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摘要：
本文以一次采用生物质能供暖的农宅设计为线索探讨的燃池位置对北方农宅设计的影响，以燃池在农宅中的剖面位置定义农宅类型，并对各类型的农宅主房的使用空间、烟囱位置、燃池利用效率、宅基择地进行综合评价,总结燃池在农宅设计中的影响，旨在对农宅设计形成参考，并对下一步新农村住宅的工业化建造设计提供设计指针。
关键词：农村住宅燃池 空间类型化
中图分类号：G812.42 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
近年来随着我国农村经济的发展、农民生活水平的改善，农村的能源消耗也越来越大，如农村用电量每年正以15%左右的速度递增。可是目前我国农村能源利用率又非常低。因此迫切需要在农村提倡住宅节能。其次农村住宅依然呈现传统的建造方式，多数处于无标准规范、无技术指导的状态，居住质量和安全无法保证，节能工作亟需进行。国家十二五发展规划在“改善农村生产和生活条件”一章中明确提出大力发展沼气、作物秸秆及林业废弃物利用等生物质能和风能、太阳能，加强省柴节煤炉灶炕改造。利用生物质能进行冬季采暖能大大降低北方农宅的常规能源消耗，采用工业化方式建造农宅，能有效降低农宅的生产和建造的能耗，并提高农宅的质量，且便于农宅拆除后的可循环利用，是最终大规模实现农村住宅的节能的重要手段。研究作为农村装配式生态住宅的一部分，探讨燃池对于北方农宅设计的影响，对于实现我国北方地区农村住宅节能和装配式具有重要意义。
2.燃池新能源住宅实践背景
2.1燃池供热原理
燃池，是一种十多年前在我国东北部地区兴起的冬季采暖设施，由当地传统民居中的“炕”演化而來，所以燃池也叫“地炕”。但燃池又不同于传统的地炕，其工作原理主要是利用生物质燃料的阴燃发热供暖，而传统的地炕是利用灶炕烧火的烟气余热供暖。燃池需要在冬季来临时由进出料口向燃池内部送入燃料，然后将其挤压密实并充满池体空间，燃料越密实，池体空间盛料越多，燃烧时间就越长，而且燃料间隙里的空气越少，阴燃的速度也越容易得到控制。所以说，燃池是一种主体位于采暖地面下的一个燃烧空间，利用植物残碎的根、茎、叶及锯末等做为燃料并使燃料处于厌氧阴燃状态，产生的热量经散热面通过传导、辐射和对流的方式提高室内温度的一种取暖方法。燃池一般是按屋内面积与室内燃池面积之比6:1来确定燃池面积，燃池的形状可以设计成长方形，正方形和圆形等，但其净高至少应保持在1.2m-1.4m之间。我国辽宁省阜新市阜蒙县当地工匠刘兴山利用燃池采暖技术建造了一定数量的农宅，并获得当地农民的喜爱，其有关案例提供了本研究设计实践的基础资料（图1、图2）
2.2燃池农宅案例调研
研究团队在2010年8月至2011年8月多次对辽宁省阜新市阜蒙县当地的利用燃池采暖的农宅调研，通过拍照、访谈、实测等方式对工匠刘兴山帮助建成的6栋燃池供暖的农宅进行调研，并选取具有典型特征的平房和楼房进行分析(表1)。从分析可知在平炕楼房中燃池空间占主房面积的1/3，近70平方米，用于对其他2/3的空间供暖，从体积上看，当地的燃池层高约2.2m，略低于普通房间，因此燃池占主房的体积比低于面积比为1/4，对比地炕平房，其面积和体积比分别为1/2和1/3。从上述数据分析可知燃池占用空间大，利用效率低，其中平房的燃池对空间的浪费更甚。除此之外燃池阴燃的过程中会产生CO,因此其维护结构需要做严格的密封处理，而当地农宅皆未对燃池进行相关处理，因此存在CO渗漏的隐患。
