一、節能優(yōu)勢

　　我國北方傳統鄉土民居積累了幾百年的經(jīng)驗，當地的人們結合自然氣候、因地制宜，以最簡(jiǎn)便的手法、極低的能耗創(chuàng )造了宜人的室內居住環(huán)境，與城市住宅相比，具有明顯的熱舒適及節能優(yōu)勢。主要表現在以下幾個(gè)方面。

　�。�1）平面布局北方傳統鄉土民居一般采用南北向布置，入口及生活用房設在南向最佳位置，輔助用房設在北向。入口設置門(mén)斗，減少冷風(fēng)滲透。為便于各房間利用做飯的余熱取暖，平面以廚房（熱源）為中心布局，最大限度地減少了熱能的損失，是一種有利于節能的布局形式。

　�。�2）北方傳統鄉土民居南向開(kāi)大窗，白天可以吸收大量的太陽(yáng)能，提高室溫。窗上設棉、毯子、茅草、牛皮紙等材料做成的保溫簾子或窗板，白天卷起，晚間放下。方法雖然很簡(jiǎn)單，但保溫效果的確很明顯。有的民居采用鋁箔窗簾，經(jīng)實(shí)測窗的熱阻值提高2.4倍，而其價(jià)格僅10元/m2左右，是花錢(qián)不多、效果甚佳的保溫節能措施。北向開(kāi)高側小窗，僅用于夏季通風(fēng)，多數居民在冬季用草簾或土坯將其封閉。一些地區冬季在雙層木窗上加設一層塑料薄膜，減少傳熱耗熱量20%以上，且可以大量減少冷風(fēng)滲透所造成的耗熱量。門(mén)窗縫隙采用棉布條等封糊，以防止冷風(fēng)滲透。

　�。�3）墻體材料，北方鄉土民居擁有其獨特的建筑材料體系，除使用實(shí)心粘土磚外，還使用大量與城市不同的地方材料，如火山浮石砌塊、稻草板、粘土免燒磚、草泥拉合辮等節能保溫材料。這些材料不僅節省其制作時(shí)所用的能耗，而且經(jīng)測試，其保溫效果均優(yōu)于實(shí)心粘土磚。

　�。�4）供熱系統與采暖方式，北方鄉土民居靠火炕、火墻、地炕等，通過(guò)天天三頓飯的生活熱來(lái)采暖，有時(shí)在睡前適量補燒火炕，所用燃料多為植物秸桿、茅草及少量的煤。此是對嚴寒地區鄉村某農戶(hù)家冬季一晝夜各項溫度測試結果。

　　從此中可看出，盡管室內溫度很低，但炕面溫度卻在45℃～33℃之間。也就是說(shuō)，炕面區域始終處于較舒適的溫熱狀態(tài)，貼近炕面區存在一定范圍的、比遠炕區舒適的溫度場(chǎng)空間。北方農民的冬季活動(dòng)范圍主要局限于火炕上。他們在炕上用餐、學(xué)習、做家務(wù)、會(huì )客、就寢等。人體對于氣溫最為敏感的部位是腳，而農民腳部常接觸的是炕面。因此，盡管室內大部分空間氣溫較低，且處于溫度不斷變化的波動(dòng)之中，但農民們的感覺(jué)仍是舒適的�；鹂豢梢栽诓槐胤欠补�熱的條件下，將室內外氣候、人體所處微氣候環(huán)境及人體晝夜熱舒適感合理結合起來(lái)，提供有益于人體健康的微小熱舒適環(huán)境，較為科學(xué)地創(chuàng )造出相對舒適的室內熱環(huán)境。此類(lèi)做法已引起國際上的重視。

　　二、問(wèn)題與缺陷

　　與此同時(shí)，北方傳統鄉土民居還存在許多熱工方面的缺陷：室內氣溫較低；因外墻內表面溫度過(guò)低，人體長(cháng)波熱輻射失熱量大而產(chǎn)生嚴寒感；室內相對濕度大而產(chǎn)生不舒適感；四個(gè)外墻轉角結霜、結冰較嚴重；外墻角50cm以外主體部位墻面結露、結霜亦多見(jiàn)。在每年最嚴寒的二三個(gè)月時(shí)間里，上述問(wèn)題更加嚴重：角部結冰厚度可達1cm以上；天天中午過(guò)后，外墻主體部位內表面經(jīng)常大面積淌水；墻體吸濕后，導熱系數增大，保溫狀況更加惡化；廚房、倉庫等輔助房間，結冰、結霜現象更為嚴重，且長(cháng)時(shí)間不融化。雖然上述各部位造成現行狀況的具體原因有差異，但均系各部位內表面溫度低于露點(diǎn)和冰點(diǎn)所致。究其原因主要為：

