重慶新農(nóng)村建設(shè)典型民居的節(jié)能性能

摘要：在《重慶市巴渝新農(nóng)村民居通用圖集》中選取典型設(shè)計(jì)方案，用清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的全年動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件DeSTH進(jìn)行供熱供冷能耗模擬分析。模擬方案為變參數(shù)法，模擬出采用節(jié)能措施后的全年建筑能耗，并結(jié)合不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案可能造成的成本增量，分析其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)節(jié)能優(yōu)化措施進(jìn)行研究分析、探討，總結(jié)出適用于重慶新農(nóng)村典型民居建設(shè)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)為：外墻外保溫采用30 mm膨脹聚苯板，主要功能房間外窗采用鍍Lowe膜中空玻璃，其他房間采用普通6 mm單玻；過(guò)渡季節(jié)加強(qiáng)通風(fēng)；夏季空調(diào)溫度設(shè)置為28℃，冬季采暖溫度設(shè)置為16℃；建筑朝向?yàn)槟媳毕颉?/p>

關(guān)鍵詞：建筑經(jīng)濟(jì)性；節(jié)能；新農(nóng)村建設(shè)；模擬

中圖分類號(hào)：TU241.4；TU831.6；TU834.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16744764（2014）02007509

Abstract：The DeSTH， developed by Tsinghua University， was used to analyze the Heating and cooling energy consumption of the typical design project obtained from the General Dwellings Atlas of Chongqing BaYu New Rural Residential. The whole year energy consumption after opting energysaving measures was simulated by varying the relevant parameters. Meanwhile， the technical and economic performance were analyzed by taking the cost increment into account which was caused by energysaving measures. Based on the optimization results， the priority design parameters adapted to residential buildings of new rural development in Chongqing are summarized as follows： exterior wall thermal insulation with 30mm EPS board； the external window of the main function room with Lowe film hollow glass or others with ordinary single 6 mm glass； strengthened ventilation at overseason； indoor temperature in summer is set to 28℃， the heating temperature in winter is set to 16℃； building orientation is northsouth.

Key words：building economy；energy conservation；new rural construction；simulation

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村生產(chǎn)生活條件也在不斷改善。2012年底，全國(guó)農(nóng)村人均住房面37.1 m2，比2007年增加5.5 m2[1]。與此同時(shí)重慶新農(nóng)村建設(shè)也取得了豐碩的成果：新建巴渝新居19.8萬(wàn)戶[2]。但不可忽視的是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)帶來(lái)的能源消耗的增加。調(diào)研[3]發(fā)現(xiàn)目前中國(guó)農(nóng)村住宅用商品能源（主要是燃煤、電力、燃?xì)猓┛偭恳堰_(dá)到城鎮(zhèn)建筑用商品能源的1/3，而且正在以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。重慶地區(qū)的統(tǒng)計(jì)[4]情況是：近20年來(lái)和農(nóng)村用電消耗以每年超過(guò)5%的速度增長(zhǎng)。而農(nóng)村住宅建筑用能源消耗在農(nóng)村總能源消耗中又占有相當(dāng)大的比重。因此，農(nóng)村建筑節(jié)能已經(jīng)成為提高農(nóng)村能源利用效率的關(guān)鍵所在。

從節(jié)能角度出發(fā)，新建建筑是建筑節(jié)能的重點(diǎn)。對(duì)于新建建筑，節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于建筑設(shè)計(jì)[5]。并且有研究[6]表明：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱是建筑耗能的主要部位，所以加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，提高門窗的氣密性，減少門窗的空氣滲透量是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。研究[7]表明：與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中夏季空調(diào)設(shè)定溫度值取26 ℃相比，設(shè)定溫度提高2 ℃可使模型建筑的空調(diào)年能耗減少11.8%。類似研究[8]表明使用雙層玻璃至少可以減少能耗10%，并且窗子的位置和大小也對(duì)建筑能耗有著重要的影響。在全年的能源消耗情況來(lái)看，在相對(duì)干旱地區(qū)厚重的墻體建筑相對(duì)于輕薄的墻體的建筑能源節(jié)約接近25%[9]。建筑物的形狀對(duì)建筑的能耗也有明顯的影響，有研究表明，多棱柱形建筑相對(duì)于規(guī)則直角形建筑平均節(jié)能7.88%[10]。

已有研究成果都是針對(duì)城市建筑而言的，對(duì)于農(nóng)村建筑這一類特殊建筑，相同的結(jié)論是否適用，還有待研究。同時(shí)，農(nóng)村居民在考慮節(jié)能措施的同時(shí)，會(huì)更加關(guān)注經(jīng)濟(jì)成本。筆者針對(duì)農(nóng)村建筑，綜合考慮各項(xiàng)節(jié)能措施帶來(lái)的節(jié)能效果與節(jié)能措施的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行研究分析、探討、總結(jié)出適應(yīng)于典型重慶新農(nóng)村民居建設(shè)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，為通用圖集提供必要的補(bǔ)充，以期為農(nóng)村新建住宅建筑的設(shè)計(jì)提供更多的理論指導(dǎo)，使農(nóng)村新建住宅建筑既有當(dāng)?shù)靥厣帜芨玫臐M足節(jié)能的目的。

