天津鄉(xiāng)村住宅現(xiàn)在狀況與綠色農(nóng)房改建方案探析,建筑設計論文內(nèi)容摘要:北方農(nóng)村傳統(tǒng)住宅大量采用火炕采暖,主要以煤炭或生物質(zhì)原料燃燒供能,能耗大、用能效率低、污染嚴重.現(xiàn)有民居外圍護構造保溫性能普遍較差、窗口氣密性缺乏等問題較為嚴重.因而,農(nóng)村傳統(tǒng)住宅的綠色和低碳改造理應在美麗鄉(xiāng)村發(fā)展中引起足夠的重視.通過對天津薊縣和寧河地區(qū)農(nóng)村用房的院落空間、構造材料、功能分區(qū)現(xiàn)在狀況調(diào)研,對現(xiàn)場的室內(nèi)外溫濕度測試,分析農(nóng)宅亟待解決的問題.在農(nóng)房改造上提出針對屋頂、墻體、平面、功能分區(qū)的相應措施、建議.以期為建筑設計者在建筑物理環(huán)境數(shù)據(jù)上提供基礎資料,為美麗鄉(xiāng)村建設提供詳細可行性方案.本文關鍵詞語:綠色農(nóng)房;新農(nóng)村;墻體傳熱系數(shù);太陽能;綠色建筑改造;0引言國內(nèi)外對建筑的綠色與可持續(xù)性評價技術指標不斷優(yōu)化,BREAM、LEED及我們國家的綠建國標等指標體系不斷完善,2021年WELL規(guī)范也被引入國內(nèi),WELL健康建筑規(guī)范更多地關注人體長期處在建筑環(huán)境之中的身體健康狀況,是對LEED綠建標準的相關補充[1].國外發(fā)達國家綠色農(nóng)房的建設材料一般都與當?shù)匚幕嘟Y合,并且保證當代化技術發(fā)展.日本在農(nóng)房建設上和我們國家都是國家進行相應的政策經(jīng)濟支持.瑞士、德國等發(fā)達國家在保證農(nóng)村建設質(zhì)量上逐步實現(xiàn)當代化,實現(xiàn)部件化[2].三農(nóng)問題一直是我們國家工作的重點,新農(nóng)村建設也逐步得到社會等方面重視,2005年發(fā)布第十一個五年規(guī)劃建議中第一次提出創(chuàng)新農(nóng)村的思想[3].2008年,程強研究北京延慶地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能措施,提出適宜北方嚴寒地區(qū)的相應措施[4].2018年,吳慶馳提出在鄉(xiāng)村建設中的綠色建筑還存在相對應明確指標規(guī)定,缺少相應的理論技術指導,實踐也相對缺乏[5].2020年,住建部開場實行(綠色農(nóng)房建設導則〕,對綠色農(nóng)房中綠色改建、環(huán)境健康、材料、構造等做出相應規(guī)定[6].2021年,房濤針對建筑節(jié)能參數(shù)研究被動房中圍護構造節(jié)能措施,研究影響因素包括地域、氣候、構造等[7].隨著生活水平不斷提高,農(nóng)民對寓居環(huán)境要求也越來越高,地處北方嚴寒地區(qū)的天津,經(jīng)濟水平已足以支撐綠色農(nóng)房的進一步發(fā)展,但相關調(diào)研數(shù)據(jù)尚有較大缺乏,針對農(nóng)民自建房施工技術差、能耗大等特點研究較少.本文調(diào)研天津縣區(qū)農(nóng)房現(xiàn)在狀況,整理現(xiàn)存缺乏,以期為綠色農(nóng)房改建提供相關可行性措施,改善人居現(xiàn)在狀況.1天津鄉(xiāng)村住宅現(xiàn)在狀況調(diào)查1.1調(diào)查天津農(nóng)村建筑現(xiàn)在狀況選取天津薊縣、寧河的三個村落(板橋村、造甲村、小漫河村)進行調(diào)研和室內(nèi)熱環(huán)境的測試.結合實地調(diào)研結果針對建筑構造、材料、舒適度進行分析總結,提出北方嚴寒地區(qū)農(nóng)村住宅現(xiàn)存問題及熱工環(huán)境缺點.1.1.1建造年代1976年的唐山大地震中,天津郊縣多處農(nóng)村住宅遭到不同程度的損壞,震后自建房的數(shù)量持續(xù)增長,這些都對近幾十年來天津的農(nóng)村建設產(chǎn)生長久的影響.