寒冷地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)住宅外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計
【關(guān)鍵詞】農(nóng)村住宅；節(jié)能設(shè)計；能耗指標；圍護結(jié)構(gòu)
發(fā)展節(jié)能型住宅，是當前建設(shè)發(fā)展的重點。在改善農(nóng)村居住環(huán)境的同時，推廣節(jié)能型農(nóng)村住房和具有地方風貌特色的農(nóng)村新居，根據(jù)農(nóng)村房屋特點，采用建筑節(jié)能新技術(shù)建造能耗低、舒適度高的節(jié)能建筑，是促進農(nóng)村經(jīng)濟與社會持續(xù)發(fā)展的重要保證。
一、農(nóng)村住宅概況
隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，住宅建設(shè)進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。我國農(nóng)村每年新增住宅約8億平方米，且絕大多數(shù)為高耗能建筑。在未來10年，全國農(nóng)村住宅將達到60億平方米，其中地處嚴寒、寒冷及夏熱冬冷地區(qū)的住宅占50億平方米。目前農(nóng)村建筑節(jié)能意識還比較淡薄。農(nóng)村建房時很少考慮使用科學的保溫技術(shù)，冬季采暖達不到良好的效果。因?qū)嵭酿ね链u維護結(jié)構(gòu)，木質(zhì)或單層鋼門窗，門窗單薄、縫隙不嚴、門窗及空氣滲透耗熱量很大，大量的熱量損失在外墻、屋面，存在建造方式傳統(tǒng)、建筑材料陳舊、結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計不合理、能源利用率低等問題。要達到真正改善農(nóng)村住房條件，提高居住舒適性，必須成分利用建筑節(jié)能技術(shù)，要從墻體隔熱、斷熱節(jié)能鋁合金門窗、屋面隔熱等方面大力推廣建筑節(jié)能技術(shù)。
二、計算條件
在不改變供暖系統(tǒng)效率的情況下，圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力可以通過計算提高建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能前后的負荷比得到。本文通過對河北滄州地區(qū)（屬寒冷地區(qū)）鄉(xiāng)村住宅的典型外圍護結(jié)構(gòu)能耗指標的理論計算，提出適合該地區(qū)鄉(xiāng)村節(jié)能65%的外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計方案。
選用典型住宅作為進行節(jié)能計算的參照建筑（圖1）：一層實心粘土磚，磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積83.72㎡，建筑層高3.6m,正南北朝向。各部分圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造、傳熱系數(shù)和傳熱面積。
參考河北省工程建設(shè)標準《居住建筑節(jié)能節(jié)能設(shè)計標準》DB13(J)63-2007,計算建筑物耗熱量指標
qH=qH.T+qINF-qI.H
式中qH—建筑物耗熱量指標（W/㎡）；
qH.T—單位建筑面積通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量（W/㎡）；
qINF—單位建筑面積的空氣滲透耗熱量（W/㎡）；
qI.H—單位建筑面積的建筑物內(nèi)部的熱，住宅建筑取3.80（W/㎡）。
⑴單位建筑面積通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量
m
qH.T=（ti-te）(∑Ki•Fi•εi)/A0
i=1
式中ti—全部房間平均室內(nèi)計算溫度，一般住宅建筑取16℃；
te—采暖期室外平均溫度，按河北省工程建設(shè)標準《居住建筑節(jié)能節(jié)能設(shè)計標準》DB13(J)63-2007表3.0.4，河北滄州地區(qū)取0℃；
Ki—圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)[W/(㎡•K)]，外墻取其平均值；
