农村低能耗生态住宅设计实践探索

　　摘要：该文以现有农村经济现状为前提。总结归纳出数种适用于农村低能耗生态住宅的生态策略，并结合设计实践加以运用。

　　关键词：生态低能耗生态策略农村住宅

　　1研究意义及条件

　　3设计实践探索近年来随着我国农村经济的发展、农民生活水平的改善，农村的能源消耗也越来越大，如农村用电量每年正以15％左右的速度递增。可是目前我国农村能源利用率又非常低。因此迫切需要在农村提倡住宅节能，发展低能耗生态住宅。低能耗生态住宅不但有利于节省能源、保护环境，同时有利于提高住宅的舒适度、提高农民的生活质量，有利于加快其实现全面小康生活，有利于人们安居乐业。我国农村面积广，人口多，生态节能前景可观。与城镇相比农村在生态节能上具有更有利的条件：①农村的生态环境比城镇好；②可利用土地比较宽裕；③可利用水资源、生物能源等生态资源丰富。同时这些有利因素都为各种生态策略在农村的实现奠定了基础，提供了必备的条件。但目前我国农村经济还相对比较落后，人们对生态和节能的意识较弱，建筑构造技术较为落后，能源利用率偏低。其中经济落后是农村低能耗生态住宅推广最大的制约因素，因此研究和探索一种前期投入少，回报周期短，又符合生态节能要求，并提高居住舒适度的低能耗生态住宅是十分必要的。

　　2低能耗生态住宅设计策略

　　应用在生态建筑上的生态策略多种多样，但并非都适合于农村低能耗生态住宅。例如我国许多地方太阳能资源非常丰富，但由于目前太阳能光电板及集成系统价格昂贵(如功率为1w的光电板价格就为30～35元)，因此在我国农村暂时无法推广。对太阳能源的回收和利用普遍还停留在太阳能热水器的利用上。我们通过对农村经济现状和多种生态策略综合效用的分析，现筛选出几种比较适用于我国农村低能耗生态住宅的生态策略。主要有以下两个方面：①可再生能源的利用。目前在我国农村比较经济可行的方法和策略主要有沼气利用、太阳能热水利用、地下水的利用等；②建筑上的生态设计。经过综合分析，较适合农村低技术生态建筑上的生态策略有：建筑布局与方位、自然通风的利用、自然采光、绿化、地下水室蓄热蓄冷、建筑覆土、太阳房与蓄热墙、遮阳、隔热门窗、外围护结构的保温隔热等。低能耗生态建筑的设计，其理论并非十分复杂，关键在于生态策略的具体运用和实践，在于各种具体技术细部的处理。笔者下面着重通过设计实践探索上述多种生态策略和技术在夏热冬冷地区农村低能耗生态住宅方案设计中的应用。在进行生态建筑设计时，首先要分析当地自然地理条件，主要包括：热工分区、太阳辐射、主导风向、气温资料、地形地貌和水资源等自然因素。充分挖掘自然潜能，然后根据具体情况确定该建筑最适合采用哪几种生态策略。

　　案例概况：基地位于南京市郊区，场地基本乎整，整个院落面积为250m2(东西长13～14m，南北长19—20m)，要求住宅建筑面积为160m2左右，建好后的房子生态节能，并考虑院内停放～辆小型运输车。条件分析：南京郊区属夏热冬冷区域，年平均温度约为15．7℃，冬季最冷月份平均温度约为一2．1℃，夏季最热月份平均温度约为28．4℃。当地风向夏季以东南风、东风为主，冬季盛行东北风及东风。

　　3设计时需兼顾解决冬

　　季较冷和夏季炎热问题，特别是夏季的炎热问题。南京的纬度为32。3’26”，年日照时间为2ooO小时以上，太阳辐射在我国属于三类区(资源一般带)。根据气候条件等自然因素，设计中相应采用以下几种对策。