表1：燃池农宅案例调研分析
3. 阜新燃池新能源农村住宅设计研究概述
3.1 项目背景
辽宁省阜新新能电力设备厂将建设2栋示范性实验住宅，其中一栋为100㎡左右的平房，一栋为180㎡左右两层楼房，希望根据寒冷地区农村或城乡结合部的资源特点采用燃池采暖技术，利用农村废弃的生物质燃料及太阳能实现零常规能源消耗的室内环境调节，并研究开发适合于工厂化生产的建筑构件系统及轻钢结构系统，旨在通过示范住宅的建设为装配式生态节能住宅的市场开发提供技术指导。
3.2设计过程概述
研究小组，在已有调研的基础上（见2），通过文献调研北方地区农村住宅的院落布局、主房的空间布局以及生活习惯方式，并针对新能厂对两栋实验农宅所提的要求设计,整个设计过程可分为三个阶段。
第一阶段为案例研究和设计要求拟定。通过了解阜新当地农民建房的宅基地政策，将宅基地拟定为400平方米，院落的长宽比考虑到农村宅基地的多样性，设定为16M*25M或20M*20M（面宽*进深）两种可能，设计主房时应兼顾两种大小院落的布局。通过广泛收集北方农村住宅的户型，研究团队发现，大量北方农村住宅的建成案例和设计方案都将主要的功能房间如卧室、堂屋、餐厅置于一层的南侧，而将厨房、卫生间、储藏间、楼梯等辅助功能置于一层北侧，二层基本上是起居室和卧室。平面多为3开间，少量案例有两开间、4开间和5开间。
第二阶段研究小组通过多方案的设计比较，对平房和楼房的空间布局基本形成共识（图3），将主要的起居空间置于南侧，厨卫空间置于北侧，但燃池的位置各方案处理不同，原因在于各方案在权衡燃池利用效率和空间布局时给出了不同回答。因此将燃池位置对农宅设计的影响以试设计的形式进行单项研究，并形成类型化设计总结，本文正是在设计过程中以燃池为中心探讨其对农宅设计的影响而总结的农宅类型的阶段性研究成果。
第三阶段将对农宅方案进行工业化生产方式的建造技术设计，它也将分为三个阶段，第一阶段：外部承重结构体技术系统，包括轻钢结构框架体系。第二阶段：非承重气候适应型围护结构系统，包括太阳能集热墙体部件、移动式保温门窗、户用燃池、保温层、屋面等。第三阶段：内间体技术系统及设备，包括蓄热楼板和地面、新型节能灶炕、隔墙、内壁、天棚等。
4.以燃池为中心的农宅类型化设计总结
4.1燃池热能利用对农宅剖面设计的影响
在进行农宅设计时，首先要考虑的是剖面上燃池位于农宅的哪个位置。因为从燃池的供热原理上看，最热的面为顶面，其次为4个侧面和底面。如何利用燃池的6个面为使用空间供暖，成为设计者最先需要考虑的问题。若将燃池置于农宅的地下一层，燃池顶面的热量直接为使用空间供暖，其他4个侧面的热量将散发到基地中。若将燃池以半地下的形式凸出在一层地面，除了燃池顶面的热量被利用，部分侧面的热量也将为使用空间供暖，但将在室内地坪造成一定的高差；若将燃池置于农宅的一层，顶面的热量为二层服务，其4个侧面的热量将有可能完全被利用；若将燃池置于农宅的一层且架空半米，或者凸出到二层半米，燃池的六个面的热量将有可能完全为使用空间服务（图3）。
4.2燃池热能利用对农宅平面设计的影响