但近些年來隨著宅基地和政策變更,住宅多進行后期翻新、裝修、加建.新建的程度逐步降低.以天津薊縣楊津莊鎮(zhèn)小漫河村為例,小漫河村被一條貫穿整個村落的河水分為東西兩部分,住宅院落根據(jù)溪水沿岸形狀分布,構成自然機理.北區(qū)有新建附屬小學和綠色種植大棚,住宅多分布于西區(qū)和東區(qū).老房區(qū)多在東部,西部多為震后新建房,2000年左右多進行修建和加建.2020年新建區(qū)域多集中于圖1所示的西區(qū).1.1.2建筑構造根據(jù)住宅建造時間來看,早期住宅多為土坯墻,土坯墻是用黃土和水根據(jù)相應比例混合攪拌,墻體相對框架構造較厚.通過受訪者了解,早期造甲村住宅多用土坯墻.改革開放后,建筑建造技術水平提高,磚混構造住宅開場廣泛應用,主要材料為磚、石、鋼筋混凝土.粘土實心磚墻,如此圖2所示豎向承重構造的墻材料是磚或砌塊,橫向承重為鋼筋混凝土,外墻厚度240mm,外外表涂抹20mm厚水泥砂漿,內(nèi)墻120mm;另一部分公建(村中活動主要公共空間,如寺廟、戲臺)為磚木構造.木材為主要的承重構造,圍護構造材料為紅磚,磚木構造以木材為主要豎向承重構造,紅磚為橫向填充,非承重構造.天津地區(qū)水資源豐富,蘆葦?shù)戎脖惠^多,該地區(qū)住宅屋架構造多為木屋架填充以葦萡或葦把子,作為保溫材料.屋面材料為泥和瓦.圖1楊津莊鎮(zhèn)小漫河村分區(qū)布局Fig.1TheLayoutofXiaomanheVillageinTianJin圖2墻體構造Fig.2Thestructureofwall1.1.3功能分區(qū)早期住宅為一字形布局,后來演變成L形、U形建筑平面,東西廂房或西廂房加東面為儲物間,放置農(nóng)具.典型正房多為三開間或四開間,部分為五開間.廳堂多和灶臺相連,功能演變成廚房、餐廳、會客.東西兩個主臥多和灶臺相連,連接土炕.部分新建或改建住宅在院落加建彩鋼板屋頂和機械通風裝置,提供適宜的公共活動空間.1.1.4門窗洞口窗框材料分為木材、塑鋼、鋁合金.玻璃為單層、雙層、Low-E玻璃等,華而不實現(xiàn)有窗框材料以鋁合金為主,約占90%以上.另有少量以塑鋼為窗框材料,已經(jīng)有新建房采用Low-E玻璃.如此圖3所示.大多數(shù)窗口氣密性較差,冬季冷風浸透嚴重,尤其是年久失修的木材窗框,易受雨水等外界因素腐蝕.1.2熱工環(huán)境和現(xiàn)場調(diào)研室內(nèi)夏季通風降溫主要利用風扇,部分臥室安裝空調(diào).土坯構造農(nóng)房住戶的熱工環(huán)境較為舒適,住戶稱冬暖夏涼.天津地區(qū)冬季室外溫度較低,室內(nèi)外溫差及晝夜溫差均較大.選取板橋村磚混構造一典型房屋進行測試.選用TR-74Ui溫濕度自計儀.用三腳架將儀器支于臥室、餐廳、起居空間室內(nèi).檢測期間室內(nèi)外門窗關閉,實驗測試時間為2021年12月15日-2021年12月17日.圖3窗口材料Fig.3Windowmaterials2調(diào)研結果分析將2021年12月15日17:30到2021年12月17日16:10測得的不同功能用房溫度繪制成下面折線圖.從圖4中能夠看出白天室內(nèi)溫度變化隨室外溫度變化波動幅度較大,室內(nèi)外溫差變化趨勢平緩,室內(nèi)外溫差隨時間變化不明顯.圍護構造墻體可分為三類:20世紀中期建造的非節(jié)能建筑;針對后期推行的節(jié)能建筑改造的外保溫墻體;節(jié)能建筑墻體.本測試針對非節(jié)能墻體.由圖4可知室內(nèi)外溫度曲線變化范圍一致;溫差范圍最大時間出如今13:30,且室內(nèi)外溫度最高時間都為13:30左右;室內(nèi)晝夜溫差在4℃左右.室內(nèi)溫度峰值和室外溫度峰值時間保持一致.圖4溫度變化曲線圖Fig.4Therelationshipbetweentemperatureandtime3相關優(yōu)化策略2020年天津市建委與薊縣村委會互相協(xié)調(diào)對天津市薊縣多處農(nóng)村用房改建.