Fi—圍護結(jié)構(gòu)面積（㎡）；
εi—圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，按河北省工程建設(shè)標準《居住建筑節(jié)能節(jié)能設(shè)計標準》DB13(J)63-2007附錄B采用；
A0—計算建筑面積（㎡）；
典型住宅各項圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量
⑵單位建筑面積的空氣滲透耗熱量
qINF=（ti-te）(Cp•ρ•N•V)/A0
式中ti—全部房間平均室內(nèi)計算溫度，一般住宅建筑取16℃；
te—采暖期室外平均溫度，按河北省工程建設(shè)標準《居住建筑節(jié)能節(jié)能設(shè)計標準》DB13(J)63-2007表3.0.4，河北滄州地區(qū)取0℃；
Cp—空氣比熱容，取0.28W•h/(Kg•K)；
ρ—空氣密度，1.29Kg/m3；
N—換氣次數(shù)，住宅建筑取0.5次/h；
V—換氣體積（m3)。
典型住宅單位建筑面積的空氣滲透耗熱量
qINF=（16-0）（0.28*1.29*0.5*83.72*3.6）/83.72=10.4W/㎡
綜上所述，典型住宅耗熱量指標
qH=qH.T+qINF-qI.H=77.52+10.4-3.80=84.12W/㎡
三、外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計
為達到節(jié)能65%的目標，典型住宅耗熱量指標應(yīng)控制在(84.12x35%=29.5W/㎡)29.5W/㎡以內(nèi)，以此為控制指標進行計算。
外圍護結(jié)構(gòu)的平均傳熱系數(shù)：
K0=QH.T/[(ti-te)/F0]
=[(29.5-10.4+3.8)x83.72]/[(16-0)/251.2]
=0.48[W/(㎡•K)]
從計算典型住宅外圍護結(jié)構(gòu)傳熱量（表2）來看，外墻和屋面的能耗占的比例為83%，所以在本文重點計算墻體和屋面的保溫層厚度。
1、外墻保溫層厚度
本節(jié)能設(shè)計方案采用的保溫材料為聚笨乙烯泡沫塑板和稻草板。用聚苯乙烯泡沫塑料板做保溫層的厚度計算：
δ=R•λ=（R計總-R現(xiàn)總）xλ笨板=（1/0.48-1/2.03）x0.047=0.075m
計算得出采用聚苯板做保溫層時，厚度為0.075m，取整原則得到苯板厚度為80mm。
用稻草板做保溫層的厚度計算：
δ=R•λ=（R計總-R現(xiàn)總）xλ稻草板=（1/0.48-1/2.03）x0.13=0.21m
計算得出采用稻草板做保溫層時，厚度為0.21m，取整原則得到稻草板厚度為210mm。
2、屋面保溫層厚度
用硬質(zhì)巖棉板或者聚苯乙烯泡沫塑料板代替黃土做保溫材料，其找坡層采用水泥焦渣，最薄處為30mm。
用硬質(zhì)巖棉板做保溫層的厚度計算：
δ=R•λ=（R計總-R現(xiàn)總）xλ巖棉=（1/0.48-1/1.86）x0.05=0.077m
計算得出采用硬質(zhì)巖棉板做保溫層時，厚度為0.77m，取整原則得到硬質(zhì)巖棉板厚度為80mm。
用聚苯乙烯泡沫塑料板做保溫層的厚度計算：
δ=R•λ=（R計總-R現(xiàn)總）xλ笨板=（1/0.48-1/1.86）x0.047=0.073m
計算得出采用聚苯板做保溫層時，厚度為0.073m，取整原則得到苯板厚度為80mm。
3、節(jié)能外門窗
外門窗的氣密性是影響建筑物耗熱量指標的重要因素，選用氣密性較好的保溫門窗，外門窗框與門窗洞口之間的縫隙，應(yīng)采用聚氨酯等高效保溫材料填實，并用密封膏嵌縫，提高外門窗的保溫隔熱性能，節(jié)能投資效益最顯著。
采用中空玻璃（12mm）塑料窗,傳熱系數(shù)2.50[W/(㎡•K)]；采用木框（塑料框）雙層玻璃門，傳熱系數(shù)2.50[W/(㎡•K)]。
根據(jù)實地情況并結(jié)合理論計算得出采用稻草板210mm或采用聚苯板80mm的保溫外墻、采用80mm厚硬質(zhì)巖棉板或采用80mm厚聚苯板的保溫屋面、中空玻璃外門窗，住宅就能達到節(jié)能65%的目標。本文所提出的節(jié)能設(shè)計方案所采用的保溫材料均為可降解的綠色環(huán)保建材，這為節(jié)能住宅在該地區(qū)鄉(xiāng)村中的推廣提供了良好的基礎(chǔ)。在具體應(yīng)用中，還要綜合考慮耐久性、經(jīng)濟性、投資回收期等因素，綜合比較選擇節(jié)能方案。