从燃池在农宅平面中的位置看燃池的热能的利用，若燃池空间和使用空间是一种相邻关系，则仅能利用燃池的1个侧面的热量，如果是使用空间半包含燃池空间，则燃池将有2-3个侧面的热量被利用，如果是使用空间环绕燃池，则燃池的四个侧面的热量将服务于使用空间。由此可见，使用空间越大程度上的包裹燃池，将更大限度的利用燃池的热量（图4）。
4.3基于燃池空间的农宅类型化设计评价及指南
基于上述燃池热能利用对农宅空间设计影响的分析，对农宅的剖面进行试设计，试设计以300为基本模数，将层高定位2700，平面大小定位9000*6300（面宽*进深），目的下一步进行工业化建造设计时，能方便的对方案进行模块化设计。将剖面试设计的全部结果列出，根据燃池在剖面位置上的共性定义试设计的农宅类型，并以平面的空间布局、燃池热能利用、烟气排放位置、宅基择地4个要素对试设计进行分析，形成分析的评价表格（表2、表3）。
根据阜新设计的要求，以平房和楼房的农宅设计为研究对象，将平房的可能的试设计分为地炕式、凸出式、均匀式，楼房除了上述3种还有一种屋内式。下面以平房的地炕式为例介绍各个要素的分析和表格的使用。之所以称为“地炕式”，是因为该类型的剖面试设计都只利用燃池顶面的热量，将地炕式编为A，根据地炕式中燃池位置在水平方向上的不同，又有5种不同的变形，将这5中变形在A后面加编数字，这么做的目的第一方便表格的阅读，第二方便研究成果的调整。在空间布局这项要素中主要分析“地炕式”的5个变形的平面布局可能性，其中黑色部分表示燃池顶面直接供暖的空间，这部分空间可能会布置卧室、堂屋等主要居寝空间，而白色部分可能布置厨卫空间；在利用效率这一栏中，对“地炕式”5种剖面变形的燃池利用效率进行定性的图示评价；在烟气排放这一栏中，对5种变形的烟囱位置做了预判，以提醒设计者此类剖面可能的烟囱摆放位置，这将对农宅的立面造型产生影响，其中5类剖面中，烟囱的位置有两种，靠近屋脊和靠近外墙；最后一项是地形适应，乡村的的宅基地的可能性很多，有许多不确定的因素，有坡地也有平地，坡地也会有南坡和北坡、东坡和西坡之分，因此根据剖面类型的特点对试设计的地形适用进行预判，以提醒设计者此类剖面可能适合于怎样的宅基地。
表格其他类型的分析思基本按照上述“地炕式”的模式進行。定义设计类型时，基本以燃池的剖面位置和供暖特点命名，比如凸出式，即指燃池凸出一层地坪给房间供暖，而均匀式，是从概念上对燃池的剖面形状进行改良、在燃池体积不变的情况下、使热量均匀的布置于楼板底面，从而能为整个燃池顶面的使用空间供暖。屋内式，是将燃池作为一层的一个房间，这样燃池就仿佛一个置于屋内的不用加柴火的封闭的火炉，而屋内均匀式，是结合屋内式和均匀式的一个设想。制作此表格目的是如何在空间布局上提高燃池的供热效率的一个探索性的总结，并预判提高燃池供热效率之后对农宅设计的影响，因此加入了空间布局、烟囱位置、地形适用等指标的评价。
5.结语
本研究作为阜新装配式生态住宅设计研究中的一部分，既能够作为采用燃池采暖的农宅设计的参考，同时也成为下一阶段农宅工业化生产方式的一个基础，但本文的研究工作在探讨不同类型的农宅对工业化生产的设计指导尚有不足，仅在原型的试设计上以300为基本模数设定平面和剖面的基本尺寸，并未对试设计建立工业化模块，并以分析评价的形式纳入表格中。研究将在未来的工作中完善此部分内容。本文探讨燃池对于北方农宅设计的影响，对实现我国北方地区农村建筑节能和装配式具有重要意义。
参考文献：
[1] 郭继业.北方燃池取暖技术.农村能源.1996.03(67)：8-9.