1研究方法

在《重慶市巴渝新農(nóng)村民居通用圖集》中選取3套典型設(shè)計(jì)方案，其中有1套經(jīng)濟(jì)型、1套適用型、1套小康型（建筑效果圖見(jiàn)圖1），用清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的全年動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件DeSTH（Designers Simulation Toolkit Home）進(jìn)行供熱供冷能耗模擬分析。模擬方案為變參數(shù)法，即在選定參照模型基礎(chǔ)上，通過(guò)改變參數(shù)設(shè)置，如：圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體參數(shù)、窗戶類型、通風(fēng)次數(shù)、空調(diào)設(shè)置溫度以及建筑朝向，并保持其余參數(shù)不變的原則，模擬出采用此項(xiàng)節(jié)能措施后的全年建筑能耗，并且結(jié)合不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案可能造成的增量成本，分析技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。

從圖4中可以看出，經(jīng)濟(jì)型、適用型、小康型3種類型建筑的冷負(fù)荷指標(biāo)明顯大于熱負(fù)荷指標(biāo)，這是因?yàn)橹貞c處于夏熱冬冷地區(qū)，夏季悶熱，冬季濕冷，夏季供冷能耗為建筑的主要能耗；3種類型建筑單位面積冷、熱負(fù)荷以及單位面積總累計(jì)負(fù)荷的差別不是很明顯，這是由于各基礎(chǔ)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)相同，體形系數(shù)相差不大，所以單位面積負(fù)荷差別不大。這也說(shuō)明了對(duì)各類建筑進(jìn)行節(jié)能性分析的作用也是同等重要的。

2.1外墻保溫分析

通過(guò)改變模型外墻的保溫的性能，在DeSTh中對(duì)方案X1、X2、X3、X4、X5進(jìn)行模擬的結(jié)果如圖5所示，圖中節(jié)能率以X2為基準(zhǔn)計(jì)算得到。

從圖5可以看出：通過(guò)增加保溫層的厚度，累計(jì)熱負(fù)荷和累計(jì)冷負(fù)荷有明顯降低，其中累計(jì)熱負(fù)荷的節(jié)能率在19.4%～42.7%之間，累計(jì)冷負(fù)荷的節(jié)能率在3.6%～8.6%之間，累計(jì)熱負(fù)荷的節(jié)能率明顯高于累計(jì)冷負(fù)荷的節(jié)能率；隨著保溫層厚度的逐漸增大，節(jié)能率的增幅逐漸減小。

增加外墻保溫層的厚度，在減小外墻傳熱系數(shù)的同時(shí)，相應(yīng)的增加墻體的蓄熱功能，從而在炎熱、寒冷或者極端氣候條件下，減少建筑的空調(diào)、采暖能耗。但是，在夜間或者非極端氣候條件下，反而阻礙了室內(nèi)外的熱交換，增加了空調(diào)、采暖能耗。所以，保溫層的厚度不能無(wú)限增長(zhǎng)下去，一定有一個(gè)經(jīng)濟(jì)厚度。

對(duì)于處于夏熱冬冷的重慶地區(qū)而言，通過(guò)分析重慶的室外逐時(shí)氣象參數(shù)發(fā)現(xiàn)：采暖季時(shí)，以室內(nèi)恒定為采暖溫度18℃為基礎(chǔ)，得到室內(nèi)外平均溫差為8.8℃；空調(diào)季時(shí)，以室內(nèi)恒定為空調(diào)溫度26℃為基礎(chǔ)，得到室內(nèi)外平均溫差為1.3℃。所以適當(dāng)增加外墻的保溫層厚度，在空調(diào)季和采暖季均能起到降低能耗的作用；并且采暖季室內(nèi)外平均溫差明顯高于空調(diào)季室內(nèi)外平均溫差，所以累計(jì)熱負(fù)荷的節(jié)能率明顯高于累計(jì)冷負(fù)荷的節(jié)能率。

從經(jīng)濟(jì)性方面對(duì)比不同外墻保溫形式的差異，如表6所示。

從表9中可以看出：采取節(jié)能措施的投資回收期都在1.2 a以內(nèi)，同時(shí)考慮到采取節(jié)能措施之后對(duì)室內(nèi)環(huán)境的改善，得到新建巴渝新農(nóng)村建筑采取必要的節(jié)能措施，在經(jīng)濟(jì)性和舒適性上是可行的。

3結(jié)論

利用模擬軟件DeSTh對(duì)《重慶市巴渝新農(nóng)村民居通用圖集》中的典型建筑進(jìn)行供熱供冷能耗模擬分析，通過(guò)能耗以及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

1）建議新建巴渝新農(nóng)村住宅外墻采用30 mm的膨脹聚苯板來(lái)提高能源利用效率，如果經(jīng)濟(jì)上不寬裕也可以采用回收期更短的10 mm或者20 mm的膨脹聚苯板，同樣可以提高能源利用效率。

2）綜合考慮到投資和節(jié)能兩方面，為實(shí)現(xiàn)舒適性和經(jīng)濟(jì)性的平衡，建議新建巴渝新居主要功能房間外窗采用鍍Lowe膜中空，其他房間采用普通6 mm單玻。

3）在日常生活空調(diào)使用的過(guò)程中，尤其是在過(guò)渡季、夏季夜間和早晨等室外溫度適宜時(shí)，多開(kāi)窗加強(qiáng)通風(fēng)，減少使用空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)間；同時(shí)在冬夏季使用空調(diào)時(shí)，適當(dāng)降低或提高空調(diào)的設(shè)定溫度值，提高能源使用效率。建議冬季采暖溫度設(shè)置為16℃，夏季空調(diào)設(shè)置為28℃，以提高能源使用效率。

4）重慶新建巴渝新農(nóng)村建筑的朝向要因地制宜，在條件允許的情況下盡量采用南北朝向或接近南北朝向，以提高能源利用效率。

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（編輯胡英奎）