寒冷地区新农村建设住宅外围护结构节能设计
【关键词】农村住宅；节能设计；能耗指标；围护结构
发展节能型住宅，是当前建设发展的重点。在改善农村居住环境的同时，推广节能型农村住房和具有地方风貌特色的农村新居，根据农村房屋特点，采用建筑节能新技术建造能耗低、舒适度高的节能建筑，是促进农村经济与社会持续发展的重要保证。
一、农村住宅概况
随着农村经济的发展，人们生活水平的提高，住宅建设进入了一个蓬勃发展的时期。我国农村每年新增住宅约8亿平方米，且绝大多数为高耗能建筑。在未来10年，全国农村住宅将达到60亿平方米，其中地处严寒、寒冷及夏热冬冷地区的住宅占50亿平方米。目前农村建筑节能意识还比较淡薄。农村建房时很少考虑使用科学的保温技术，冬季采暖达不到良好的效果。因实心黏土砖维护结构，木质或单层钢门窗，门窗单薄、缝隙不严、门窗及空气渗透耗热量很大，大量的热量损失在外墙、屋面，存在建造方式传统、建筑材料陈旧、结构节能设计不合理、能源利用率低等问题。要达到真正改善农村住房条件，提高居住舒适性，必须成分利用建筑节能技术，要从墙体隔热、断热节能铝合金门窗、屋面隔热等方面大力推广建筑节能技术。
二、计算条件
在不改变供暖系统效率的情况下，围护结构的节能潜力可以通过计算提高建筑围护结构热工性能前后的负荷比得到。本文通过对河北沧州地区（属寒冷地区）乡村住宅的典型外围护结构能耗指标的理论计算，提出适合该地区乡村节能65%的外围护结构节能设计方案。
选用典型住宅作为进行节能计算的参照建筑（图1）：一层实心粘土砖，砖混结构，建筑面积83.72㎡，建筑层高3.6m,正南北朝向。各部分围护结构构造、传热系数和传热面积。
参考河北省工程建设标准《居住建筑节能节能设计标准》DB13(J)63-2007,计算建筑物耗热量指标
qH=qH.T+qINF-qI.H
式中qH—建筑物耗热量指标（W/㎡）；
qH.T—单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量（W/㎡）；
qINF—单位建筑面积的空气渗透耗热量（W/㎡）；
qI.H—单位建筑面积的建筑物内部的热，住宅建筑取3.80（W/㎡）。
⑴单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量
m
qH.T=（ti-te）(∑Ki•Fi•εi)/A0
i=1
式中ti—全部房间平均室内计算温度，一般住宅建筑取16℃；
te—采暖期室外平均温度，按河北省工程建设标准《居住建筑节能节能设计标准》DB13(J)63-2007表3.0.4，河北沧州地区取0℃；
Ki—围护结构的传热系数[W/(㎡•K)]，外墙取其平均值；
Fi—围护结构面积（㎡）；
εi—围护结构的传热系数的修正系数，按河北省工程建设标准《居住建筑节能节能设计标准》DB13(J)63-2007附录B采用；
A0—计算建筑面积（㎡）；
典型住宅各项围护结构传热耗热量
⑵单位建筑面积的空气渗透耗热量
qINF=（ti-te）(Cp•ρ•N•V)/A0
式中ti—全部房间平均室内计算温度，一般住宅建筑取16℃；
te—采暖期室外平均温度，按河北省工程建设标准《居住建筑节能节能设计标准》DB13(J)63-2007表3.0.4，河北沧州地区取0℃；
Cp—空气比热容，取0.28W•h/(Kg•K)；
ρ—空气密度，1.29Kg/m3；
N—换气次数，住宅建筑取0.5次/h；
V—换气体积（m3)。
典型住宅单位建筑面积的空气渗透耗热量
qINF=（16-0）（0.28*1.29*0.5*83.72*3.6）/83.72=10.4W/㎡
综上所述，典型住宅耗热量指标
qH=qH.T+qINF-qI.H=77.52+10.4-3.80=84.12W/㎡
三、外围护结构的节能设计
为达到节能65%的目标，典型住宅耗热量指标应控制在(84.12x35%=29.5W/㎡)29.5W/㎡以内，以此为控制指标进行计算。
外围护结构的平均传热系数：
K0=QH.T/[(ti-te)/F0]
=[(29.5-10.4+3.8)x83.72]/[(16-0)/251.2]
=0.48[W/(㎡•K)]
从计算典型住宅外围护结构传热量（表2）来看，外墙和屋面的能耗占的比例为83%，所以在本文重点计算墙体和屋面的保温层厚度。
1、外墙保温层厚度
本节能设计方案采用的保温材料为聚笨乙烯泡沫塑板和稻草板。用聚苯乙烯泡沫塑料板做保温层的厚度计算：
δ=R•λ=（R计总-R现总）xλ笨板=（1/0.48-1/2.03）x0.047=0.075m
计算得出采用聚苯板做保温层时，厚度为0.075m，取整原则得到苯板厚度为80mm。
用稻草板做保温层的厚度计算：
δ=R•λ=（R计总-R现总）xλ稻草板=（1/0.48-1/2.03）x0.13=0.21m
计算得出采用稻草板做保温层时，厚度为0.21m，取整原则得到稻草板厚度为210mm。
2、屋面保温层厚度
用硬质岩棉板或者聚苯乙烯泡沫塑料板代替黄土做保温材料，其找坡层采用水泥焦渣，最薄处为30mm。
用硬质岩棉板做保温层的厚度计算：
δ=R•λ=（R计总-R现总）xλ岩棉=（1/0.48-1/1.86）x0.05=0.077m
计算得出采用硬质岩棉板做保温层时，厚度为0.77m，取整原则得到硬质岩棉板厚度为80mm。
用聚苯乙烯泡沫塑料板做保温层的厚度计算：
δ=R•λ=（R计总-R现总）xλ笨板=（1/0.48-1/1.86）x0.047=0.073m
计算得出采用聚苯板做保温层时，厚度为0.073m，取整原则得到苯板厚度为80mm。
3、节能外门窗
外门窗的气密性是影响建筑物耗热量指标的重要因素，选用气密性较好的保温门窗，外门窗框与门窗洞口之间的缝隙，应采用聚氨酯等高效保温材料填实，并用密封膏嵌缝，提高外门窗的保温隔热性能，节能投资效益最显著。
采用中空玻璃（12mm）塑料窗,传热系数2.50[W/(㎡•K)]；采用木框（塑料框）双层玻璃门，传热系数2.50[W/(㎡•K)]。
根据实地情况并结合理论计算得出采用稻草板210mm或采用聚苯板80mm的保温外墙、采用80mm厚硬质岩棉板或采用80mm厚聚苯板的保温屋面、中空玻璃外门窗，住宅就能达到节能65%的目标。本文所提出的节能设计方案所采用的保温材料均为可降解的绿色环保建材，这为节能住宅在该地区乡村中的推广提供了良好的基础。在具体应用中，还要综合考虑耐久性、经济性、投资回收期等因素，综合比较选择节能方案。