　　3．1利用沼气

　　在北向庭院的西北角设一体积为8m3的沼气池，可基本满足住户日常烧饭等需求。沼气利用在我国农村经济可行。一个8m3的沼气池，一年可产沼气350m3左右，造价仅千余元，而其产生的热值相当于800～1000奴煤。沼气相比液化石油气每年可节约燃料费500元以上，两年就可回收投资成本。

　　3．2采用太阳能热水系统

　　本方案安装了太阳能热水系统，在南向屋面上设置了太阳能集热板，并根据纬度计算出最佳得热屋面倾斜角度，南京地区最佳角度为30。。太阳能热水系统在农村低能耗生态住宅中运用可为住户提供日常热水。经计算一年可节约用电约2700度，以每度电0．5元计算，可节省电费开支约l350元。设计时还考虑了太阳能装置与建筑的有机结合，完美统一，不但不影响建筑外观而且能为建筑增添了技术色彩。

　　3．3利用地下水温空调降温

　　地下水具有冬暖夏凉四季恒温的特点，其自然冷能是一种可再生天然能源。水温空调利用地下水作为换热介质比常规空调具有更高效能比，运行费用低，只有一般空调的l／10。并且没有任何化学污染及废气排放。等量取水、还水、不浪费、不污染地下水源。水温空调在江南农村已有较多应用，水温空调是一种生态、环保的节能技术，在农村具有较大的推广价值。本方案采用了水温空调在夏季非常炎热时期进行辅助降温。

　　3．4建筑上的多种生态策略设计

　　(1)布局和方位

　　建筑主体布局紧凑、坐北朝南位于整个院落中部偏北，前后各形成一庭院。北向院落较小主要为日常杂务提供场地，设有水井一n、沼气池一个。南向院落考虑停放一辆小型运输车，并配置绿化和适当的菜·地，为住户提供一个舒适的室外活动场地(图I)。建筑物应有好的布局和朝向，早在我国古代风水学中就有关于住宅选址时要背阴向阳的原则。我国南向冬季太阳辐射量大，日照时间最长，而夏季因太阳高度角的变化日照时间减少。本建筑设计为坐北朝南有利于被动式太阳能的充分利用。

　　(2)建筑体形

　　为了减少冬季北风对建筑的影响和获取尽量多的太阳辐射，建筑北面只有少量的窗户，南向较开敞(图2～3)。南向屋面倾斜角度是根据最佳得热来确定的，北面坡顶形成弧形以减弱北风对建筑的压力从而减少冬季的热损失。

　　(3)自然通风

　　方案设计时根据当地的风向，风速对建筑的平面与剖面进行了气流分析与通风设计。在剖面上尽量使其形成上下贯通空间的通风道，并充分考虑自然通风，温差换气(图4～5)。自然通风主要用于夏季建筑散热降温，在南京地区尤为重要。形成好的通风效果要注意风向、风速等外部条件和室内的空间形状以及隔断墙的隔断方式等。

　　(4)自然采光

　　建筑充分利用自然采光，不但保证了各房间都有好的采光效果，同时通过高侧窗把南向的阳光引入北面居室进行蓄热，改善了普通北向房间冬季阴冷的缺陷(图6)。

　　(5)绿化

　　在设计中，充分考虑了夏季的西晒以及南向太阳的辐射量过多的问题。于是在室外环境设计中，除了庭院内布置适当地面绿化，还在东西墙外种植攀爬植物。在南面种植高大的落叶乔木，夏天遮挡太阳辐射光以减少建筑的受热量，冬季树木落n十后太阳光可穿过树枝直接照射人建筑室内。在农村低能耗生态住宅的设计中，绿化是最常用的生态策略之一，也是一种最为有效和经济的方法。

　　(6)地下室蓄热蓄冷

　　方案在餐厅下设一地下室为整个建筑提供一个稳定的蓄热蓄冷体。通过与上层餐厅和客厅的空气图4夏季白天气流分析图5夏季晚上气流分析交换，可使上层房间保持一个相对稳定的冷热环境，减少室内温度的变化，提高舒适度。北墙结合花坛进行覆土减少冬季外墙的热损失。大地是一个巨大的蓄热体，地下温度年变化量非常小。进入地下lm，温度基本保持稳定。这一特性在我国民居中早有运用。

