低能耗技术在江南水乡村镇住宅中的应用研究

江苏省建筑科学研究院有限公司

江苏省绿色建筑与结构安全重点实验室

魏燕丽，蒋亮艳，许锦峰

1  江南水乡村镇住宅现状

2000年以来，随着农民生活水平大幅提高，江南水乡独立式村镇住宅趋向别墅化，大多为2、3层坡屋顶独栋式住宅；部分为类似于城镇商品房的钢筋混凝土结构多层建筑，多为拆迁安置房。村镇住宅外墙普遍采用240mm实心粘土砖墙，占到近90%，无保温措施；屋顶也极少采用保温措施；外窗一般为铝合金、塑钢推拉窗，整体上60%窗框为铝合金材质，塑钢和木质的型材分别占25%和15%，85%外窗玻璃采用单层玻璃；外门普遍采用防盗门或木门。住户供暖空调设备以分体空调为主，安装在卧室等人员使用频率高的主要功能房间，夏季空调开启时间5h～8h，冬季一般只在夜晚睡前开启2h～5h。照明设备以普通节能灯为主，一般开启4h～6h。70%村镇住户主要使用电热水器提供生活热水，约25％以上住户采用太阳能热水器。
2  江南水乡村镇住宅低能耗技术策略
村镇住宅低能耗技术应遵循经济实用、因地制宜的原则，最大化地运用被动式节能技术，充分提高村镇住宅的居住舒适度并合理降低建筑能耗，形成具有农村特色的村镇住宅低能耗技术体系。表1将江南水乡村镇住宅低能耗技术分成具体策略，并分析相关策略在村镇住宅中的技术适宜性。

表 1 江南水乡村镇住宅低能耗技术策略及其适宜性

表2 江南水乡村镇低能耗住宅节能外墙策略及其适宜性

2.1 最大化利用被动式节能技术
（1）合理控制体形系数江南水乡村镇住宅建筑层数一般为3层及以下，部分建筑的层数为4～5层。参考《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》（DGJ32/J71—2014）[4]，当建筑层数为5层及以下时，由于屋面在体形系数计算中所占比例较高，为保证建筑平、立面设计满足通风、采光等建筑功能要求，体形系数限值可提高到0.45；同理，3层及以下的居住建筑体形系数限值可为0.55。
（2）充分利用天然采光、自然通风和遮阳江南水乡为典型夏热冬冷地区，天然采光、自然通风和遮阳都可有效改善室内居住环境，是减少农民建筑耗能的便捷措施。江南水乡低能耗住宅充分考虑“以人为本、和谐居住”的原则，采用条式建筑，南偏西5°至南偏东30°的建筑朝向；卧室、起居室等主要功能房间设置在建筑南向房间，楼梯间、厨房、卫生间等非主要功能房间设置在建筑北向房间；南向大开窗大开启，保障夏季和过渡季节的自然通风；出挑屋檐固定遮阳和阳光间、天井等天然采光方式，最大限度提高农民居住舒适性。
（3）改善周边场地环境条件采用居住区生态绿化与景观营造技术。通过村镇场地绿化种植，因地制宜引入水系，可明显改善住宅周边的热湿环境。室外绿化既可美化环境和净化空气，又可通过植物遮阳和蒸发作用调节住宅吸收太阳辐射量，改善环境的热湿平衡，从而降低村镇住宅的夏季空调负荷。村镇住宅周边场地和路面可采用透水多孔混凝土铺装材料，与此同时结合应用江南水乡特色景观水体，解决村镇居住区原生态保护，缓解新建住宅对环境的负面影响。
2.2 加强围护结构节能
（1）适宜外墙节能，倡导新型墙材应用既有村镇住宅中外墙常采用粘土实心砖，无保温措施，外墙平均传热系数高达1.7W/(m²·K)，节能效果差。而在低能耗村镇住宅建设中，鼓励禁止使用粘土砖，推广应用非粘土砖、建筑砌块、建筑板材等非粘土新型墙材。根据功能需求来选择不同类型的新墙材，如多孔砖适用于承重墙体和填充隔断，砌块和石膏板适用于装饰和隔断。为充分改善村镇住宅室内舒适性，建议优先考虑自保温系统，同时统筹结合外保温、内保温技术策略。表2将江南水乡村镇低能耗住宅节能外墙技术分成具体策略，并探讨相关策略在村镇住宅中的适宜性。
（2）提高外窗节能性能外窗是住宅围护结构能耗损失的关键部位。以江南水乡多层村镇住宅工程为例：冬季时外窗传热能耗损失占供暖能耗的21%，夏季外窗辐射得热占空调负荷的22%～40%。目前，江南水乡绝大部分既有村镇住宅中外窗采用普通铝合金单玻窗，传热系数高达6.4W/（m²·K），玻璃内外温差大，冬季极端气候条件时较易产生结露现象。因此，在低能耗村镇住宅中宜采用中空玻璃节能窗，提高外窗热工系能同时加强外窗气密性，可显著减少外窗薄弱部位的传热耗能，避免冬天极端气候条件下产生结露现象。有条件时外窗设置活动遮阳，优先考虑东、西、南向外窗，不提倡使用Low-E等阳光控制玻璃来实现遮阳效果，以避免玻璃对冬日阳光的遮挡减少冬季室内得热。
（3）优化屋面节能既有村镇住宅屋面大部分设置平屋面，无保温隔热措施，传热系数高达2.8W/（m²·K），节能效果极差。屋面夏季时因受阳光直接照射，建筑物屋顶内表面温度比其它楼层的高3℃以上，冬季无阳光时，屋顶直接接触室外冷空气产生对流换热，屋顶内表面温度较低。为避免建筑物顶层出现夏季烘烤、冬季冷却情况，屋面采用节能措施，如村镇低能耗住宅中合理采用坡屋面并设置保温隔热材料，显著改善建筑顶层居住舒适度，同时坡屋面形式与美丽乡村建筑风格相融合使村镇整体面貌得以改观。
2.3 充分利用可再生能源
近年来，江南水乡越来越多的村镇住宅采用太阳能光热作为生活热水，太阳能热水系统非常适用于村镇住宅推广使用。村镇住宅有宽裕的屋面使用面积，设置太阳能热水系统既价格低廉又简单实用，可常年为厨房、卫生间提供生活热水。少部分村镇住宅采用地热能作为空调或热水冷热源。江南水乡村镇住户具备经济条件时，低层住宅具有丰富岩土资源，可合理考虑采用地源热泵提供供暖空调和生活热水。

