量問題；又因在纖維板內表面貼了墻壁紙，使整個住宅既節能、保溫又舒適宜人，并具有良好的視覺效果，因此深受當地村民歡迎。
作為對比，選定同樣平面形式、外墻為370磚墻（衰減倍數υ＝2.09）的住宅進行測試及分析。該住宅室內除設有火炕外，還設有效率不錯的土暖器。測試結果發現，雖然暖器燒得燙手，但其結露及結冰霜的嚴重程度無明顯改善。
3結論
通過對試點住宅的實測及使用情況分析，筆者認為對外墻和屋頂的熱工設計，應以圍護結構內表面衰減倍數υ值不大于1.3為控制指標。據此筆者認為，北方鄉村民居外墻應放棄使用單一材料，轉而采用內保溫節能復合墻體。外圍護結構的構造設計，應以簡單、易施工、耐久、造價低及符合建筑物節能保溫原理為前提。為便于廣大村鎮居民和建筑設計人員直接選用，現提出各種類型墻體構造形式及計算一覽表。
此序號雖僅至10，參閱備注便知實際種類很多。序號7實為試點住宅的參數（υ＝1.27），實踐已表明各項功能足夠好。顯然，υ值越小越好。
對于屋頂，當采用鋼筋混凝土板時，υ＝2.298，不可用。凡頂棚采用吊頂，其內填充保溫材料，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）等輕質松散材料時，υ值均小于1.3，可用。
對外墻的構造形式，尚需說明如下：
（1）采用松散保溫材料時，應做防潮處理（如采用塑料袋密封包裝），可不設聚濕層。
（2）采用吸濕性高的保溫材料時，應設聚濕層。因為室內水蒸氣分壓力遠大于室外，所以室內水蒸氣傳向室外過程中必將在承重層內表面冷凝，致使保溫材料外表面濕度增大。在保溫材料兩側形成由外向內的水密度梯度，從而使全部保溫材料受潮。
（3）對吸濕性不高的保溫材料，如聚苯乙烯泡沫塑料等亦可不設聚濕層。筆者認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，北方傳統鄉土民居要得到良好的提高和發展，實現我國住宅的戰略目標——節能，只有從理論和實踐上對其平面設計、節能措施、室內熱舒適度、建筑材料等方面進行深入的研究，以先進的科學技術去指導建筑設計，才能使傳統的民居向更健康的方向發展。□