本文以一次采用生物质能供暖的农宅设计为线索探讨的燃池位置对北方农宅设计的影响，以燃池在农宅中的剖面位置定义农宅类型，并对各类型的农宅主房的使用空间、烟囱位置、燃池利用效率、宅基择地进行综合评价,总结燃池在农宅设计中的影响，旨在对农宅设计形成参考，并对下一步新农村住宅的工业化建造设计提供设计指针。
关键词：农村住宅燃池 空间类型化
中图分类号：G812.42 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
近年来随着我国农村经济的发展、农民生活水平的改善，农村的能源消耗也越来越大，如农村用电量每年正以15%左右的速度递增。可是目前我国农村能源利用率又非常低。因此迫切需要在农村提倡住宅节能。其次农村住宅依然呈现传统的建造方式，多数处于无标准规范、无技术指导的状态，居住质量和安全无法保证，节能工作亟需进行。国家十二五发展规划在“改善农村生产和生活条件”一章中明确提出大力发展沼气、作物秸秆及林业废弃物利用等生物质能和风能、太阳能，加强省柴节煤炉灶炕改造。利用生物质能进行冬季采暖能大大降低北方农宅的常规能源消耗，采用工业化方式建造农宅，能有效降低农宅的生产和建造的能耗，并提高农宅的质量，且便于农宅拆除后的可循环利用，是最终大规模实现农村住宅的节能的重要手段。研究作为农村装配式生态住宅的一部分，探讨燃池对于北方农宅设计的影响，对于实现我国北方地区农村住宅节能和装配式具有重要意义。
2.燃池新能源住宅实践背景
2.1燃池供热原理
燃池，是一种十多年前在我国东北部地区兴起的冬季采暖设施，由当地传统民居中的“炕”演化而來，所以燃池也叫“地炕”。但燃池又不同于传统的地炕，其工作原理主要是利用生物质燃料的阴燃发热供暖，而传统的地炕是利用灶炕烧火的烟气余热供暖。燃池需要在冬季来临时由进出料口向燃池内部送入燃料，然后将其挤压密实并充满池体空间，燃料越密实，池体空间盛料越多，燃烧时间就越长，而且燃料间隙里的空气越少，阴燃的速度也越容易得到控制。所以说，燃池是一种主体位于采暖地面下的一个燃烧空间，利用植物残碎的根、茎、叶及锯末等做为燃料并使燃料处于厌氧阴燃状态，产生的热量经散热面通过传导、辐射和对流的方式提高室内温度的一种取暖方法。燃池一般是按屋内面积与室内燃池面积之比6:1来确定燃池面积，燃池的形状可以设计成长方形，正方形和圆形等，但其净高至少应保持在1.2m-1.4m之间。我国辽宁省阜新市阜蒙县当地工匠刘兴山利用燃池采暖技术建造了一定数量的农宅，并获得当地农民的喜爱，其有关案例提供了本研究设计实践的基础资料（图1、图2）
2.2燃池农宅案例调研
研究团队在2010年8月至2011年8月多次对辽宁省阜新市阜蒙县当地的利用燃池采暖的农宅调研，通过拍照、访谈、实测等方式对工匠刘兴山帮助建成的6栋燃池供暖的农宅进行调研，并选取具有典型特征的平房和楼房进行分析(表1)。从分析可知在平炕楼房中燃池空间占主房面积的1/3，近70平方米，用于对其他2/3的空间供暖，从体积上看，当地的燃池层高约2.2m，略低于普通房间，因此燃池占主房的体积比低于面积比为1/4，对比地炕平房，其面积和体积比分别为1/2和1/3。从上述数据分析可知燃池占用空间大，利用效率低，其中平房的燃池对空间的浪费更甚。除此之外燃池阴燃的过程中会产生CO,因此其维护结构需要做严格的密封处理，而当地农宅皆未对燃池进行相关处理，因此存在CO渗漏的隐患。
