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东北农村住宅落地炕与架空炕节能设计的对比分析

家教社会实践报告 时间:2021-07-07 10:48:23

摘要为了实现东北农村地区能源的高效利用,使农村的室内生活环境更为舒适,对东北农村采暖设施炕的两种形式——落地炕和架空炕进行了比较和总结。分析表明,在适合农村地区生产力水平和经济能力的前提下,架空炕是低成本、高效率的室内取暖设施,更符合可持续发展原则。

关键词农村住宅;落地炕;架空炕;节能

中图分类号S26文献标识码A文章编号0517-6611(2014)14-04326-03

东北冬季寒冷而漫长,特别是在农村住宅中,火炕是常见的室内取暖设备,既能供暖,又起到起居、待客等作用,从而形成了当地冬季以炕为中心的生活方式。因此火炕在农村住宅中有着重要的作用。由于农村住宅呈分散性分布,无法集中供暖,导致不可再生资源的过度消耗,加剧了环境污染等问题。另外在农村生活水平有所改善的条件下,人们对室内生活环境有了新的需求[1] 。因此对火炕形式的优化选择是北方农村实现节能、高效、可持续发展的最佳途径。

1火炕的形式

由于特殊的地理位置和自然条件,东北农村住宅的火炕有着悠久的历史。即便是在寒冷的冬季,炕所提供的温度依然可以满足人们的室内生活需求,并形成一个热效应环境。在东北,火炕不仅仅只是用来取暖,还具备了饮食、休息和接待客人的功能。火炕可以分为落地炕和架空炕两种形式[2]。

1.1落地炕落地炕(图1)是东北农村住宅传统炕的常见形式[3],是炕体与地面接触并用砖向上垒砌的形式。内部用砖砌成炕洞和烟道,并连接厨房的炉灶。炕的表面用人造革或者炕席铺设。炕上则可以放置炕柜和炕桌来存放生活用品。

图1落地炕1.2架空炕架空炕(图2)又叫吊炕,全称叫“北方高效预制组装架空炕连灶”,是对传统炕的改进。这种炕的炕体架空,由立柱支撑底板而成。与落地炕不同的是,其炕体不接触地面,而是有一定的高度,形似现代家居中的床,整洁美观,受到广大农户的喜欢。

图2架空炕2落地炕与架空炕的结构设计

落地炕与架空炕的主要结构是由炉灶、炕体和烟囱3部分组成。炉灶主要是利用农作物的剩余资源,玉米、秸秆、玉米芯等生物能源引火,既可以做饭,又可以通过炕体散发热量来采暖,最后通过排烟口排出室外。

2.1落地炕的炕体构造

2.1.1落地炕炕面。炕面是介于炕的内外空间的重要部位,起着支撑、传递热量和蓄热的作用。

2.1.2落地炕炕洞。炕洞是炕体当中最重要的构造,主要作用是引导烟气走向,而烟气的存储是炕面热量的主要保证,因此炕洞的结构对烟气存储和火炕的热效应效果有着很大的影响。根据炕体的构造,炕洞的构造可分为花洞、直洞、回洞和其他炕洞。

(1)花洞。花洞的构造能够使烟气在炕洞内做无序流动,可以从任何途径到达排烟口。这种炕洞能够使炕面热得快,施工简单,但是由于其构造没有有效地控制烟气,从而导致炕面温度不均匀,不适用于大面积的炕(图3)。

(2)直洞。直洞是在东北农村住宅中被广泛应用的一种炕洞形式,炕内的支撑都有规则地垂直和水平布置,对抗面起到了稳定的支撑作用。炕内的支柱墙面规则顺序能够有效地控制烟气,因此使炕体的蓄热量大,且在施工方面相对花洞炕的构造浪费建筑材料。另由于其直线型的炕洞流线导致热量传递速度快,因此直洞炕的炕面温度往往是热得快,凉得也快(图4)。

(3)回洞。回洞是在直洞炕基础上改进的,是指烟气从进烟口以垂直或平行方向进入,然后集中到一条主烟道,能够增加烟气的储蓄。在排烟口处的集中式烟道可以延长烟气在炕内的流动,从而提高炕体的热效应。回洞的构造使得施工方便,保证了炕体的稳定性,因此这种类型的炕洞也被广泛应用在东北农村住宅。但是这种炕洞过长会增加排烟口迂回构造的压力,使得炕洞阻力过大。因此,一般适合小房间使用(图5)。

(4)其他炕洞。除以上3种主要形式外,炕洞还有扇形、曲线和对角的形式。由于其内部构造相对复杂,浪费建筑材料,对烟气的控制相对较弱,不能有效控制炕面温度,因此并没有在东北农村地区广泛应用。

图3花洞图4直洞图5回洞2.2架空炕的炕体构造

2.2.1架空炕的炕面。架空炕与落地炕的炕面不同,可以分为上下两个部分。下部的炕面是由起到支撑作用的立柱构成,因此形成了地面与炕体的一段空气层,炕墙上还可以贴上瓷砖做装饰。不仅在外观上脱离了旧形式,而且可以充分利用空间,可以在炕下摆放鞋物。