　�。�1）墻體過(guò)薄，總熱阻過(guò)小，有的甚至低于低限熱阻；

　�。�2）供熱能源不足，以及一日三把火的間歇式供熱，導致夜間室溫過(guò)低（經(jīng)常在0℃以下），清晨墻體各部位內表面溫度亦過(guò)低，清晨升火后熱空氣碰到低溫墻面后，結露是必然的現象；

　�。�3）墻體內層材料的蓄熱系數大，其對流的熱量不足以使內表面溫度高于露點(diǎn)和冰點(diǎn)。

　　三、改進(jìn)探索

　　1、“問(wèn)題”的啟示實(shí)踐及理論分析

　　靠火炕采暖的鄉村民居，無(wú)論370磚墻，還是490磚墻，所出現的熱工問(wèn)題基本相同。顯然，單一材料墻體不適于北方鄉村民居，應尋求一種新型構造的墻體。這種新型圍護結構（主要指外墻和屋頂）的熱工設計不僅應具備足夠的熱阻，而且應依據現行鄉村住宅的實(shí)際熱環(huán)境之特征，能在升火后盡量短的時(shí)間內使圍護結構內表面溫度迅速提高至高于室內露點(diǎn)溫度，以清除露水。這就要求圍護結構內表面在熱的作用下，應對諧波熱作用反應敏感。由此我們引入室內空氣到圍護結構內表面的衰減倍數υ作為鄉村住宅外圍護結構的熱工評價(jià)指標之一。顯然衰減倍數υ越小越好。由衰減倍數υ計算可知，墻體內側第一、第二層材料熱物理性能對其影響最大。這提示我們：在確定外圍護結構的構造形式時(shí)，輕質(zhì)高效保溫材料須設在內兩層。若第一層采用重質(zhì)材料，其外側再加保溫層，效果均不明顯。項目組將該理論應用于工程實(shí)踐，通過(guò)對試點(diǎn)住宅的實(shí)測分析及使用調查發(fā)現：該構造形式節能保溫效果很好，消除了傳統住宅的熱工質(zhì)量問(wèn)題。

　　2、實(shí)例對照

　　由上述分析可以看出，解決北方傳統鄉土民居熱工問(wèn)題的要害是：在圍護結構具備足夠熱阻的同時(shí)，還應控制圍護結構的衰減倍數υ；衰減倍數υ控制值的確定須經(jīng)得起傳熱傳濕理論及實(shí)踐檢驗。為此筆者選擇兩幢具有代表性的住宅進(jìn)行現場(chǎng)測定分析。其一為試點(diǎn)住宅，位于哈爾濱市呼蘭縣。此住宅南向開(kāi)窗1.35m×1.4m，其外層為單框雙玻窗，內層為單層木窗；南向戶(hù)門(mén)設有門(mén)斗；東西向均不開(kāi)窗，北向開(kāi)1.2m×1.4m窗，但冬季封閉。

　　測試結果發(fā)現，室內晝間平均氣溫達15℃，夜間平均氣溫達7℃。夜間圍護結構均無(wú)結露現象，清晨5：00升火做飯，6：00墻面發(fā)現少量露水，7：00露水消失。

　　通過(guò)一個(gè)冬天的使用，用戶(hù)反映：外圍護結構基本處于干燥狀態(tài)，更無(wú)結冰霜現象，室內熱舒適環(huán)境良好。實(shí)踐表明，此住宅節能保溫效果很好，消除了傳統鄉土民居的熱工質(zhì)量問(wèn)題；又因在纖維板內表面貼了墻壁紙，使整個(gè)住宅既節能、保溫又舒適宜人，并具有良好的視覺(jué)效果，因此深受當地村民歡迎。

　　作為對比，選定同樣平面形式、外墻為370磚墻（衰減倍數υ＝2.09）的住宅進(jìn)行測試及分析。該住宅室內除設有火炕外，還設有效率不錯的土暖器。測試結果發(fā)現，雖然暖器燒得燙手，但其結露及結冰霜的嚴重程度無(wú)明顯改善。