我國農村居住建筑節能技術研究現狀分析★

陳偉嬌 彭 巖 楊詩薇

(1.北方工業大學，北京 100144; 2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100000)

0 引言

目前我國經濟高速發展，能源消耗也呈快速上漲的趨勢。根據我國國家統計局數據得出，2015年及2016年我國的能源消費總量分別為43.0億t及43.6億t標準煤，同年能源生產總量分別為36.2億t及34.6億t標準煤，目前我國能源供應處于供不應求的狀態。隨著能源消耗的增加，環境壓力也不斷增大，在節能減排大背景的前提下，我國2007年出臺了《國家應對氣候變化方案》，隨后于2009年提出了到2020年單位國內生產總值二氧化碳的排放量比2005年降低40% ～45%，2030年降低60% ～65%的減排目標。節能減排，是我國當前發展面臨的主要問題之一。

我國是一個農業大國，現有的農村人口約占全國總人口數的56%，農村建筑住宅面積約為240億m2。據統計，農村建筑能耗約占社會總能耗的20%。目前農村的能源種類主要包括煤炭、液化石油氣、電力和生物質能源，農村民用建筑能源消耗主要有照明、家電、炊事、采暖和夏季降溫，其中南、北方農村采暖用能約占農村建筑用能的50%。并且，隨著農村收入水平的提高，處于夏熱冬冷地區的農村建筑的采暖能耗也呈逐年增長的趨勢。為了獲得更好的舒適性，生物質能源的應用逐漸減少，煤炭及電能的用量逐年增加，因此，如何根據農村建筑的特點，降低其采暖能耗，利用可再生能源，是當前農村建筑節能領域重要的課題。國內的科研機構和高校學者，從以下幾方面著手，進行了相關研究。

1 提高圍護結構的保溫性能

農村住宅建筑圍護結構的普遍特點是:墻體普遍采用240 mm或370 mm磚墻，熱工性能差，建筑能耗高。蘭州理工大學西部能源與環境研究中心李金平等［1］針對西北新農村居住建筑外墻經濟保溫層厚度進行了分析，研究利用DeST-h軟件對10組0 mm～90 mm不同外墻保溫層厚度的典型西北新農村建筑采暖能耗進行了模擬分析，結果表明外墻保溫可明顯降低建筑采暖能耗，采暖節能率可達到26%，采用生命周期成本分析法確定該地區采用擠塑保溫板為保溫材料時最佳保溫層厚度為55 mm。西安建筑科技大學劉艷峰、陳琪雅等［2］針對陜西關中地區農村住宅圍護結構保溫性能進行了計算及經濟優化研究，計算獲得了該地區農村住宅外墻及屋面保溫層經濟厚度，即:240 mm厚實心粘土磚墻外保溫可采用60 mm～90 mm EPS或40 mm～60 mm XPS保溫板;240 mm頁貝巖空心磚墻外保溫可采用50 mm～80 mm EPS或40 mm～50 mm XPS保溫板;現澆混凝土平屋面可采用50 mm～80 mm EPS或30 mm～60 mm XPS保溫板;坡屋頂倒鋪保溫可采用40 mm～80 mm EPS保溫板;坡屋頂吊頂保溫可采用70 mm～90 mm巖棉。以上研究成果為農村節能建筑圍護結構的保溫設計提供了有力的科學依據。

2 被動式太陽能技術的利用

農村建筑多為單層或兩層建筑，層高低、建筑密度小，對太陽能的利用，尤其是太陽能資源豐富的地區具有很強的優勢。張海寧［3］針對被動式技術在山西省農村建筑中應用進行了定量分析，分析結果表明，采用被動式節能技術，能有效的降低農村建筑采暖能耗，在建筑設計時，應適當加大建筑南向面寬，以爭取更多的太陽輻射。但是，過大的開窗也會造成較大的傳熱損失，應選擇一個較為合理的窗墻比;北京工業大學的陳超等［4］針對北京地區的利用復合相變墻體材料的被動式太陽房進行了測試及模擬研究，結果顯示儲能作用明顯，能有效降低房間溫度的波動;北方工業大學董婉、陳偉嬌等［5］針對如圖1所示的青海地區農村建筑的黑箱模式及被動式模式進行了實驗及對比分析，結果表明，陽光間的日射得熱對室內溫度影響明顯，被動式模式下，室內溫度得到明顯改善，農村建筑采用被動式采暖技術如直接受益窗及陽光檢對于改善室內熱環境具有重要作用。利用DeST-h軟件建模，對陽光間的進深與熱負荷關系進行了分析，結果表明陽光間進深超過1.5 m，負荷增長趨勢明顯，建議陽光間進深可取1.2 m。以上研究結果均表明，農村居住建筑，合理應用直接受益窗、陽光間、特朗勃墻及蓄熱儲能等被動式采暖技術，能有效提升冬季室內溫度，見圖1。

圖1 農房建筑平面圖

3 主動、主被動結合式采暖系統的應用

被動式采暖在一定程度上能提升室內的溫度，但還是無法達到舒適的要求，因此，近年來，許多學者針對主動、主被動結合式采暖系統進行了深入的研究。大連理工大學的陳濱等［6］通過將東北農村地區廣泛使用的火炕與被動式太陽房相結合，建成新型節能灶連炕并與被動式太陽能集熱墻耦合，發現與炕單獨使用情況相比較，利用耦合采暖系統的房間熱環境明顯提升，采暖季可節省煤炭使用量的50%。同濟大學的竟峰等［7］設計火炕與太陽能蓄熱池耦合的室內供暖系統，在太陽能不足時由補燃爐作為輔助熱源補充熱量，研究表明，在采暖季，該系統可同時滿足采暖和生活熱水的要求。北方工業大學楊詩薇、陳偉嬌等［8］針對青海省采用了特朗勃墻的被動式采暖和太陽能炕的主動式采暖相結合的太陽能暖房系統的熱性能進行了研究，結果表明在集熱蓄熱墻白天運行并且太陽能炕全天運行的運行工況下，該建筑室內的采暖效果最佳。通過對實驗房建立相應數值模擬模型，對室內熱環境進行了模擬分析，得出被動式的集熱蓄熱墻系統及主動式的太陽能炕系統對室內熱環境的影響最大，其中太陽能炕對室內的輻射傳熱略多于對流傳熱量，而集熱蓄熱墻系統對室內的傳熱受室外輻射影響較大，并且送入室內熱量主要集中于上部送風口處，需采取有效措施，使熱量能有效送至人體活動區域。以上研究結果表明，對于太陽能豐富的農村地區，采用主被動結合式太陽能采暖系統能大幅度的降低采暖能耗。

4 結語

本文通過對目前農村居住建筑常用節能技術的應用現狀的總結分析，得出:

1)合理的保溫能有效的降低農村居住建筑的采暖能耗。

2)利用直接受益窗或陽光間，在設計合理的情況下，能有效提升室內溫度，達到節能的效果。

3)主被動結合式采暖系統的應用能大幅度降低農村居住建筑采暖能耗，太陽能豐富的地區可優先采用。