低碳有机农宅的设计

摘要：为节约能源，提高土地利用率，解决三农问题，通过对农户住宅结构科学设计、宅基地功能科学规划、新型保温建材的利用，设计出适合中国农村的新型高效低碳节能住宅；通过将院子转换成大棚，冬天利用大棚的聚热功能，调节提升住宅温度，节约能源支出。大棚内农户可根据个人技能或者环境条件，进行果蔬生产或者其他副业开发，实现生产增收，并提升生活质量。此成果对提高留守老人、儿童的生活质量以及家庭增收节支具有重要意义。

　　关键词：新农村；低碳农宅；农村经济

　　中图分类号：TU241.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-1170-03

　　中国农村新房建了一茬又一茬，推倒砖墙垒砖墙，只见新屋，不见新村，只见新村，不见新貌[1]；不仅浪费了农民的财富，而且浪费了大量土地。中国人口多，土地少，大田粮食生产效益低，造成大量农村人口外出打工，给交通、城市带来巨大的压力，并且引出了严重的留守老人、留守儿童问题。要解决此问题，提高留守农村农民收入是关键。然而在农村提高农民收入的方式太少，有机农业是最好出路，但是有机农业配套条件要求标准太高，很难大规模推广，惟有大棚有机农业由于不需要大面积种植，所以理所当然成为农民创收的最好手段。

　　针对农村住宅，科学高效地接入太阳能、风能、沼气能等自然能源的转化、储存、释放再利用的综合温控系统，达到大棚生产、住宅生活所需要的环境温度，低消耗高产出，使得农户在以往不可能出效益处产出高效益。通过农村住宅结构改造，有效利用宅基地，将农宅的一层和院子转换成菌室、菜园，二层居住，在有限的土地上实现居住、有机果蔬生产双重功效。这样既方便生产管理，又释放了优质的菜园土地，增加了优质种植土地面积。

　　这样一来，可使大量的农民在家乡同样可以获得高收入，又能缓解城市和交通压力。一次投入，既实现了优质居住环境，又发展了农村家庭经济，对于解决西部农村尤其是处于丘陵、山区的贫困地区或者自然环境恶劣地区农村大量的留守老人、留守儿童带来的严重社会问题具有现实意义。

　　1 设计原则

　　此低碳农宅以200 m2宅基地为设计标准，进行节能、生产、居住规划设计。地下一层作附属设施使用[2]，地上一层用作生产、储存杂物，地上二层以上建筑用作居住，庭院进行新式日光温室大棚设计。通过将大棚、住宅科学合一设计，实现高效利用宅基地土地的目的。庭院大棚既是太阳能聚集包、储能包，也是住户的有机蔬菜菜园。同时，将空气循环系统、太阳能水循环系统科学地融入住宅和大棚结构设计中，并将各系统有机串联实现热能交换、储存、释放功能，调整室温、大棚温度，达到高效、节能、生活、生产的目的。这样，一层及棚内种植果蔬、食用菌，同时兼做集热设备和储能包功用；二层以上居住，在有限的土地上实现居住、有机果蔬生产双重功效。

　　2 设计结果

　　2.1 总体结构设计

　　整体住宅（包含地下层）进行3层或者4层设计。地下层进行配套设计，安置各个配套系统的功能单元；一层进行钢结构与混凝土结合框架设计，内部只留立柱，可保留农地功能，也可以建成多个生产生活配套房间；二层以上进行住宅、客厅、办公工作场所设计。具体规划如图1。

　　2.2 外墙、屋顶设计

　　采用成熟的外保温墙体技术产品，并进行中空夹层设计。

　　2.3 农宅庭院设计

　　农宅院子全部进行无墙体大棚设计，大棚北接住宅，东西南三个立面采用PE保温透光板或者玻璃、塑料布因地制宜处理，建成三面都可以采光的轻钢结构温室大棚。此农宅大棚与其他大棚技术的主要区别在于，—是与住宅一体，二是大棚分为两部分，在传统大棚上多了一个季节顶棚，气温高时拆除，气温低时使用，并且两棚有热气出口交换气体及热量。具体设计如图2。

　　以宅院大小为标准，以住宅南墙为大棚北体，建传统形状大棚为底棚，在其上建立一个三角形季节棚室。季节棚以底棚北上顶为底，以生活区为棚体北墙，最高线覆盖全部生活楼层南墙；底棚具体设计规格：以一层建筑南墙为大棚北墙，便于气体交换、热量交换，棚顶可以根据设计需要，安装不同使用寿命的保温外层。同时有热空气循环设计、水能循环设计、用水循环设计。大棚可以高标准设计生产有机果蔬，也可以低标准设计，建成比传统大棚高一级的菜园。这样既方便管理，又增加种植土地面积。果蔬生产可以根据农户自己的宅基地特点，作副业、自用都可以，创收、节支任农户选择。

　　2.4 住宅建筑设计

　　地下一层主要安排以下附属设施：建立一个5～10 t的地下储热池或者生活储水池，如何取舍因地制宜。如果用作生活储水池，那么需要相应建立降水收集管道系统。建立2 m3的储能介质池。建一个2 t左右容量并且可利用外界热能加热的沼气池。剩余面积可建成储藏室或者养殖场所。

　　一层建筑总面积100 m2，层高3.0～3.5 m，此层除了厨房、车库、仓库外，其他面积可保留土地种地，也可以作储物室、车间、食用菌种植室等。

　　二层设计建造100 m2左右住宅，屋顶用保温隔热材料建设，并建立太阳能热水系统、风力发电系统、电力储存设备。二层底板增加空气夹层设计，连通后墙体风道上行，形成暖空气热循环。

　　2.5 水循环温度调控系统设计

　　太阳能热水系统：包括两套，一套是纯蓄热系统，一套是日常热水供应系统，都无外力自循环设计。前者可与温调循环连接，后者可与沼气加热连接，一旦需要打开阀门即可使用。

　　水循环调温系统[3]：全管道封闭式水循环。采用双阀门控制冷热水去向管道，逆时针循环降温储能设计、顺时针循环升温设计，具体见图3。

　　2.6 辅助技术系统

　　辅助技术系统有：①沼气生产系统。②火炉热补偿系统：与水调温循环系统对接，独立水阀控制。启动该系统时打开水阀，不用的时候关闭水阀，用于极寒冷地区或者冬天连阴天特殊气候。③热量储存系统：储能介质溶液池及储水池。④风力泵水及发电技术（农户自选）；⑤太阳能发电、储电系统（农户自选）。

　　总之，整体农宅在外墙保温节能设计的前提下，内部利用成熟的光伏技术、风力发电技术、沼气生产技术、水空调技术打造自给自足的温控系统，因地制宜，按照资金多寡、农宅住户专长或者用途而设计相匹配的农宅结构，选择需要的功能组块。夏天利用井水、储水池水循环降温，冬天建立以储存的热量、太阳能集热器、井水3种形式为基础的升温系统，调整大棚、住宅温度。利用现有的各种能源转移、储存技术及产品，建立太阳能、风能、生物能的发电、热能转换、储存、释放技术的能源补充保障系统。两套系统优势互补，降温、升温依靠自身储能设施，不用煤电或最小化利用煤电等石化能源产品进行生产生活，符合国家节能减排的目标。通过对太阳能、风能、沼气能等自然能源的转化、储存、释放再利用的综合温控系统，达到大棚、住宅内生产、生活所需要的环境温度，低消耗高产出。