图 1 江南水乡某村镇住宅工程

3  江南水乡某村镇住宅低能耗技术应用研究
3.1 项目概况
江南水乡某村镇低能耗住宅项目，位于江苏省无锡市某村镇，气候区属于夏热冬冷地区，该项目为村镇新住宅集中居住区，充分体现美丽农村节能和绿色思想，实现村镇人口、资源与环境的统筹发展，达到村镇低能耗住宅的要求，明显改善室内舒适性。项目总建筑面积为27.57万m²，建筑分为5层住宅和3层别墅两种形式。充分结合当地村镇居民传统生活方式及农村家庭构成等特征，3层别墅建筑布局设置具体为：1层可为老人房，2层及以上可作为单独的二代居室，2层及以上露台可为种植露台，兼有晒台和休憩等多重功能。
3.2 低能耗村镇住宅技术应用研究
（1）被动式建筑节能技术根据项目现场村镇地形及周边道路布置，所有住宅建筑布局均为南北朝向，典型住宅体型系数为0.28，各朝向窗墙比：东向0.05,西向0.05,南向0.34,北向0.25，设计时考虑南向大开窗大开启。设置江南水乡特色的景观水体，采用了透水铺装并种植本土化的乔、灌、草等植物多重绿化，场地种植乔木每100m²绿地上大于5株，小区绿地率35%，彰显村镇住宅舒适型微气候，打造舒适宜人的美丽村镇环境。
（2）低能耗围护结构节能技术本项目建筑围护结构充分采用综合利用固体废弃物的各种新型墙材，如外墙基层墙体采用粉煤灰加气混凝土砌块、非粘土多孔砖，户内内墙采用石膏板。典型住宅低能耗围护结构做法具体为：外墙采用粉煤灰240mm加气混凝土砌块自保温系统，并设置岩棉板30mm的外保温系统，外墙平均传热系数为0.79W/（m²·K）；屋面采用坡屋顶，设置80mm岩棉板保温材料，同时轻质混凝土找坡，屋面传热系数为0.51W/（m²·K）；外窗采用断桥铝合金6高透光Low-e+12A+6中空玻璃窗，传热系数为2.70W/（m²·K），气密性能达6级，结合建筑造型采用挑檐等固定遮阳方式。
（3）可再生能源系统本项目位于太阳能资源丰富区域，且村镇住宅具有充裕屋面来安装太阳能。项目合理设计了分户式太阳能热水，满足村镇居民的生活热水需求。此外，部分居民具备经济条件且对居住品质要求较高，在部分别墅采用地源热泵空调系统，利用土壤作为冷热源，为建筑提供冷热量，明显改善室内环境品质。

本文来源：江苏建筑 2021年第5期