　　(7)太阳房与蓄热墙

　　本设计中南向玻璃窗结合隔热窗与客厅形成一个大的被动式太阳房。冬季白天能充分接收太阳的辐射，并利用室内竖向的蓄热墙和一、二楼的蓄热地板进行蓄热，夜间再由蓄热体向室内释放热量，可避免夜问室内温度过低，让室温保持相对稳定。农村生态住宅中被动式太阳能利用是一种非常重要的生态策略。

　　(8)隔热门窗

　　生态建筑设计中，被动式太阳能的利用一直存在着一对矛盾：冬季白天建筑南向需获得尽量多的太阳辐射而开设尽量大的窗口以获得热量，然而白天获热最多的部位也是夜间失热最多的部位。建筑中门窗材料和密封性对室内温度的变化起着一定的作用，目前市面上已有保温性能好的窗户如：双层真空玻璃窗、low—e玻璃窗、中空玻璃窗等，但价格昂贵。农村在低能耗生态住宅中适当采用隔热门窗也是一种有效缓解这一矛盾的方法(图7)。本设计中正是采用隔热门窗与普通玻璃窗相结合达到白天得热晚上保热的目的。冬季白天打开隔热窗户板，让阳光透过玻璃窗进入室内进行蓄热，夜间关上隔热窗阻止热量流失，维持室内温度的稳定。并结合建筑的外观设计形成不错的立面效果(图8)。

　　(9)遮阳

　　在被动式太阳能的利用中遮阳是必不可少的措施。特别是夏季白天需要遮挡南向及东西向太阳的辐射，避免建筑获热过多、室内温度过高。遮阳的措施有很多，如绿化、遮阳板、遮阳罩、防晒墙等。本设计中，东西向利用墙面绿化及树木遮阳；南向采用水平木制遮{j日板和活动式外遮阳竹帘及落叶乔木相结合(图9)。一方面充分发挥绿化的遮阳作用，既经济又有效，还可以改善微气候，美化环境；另一方面结合地方材料和施工制作方法创造出有效而又具有地方特色的活动式外遮阳帘。

　　(10)外围护结构的保温隔热

　　建筑外围护结构热1：性能的优劣与建筑物的能耗量密切相关。外围护结构满足生态节能要求是低能耗建筑设计的基本前提。本建筑屋顶保温隔热采用4cm厚挤塑型泡沫塑料板，墙面采用2．5cm厚聚苯颗粒保温砂浆。保温砂浆在农村住宅外墙保温隔热中的应用，是比较经济的选择。目前农村墙体常见的保温材料有：聚苯颗粒保温砂浆、膨胀珍珠岩、保温砂浆、稀土保温砂浆等，价格相对便宜，性能也能满足要求。

　　(11)小结

　　通过将多种生态策略应用于农村低能耗生态住宅的设计实践，发现建筑布局与方位、自然通风、自然采光、绿化、地下室蓄热蓄冷、建筑覆土、太阳房与蓄热墙、遮阳、隔热门窗和保温砂浆等数种生态策略及措施在农村低能耗生态住宅设计中确实是经济可行的。根据不同的地区情况我们可以选择最合适的策略及措施加以应用。结语本设计旨在尝试探索合适的生态策略在农村低能耗住宅设计中进行运用，希望本文能为农村低能耗生态住宅的发展提供某些借鉴和参考作用。在进一步实践操作时可能会出现许多实际问题需要解决，这正是生态建筑设计的关键所在。生态建筑的设计，关键在于生态技术的具体运用和实践，在于建筑设计中对建筑各部位的处理。设计方案的开始就应考虑建筑生态、节能的问题，树立起生态观念，尽量挖掘自然潜能并加以充分利用，积极采用合适的生态策略和措施来解决相应的技术问题。

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