表1：燃池农宅案例调研分析
3. 阜新燃池新能源农村住宅设计研究概述
3.1 项目背景
辽宁省阜新新能电力设备厂将建设2栋示范性实验住宅，其中一栋为100㎡左右的平房，一栋为180㎡左右两层楼房，希望根据寒冷地区农村或城乡结合部的资源特点采用燃池采暖技术，利用农村废弃的生物质燃料及太阳能实现零常规能源消耗的室内环境调节，并研究开发适合于工厂化生产的建筑构件系统及轻钢结构系统，旨在通过示范住宅的建设为装配式生态节能住宅的市场开发提供技术指导。
3.2设计过程概述
研究小组，在已有调研的基础上（见2），通过文献调研北方地区农村住宅的院落布局、主房的空间布局以及生活习惯方式，并针对新能厂对两栋实验农宅所提的要求设计,整个设计过程可分为三个阶段。
第一阶段为案例研究和设计要求拟定。通过了解阜新当地农民建房的宅基地政策，将宅基地拟定为400平方米，院落的长宽比考虑到农村宅基地的多样性，设定为16M*25M或20M*20M（面宽*进深）两种可能，设计主房时应兼顾两种大小院落的布局。通过广泛收集北方农村住宅的户型，研究团队发现，大量北方农村住宅的建成案例和设计方案都将主要的功能房间如卧室、堂屋、餐厅置于一层的南侧，而将厨房、卫生间、储藏间、楼梯等辅助功能置于一层北侧，二层基本上是起居室和卧室。平面多为3开间，少量案例有两开间、4开间和5开间。
第二阶段研究小组通过多方案的设计比较，对平房和楼房的空间布局基本形成共识（图3），将主要的起居空间置于南侧，厨卫空间置于北侧，但燃池的位置各方案处理不同，原因在于各方案在权衡燃池利用效率和空间布局时给出了不同回答。因此将燃池位置对农宅设计的影响以试设计的形式进行单项研究，并形成类型化设计总结，本文正是在设计过程中以燃池为中心探讨其对农宅设计的影响而总结的农宅类型的阶段性研究成果。
第三阶段将对农宅方案进行工业化生产方式的建造技术设计，它也将分为三个阶段，第一阶段：外部承重结构体技术系统，包括轻钢结构框架体系。第二阶段：非承重气候适应型围护结构系统，包括太阳能集热墙体部件、移动式保温门窗、户用燃池、保温层、屋面等。第三阶段：内间体技术系统及设备，包括蓄热楼板和地面、新型节能灶炕、隔墙、内壁、天棚等。
4.以燃池为中心的农宅类型化设计总结
4.1燃池热能利用对农宅剖面设计的影响
在进行农宅设计时，首先要考虑的是剖面上燃池位于农宅的哪个位置。因为从燃池的供热原理上看，最热的面为顶面，其次为4个侧面和底面。如何利用燃池的6个面为使用空间供暖，成为设计者最先需要考虑的问题。若将燃池置于农宅的地下一层，燃池顶面的热量直接为使用空间供暖，其他4个侧面的热量将散发到基地中。若将燃池以半地下的形式凸出在一层地面，除了燃池顶面的热量被利用，部分侧面的热量也将为使用空间供暖，但将在室内地坪造成一定的高差；若将燃池置于农宅的一层，顶面的热量为二层服务，其4个侧面的热量将有可能完全被利用；若将燃池置于农宅的一层且架空半米，或者凸出到二层半米，燃池的六个面的热量将有可能完全为使用空间服务（图3）。
4.2燃池热能利用对农宅平面设计的影响
从燃池在农宅平面中的位置看燃池的热能的利用，若燃池空间和使用空间是一种相邻关系，则仅能利用燃池的1个侧面的热量，如果是使用空间半包含燃池空间，则燃池将有2-3个侧面的热量被利用，如果是使用空间环绕燃池，则燃池的四个侧面的热量将服务于使用空间。由此可见，使用空间越大程度上的包裹燃池，将更大限度的利用燃池的热量（图4）。