2.2.2架空炕的炕洞结构。架空炕的炕洞形式(图6)是在传统炕洞形式上的优化与结合。采用花炕洞支撑墙的构造可以减少建筑材料的投入,具有良好的稳定性能;直炕洞的烟气流动热传递快和蓄热量稳定;回炕洞的烟气缓冲形式保证了烟气的充分流动,使得炕体的蓄热量增大。

图6架空炕的炕洞形式2.2.3架空炕的改进构造。

(1)“人字形”分烟墙。采用“人字形”的处理方法,增加了阻烟墙的结构。这种结构可以使烟气在炕梢处分流迂回进入排烟口,起到了缓冲的作用,并且延长了炕梢的冷却时间,也使烟气能够充分接触到炕体的各个部位。“人字形”分烟墙的制作可以用红砖砌成,也可以预制水泥件。其尺寸为420 mm×160 mm×50 mm,内角为150°左右。

(2)出烟口插板。安装在炕梢的排烟口处,在需要保持炕蓄热性时,关闭出烟口插板,能够有效减少漏烟现象,从而保持炕体温度。

(3)保温墙。保温墙建在炕体靠窗户的一侧,是一道双层墙,目的在于保温。双层墙的中间宽度为50 mm,里面放置耐火保温材料,提高了冷墙一侧的热能效率。

从两种火炕的构造上可以看出,架空炕的炕体架空,由单一的炕面增至两个散热面,更新的炕体内部结构构造有效地利用了炕内、炕外的烟气流通空间,减少热量损失,从而提高了室温。不仅造型美观,而且还能保持良好的室内环境。

3落地炕与架空炕的热效应对比

为了验证构造上的差异是否影响热效应,针对黑龙江省龙爪乡落地炕用户和架空炕用户,在其他方面都一致的条件下,对一天内的室内与室外温度和炕表面温度做了对比(图7、8)。

由图7可以看出,在-20 ℃的天气下,架空炕用户和落地炕用户的室内温度的平均值在10 ℃以上,能够保持良好的室内微热度环境。在18:00到次日03:00,落地炕用户的室内温差较大,但架空炕用户的室内温差较小,基本能达到持续恒温并能够持续保持良好的热效应。

图7黑龙江龙爪乡1月9日室内、室外温度图8黑龙江龙爪乡1月9日炕面温度由图7、8可以看出,虽然室内温度很低,炕面温度却在33~40 ℃。根据医学的相关知识,人体细胞不能忍受过高的接触温度,如果超过40 ℃,就会损害人体健康。因此,炕面的温度值以25~35 ℃为宜。从图8可以发现,从保护人体生理健康与满足舒适性要求来看,架空炕炕面温度大多数处于该舒适度范围内。

4落地炕与架空炕的节能效益分析

由于受地理环境的影响,东北农村冬季漫长,因此冬季的采暖是主要的支出项目。在东北,取暖用能的燃料主要有煤炭、玉米梗和薪柴等。通过对落地炕与架空炕的节能分析[4],分别对黑龙江省龙爪乡落地炕和架空炕用户一年内冬季的采暖经济、资源和环境3个方面进行对比(表1、2)。

灶台和火炕的能源消耗影响着东北农村住宅的空气质量,农村地区的空气排放以生物质燃料的二氧化碳、煤燃料的二氧化硫和其他有害物为主要成分。由图9、10可知,与落地炕相比,架空炕耗能仅为落地炕的1/2~2/3,二氧化碳、二氧化硫等烟气排放量大大减少,有效地净化了空气,对农村环境的改善和保护有着积极的作用[5]。

图9龙爪村架空炕用户燃料气体排放图10龙爪村落地炕用户燃料气体排放5结论

通过对东北农村住宅落地炕与架空炕的分析论述,得知架空炕是最适合东北农村地区的采暖方式。在城市化进程加快的时代背景下,传统文化、传统技术、传统生活方式面临着巨大的挑战和新的发展机遇。根据我国广大农村地区的住宅分布、自然条件等情况,无法采用集中烘暖的形式;另外与新型的供暖设施相比,架空炕在能源利用、节能的条件下更加贴近东北农户的生活需求[6]。对架空炕这种火炕形式在东北地区的推广,是建设新农村目标的需要,是改善农村地区的生活环境,推进农村技术发展,开创农村新风貌的一项新课题。架空炕独特的优越性不仅可以充分利用生物质能源,还可以提高冬季室内环境舒适度,是一种在东北地域性特征基础上,具有以人为本、可持续发展理念的新型资源节约型采暖方式[7]。

参考文献

[1] 刘满,夏晓东.辽宁省农村住宅的采暖方式与能耗研究[J].建筑节能,2007,35(7):59.

[2] 任洪国.东北地区村镇住宅火炕技术设计研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2008.

[3] 胡莉莉.农村节能吊炕的热效益分析与应用研究[D].兰州:兰州大学,2012.

[4] 许东,王雪英,裴玉屏.辽宁省农村住宅的火炕与地炕分析[J].四川建筑科学研究,2010,36(4):301.

[5] 方利国.节能技术应用与评价[M].北京:化学工业出版社,2008.

[6] 孙世均.探索寒地农村火炕住宅可持续发展新路[J].低温建筑技术,2005(5):90-91.

[7] 刘建斌.节能减排说吊炕,促进民生看怀仁[J].农业工程技术(新能源产业),2013(11):44-45.

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