改建措施主要針對院落空間組織、平面功能組合,但華而不實最重要的改建措施與綠色建筑技術有關,包括改變墻體、屋面保溫構造,加建太陽能集熱器,改善窗口構造或玻璃材質(zhì),生活污水處理參加中水系統(tǒng)等[8].通過這次調(diào)研發(fā)現(xiàn)有些處理方式已得到應用:(1)雙層玻璃(門窗),如此圖5所示,板橋村中仍有單層木門窗,但某些農(nóng)戶改建房運用塑鋼中空玻璃保溫門窗,氣密性、舒適度得到廣泛提高.(2)太陽能集熱器,老式的熱水來源除了燒水外,在屋頂放置黑色橡膠熱水袋,分體式太陽能熱水系統(tǒng)開場應用.太陽能集熱器從農(nóng)村到小城鎮(zhèn),從零星住戶到集中供給,較為普遍.(3)屋頂構造如此圖6所見,屋頂多用生物材料.板橋村和造甲村距濕地較近,多產(chǎn)蘆葦.其屋頂保溫多用葦子或葦萡相關的生物材料.圖5雙層玻璃Fig.5Thedouble-layeredglass圖6生物材料屋頂Fig.6Thebiologicalmaterialofroof3.1墻體改造措施圍護構造應采取相應的保溫措施,保溫材料宜選取當?shù)乇匦阅茌^好的,對熱橋部分,尤其是外墻轉角處、門窗等節(jié)點構造進行改善,增加保溫措施.從熱工性能來看,生土墻的保溫隔熱性能較好,與其他墻體相比熱惰性較差[9].表1比照了不同保溫材料和材料應用在不同建筑部位的情況.對于既有建筑墻體改造能夠選擇內(nèi)保溫和外保溫,但內(nèi)保溫容易出現(xiàn)墻體冷凝現(xiàn)象,影響室內(nèi)裝修,保溫效果差.因而,多采用外保溫,提高熱穩(wěn)定性,提高外墻耐久性,增加使用壽命.不同保溫材料的性能和應用部位如表1所示[10].表1保溫材料性能和應用部位Table1Insulationmaterialperformanceandapplicationsite從建筑在安全性能來看,GB50011-2018(抗震設計規(guī)范〕中把現(xiàn)有建筑分為A、B、C、D四個等級[11].震前,天津地區(qū)外圍護墻體用材多為生土,用量廣泛;震后,新建住宅多用磚混構造,并增添構造柱以增加抗震性.調(diào)研中,村落中現(xiàn)存的生土建筑數(shù)量較少,墻體底部有些部分腐蝕嚴重,防水層處理不得當或者雨水鹽堿度較高.墻體構造承載力缺乏,很多地方出現(xiàn)裂縫.墻體之間缺少可靠連接方式,生土墻缺少構造柱等構造構成的牢固連接,抗震性差.木骨架時間久會腐蝕,承載力下降.根據(jù)以上現(xiàn)在狀況分析可得:(1)墻體構造方面,墻體保溫可結合當?shù)卦胁牧?例如秸稈、竹材等有效降低房屋建造成本.在農(nóng)房設計、施工完成后,針對完工后的建筑主體部分進行節(jié)能減排方面的計算、測評,力求到達綠色農(nóng)房的節(jié)能、減排、安全、便利和可循環(huán)的要求[12].(2)由于氣候分區(qū)不同,房屋所處的地域差異,綠色房屋相應的設計及施工技術手段、特征重點不同.現(xiàn)存的比擬完善的技術手段有墻體保溫、隔熱體系;節(jié)能門窗、采暖、通風及空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)、外遮陽、自然采光在內(nèi)的被動式房屋技術.所以,綠色農(nóng)房的改建、技術措施的選用需根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c、周圍房屋特點、周邊環(huán)境因素,選取特定方案措施[13].(3)加固措施方面,分別在輕體內(nèi)外外表刻槽,在內(nèi)墻槽體內(nèi)設置水平鋼筋,并在墻體內(nèi)設置水平鋼筋,將橫向鋼筋和縱向鋼筋連接,將墻體和柱子連接在一起,加強了房屋的抗震性能和建筑承載力;另外,為了加強屋頂穩(wěn)定性,用鐵絲把檁條和椽子靠近墻體部位連接固定,并將鐵絲固定于水平砂漿配筋帶中[14].3.2屋頂改造措施調(diào)研的天津地區(qū)屋頂形式多為坡屋頂,屋面相對墻身、門窗洞口等更易受潮,有機保溫材料受潮后保溫性能降低,所以盡量選擇如聚苯乙烯塑料板、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板等憎水性的保溫材料.