4.3基于燃池空间的农宅类型化设计评价及指南
基于上述燃池热能利用对农宅空间设计影响的分析，对农宅的剖面进行试设计，试设计以300为基本模数，将层高定位2700，平面大小定位9000*6300（面宽*进深），目的下一步进行工业化建造设计时，能方便的对方案进行模块化设计。将剖面试设计的全部结果列出，根据燃池在剖面位置上的共性定义试设计的农宅类型，并以平面的空间布局、燃池热能利用、烟气排放位置、宅基择地4个要素对试设计进行分析，形成分析的评价表格（表2、表3）。
根据阜新设计的要求，以平房和楼房的农宅设计为研究对象，将平房的可能的试设计分为地炕式、凸出式、均匀式，楼房除了上述3种还有一种屋内式。下面以平房的地炕式为例介绍各个要素的分析和表格的使用。之所以称为“地炕式”，是因为该类型的剖面试设计都只利用燃池顶面的热量，将地炕式编为A，根据地炕式中燃池位置在水平方向上的不同，又有5种不同的变形，将这5中变形在A后面加编数字，这么做的目的第一方便表格的阅读，第二方便研究成果的调整。在空间布局这项要素中主要分析“地炕式”的5个变形的平面布局可能性，其中黑色部分表示燃池顶面直接供暖的空间，这部分空间可能会布置卧室、堂屋等主要居寝空间，而白色部分可能布置厨卫空间；在利用效率这一栏中，对“地炕式”5种剖面变形的燃池利用效率进行定性的图示评价；在烟气排放这一栏中，对5种变形的烟囱位置做了预判，以提醒设计者此类剖面可能的烟囱摆放位置，这将对农宅的立面造型产生影响，其中5类剖面中，烟囱的位置有两种，靠近屋脊和靠近外墙；最后一项是地形适应，乡村的的宅基地的可能性很多，有许多不确定的因素，有坡地也有平地，坡地也会有南坡和北坡、东坡和西坡之分，因此根据剖面类型的特点对试设计的地形适用进行预判，以提醒设计者此类剖面可能适合于怎样的宅基地。
表格其他类型的分析思基本按照上述“地炕式”的模式進行。定义设计类型时，基本以燃池的剖面位置和供暖特点命名，比如凸出式，即指燃池凸出一层地坪给房间供暖，而均匀式，是从概念上对燃池的剖面形状进行改良、在燃池体积不变的情况下、使热量均匀的布置于楼板底面，从而能为整个燃池顶面的使用空间供暖。屋内式，是将燃池作为一层的一个房间，这样燃池就仿佛一个置于屋内的不用加柴火的封闭的火炉，而屋内均匀式，是结合屋内式和均匀式的一个设想。制作此表格目的是如何在空间布局上提高燃池的供热效率的一个探索性的总结，并预判提高燃池供热效率之后对农宅设计的影响，因此加入了空间布局、烟囱位置、地形适用等指标的评价。
5.结语
本研究作为阜新装配式生态住宅设计研究中的一部分，既能够作为采用燃池采暖的农宅设计的参考，同时也成为下一阶段农宅工业化生产方式的一个基础，但本文的研究工作在探讨不同类型的农宅对工业化生产的设计指导尚有不足，仅在原型的试设计上以300为基本模数设定平面和剖面的基本尺寸，并未对试设计建立工业化模块，并以分析评价的形式纳入表格中。研究将在未来的工作中完善此部分内容。本文探讨燃池对于北方农宅设计的影响，对实现我国北方地区农村建筑节能和装配式具有重要意义。
参考文献：
[1] 郭继业.北方燃池取暖技术.农村能源.1996.03(67)：8-9.