草板以及草木灰、稻殼、鋸末等可應用在經(jīng)濟水平相對較低的地區(qū)[15].在選擇這些保溫材料時,應主要對保溫材料做一些防潮措施,如此圖7所示.屋頂四角部分容易受潮、造成損害,所以要對屋頂四角部分做針對性處理.屋頂?shù)谋夭牧隙嘤命S土和泥草,天津地區(qū)由于濕地諸多,包括當?shù)靥厥獠牧先缛敳⒌練?、草木灰、草木灰、木屑等都可做為屋頂保溫材?部分住宅在屋頂增加太陽能板,以降低能耗,但應考慮屋頂荷載問題,增加太陽能板的屋頂應加大構造承重荷載力[16].圖7屋頂構造材料Fig.7Thematerialofroof3.3平面改造措施體形系數(shù)是最主要的指標之一,隨著農(nóng)村經(jīng)濟水平提高,加建房的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)一字型、L型平面,如此圖8所示.從傳統(tǒng)三開間,逐步演變成復雜的平面組織形式,增加倒坐,盡量減少異形平面的出現(xiàn),增加節(jié)能效果;平面布局:起居空間作為人體主要活動空間,承載娛樂、休息、聚會等主要功能,其交通流線不宜與臥室穿插;臥室應保證相應的私密性和較高的舒適度,與公共活動空間應有必要的分隔;衛(wèi)生間、浴室、廚房等輔助空間不宜與主要活動空間距離太大,應考慮到便捷性和可達性;傳統(tǒng)住宅會出現(xiàn)南向開窗,北向只要院門,減少了自然通風,可通過增設高窗,提高室內(nèi)舒適度;院落空間組織:院落空間的合理利用,不再單單放置雜物、農(nóng)具,而是合理規(guī)劃增加景觀植物和經(jīng)濟作物的種植,并未在后期加建留出預留空間;平面布局方面住宅宜聯(lián)排布置,減少能耗損失;院內(nèi)廂房應與主臥室留有相應距離,防止遮擋室內(nèi)采光、得熱.圖8平面圖Fig.8Theplanofvillages4結束語綠色農(nóng)房建設的重要性毋庸置疑,關鍵是綠色對于農(nóng)村住宅確實切含義怎樣解讀.隨著經(jīng)濟的發(fā)展,天津現(xiàn)存農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境得到不同方面的改善,但在社會發(fā)展對于綠色、低碳以及知足人們更高層次舒適度等方面不斷提高要求的情況下,農(nóng)村住宅應在適應當?shù)剞r(nóng)村人口就業(yè)及產(chǎn)業(yè)特點的基礎上,重點提高寓居生活的舒適度、便利性,同時致力于減少建筑物能耗,減少碳排放.本文在改造上針對屋頂、墻體保溫提出相應措施;不僅采用被動式技術還可減少體形系數(shù),對房屋構造、平面布置上進行改建;建筑形式上聯(lián)排布局有助于減少能耗;建議在今后的農(nóng)房研究上注重熱物理環(huán)境方面的改善,提高室內(nèi)熱舒適度.無庸質(zhì)疑,綠色農(nóng)房的建設具有很好前景.在將來美麗鄉(xiāng)村建設和規(guī)劃中應落實生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益的共同發(fā)展進步.以下為參考文獻[1]錢怡佳.綠色生態(tài)住區(qū)建設的規(guī)劃控制研究[D].蘇州:蘇州科技學院,2021.[2]李博群.綠色農(nóng)房氣候適應性和周邊環(huán)境營建關鍵技術研究與應用[J].中國建材科技,2020,23(6):54-55.[3]孫樺,韓繼紅,湯鵬.綠色生態(tài)城區(qū)中綠色建筑專項規(guī)劃研究與實踐[J].建設科技,2020,(16):51-53.[4]吳慶馳,鄭濤.鄉(xiāng)村綠色住宅研究進展及發(fā)展建議[J].當代農(nóng)業(yè)科技,2018,(3):264-265.[5]宗邊.兩部門下發(fā)通知要求加快推進綠色農(nóng)房建設[J].建筑設計管理