贛南農村地區農宅用能現狀及優化研究

黃涵榮 陳志毅

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

0 引言

隨著生態環境的不斷惡劣，氣候和能源是全球人類共同面對的一大難題。節約建筑能源是極其重要的一環。到2018年農村住宅面積為229億m2，占全國總建筑面積的38.1%，說明了我國農村地區建筑節能的急迫性。隨著農民生活水平和經濟收入的增長，農村居民對農宅的要求在逐漸增高，采暖降溫所消耗的能源也在增加。本文主要通過研究贛南農村地區用能情況的現狀，找出影響因素，再對其進行節能優化的策略分析。

1 贛南地區農宅用能現狀分析

贛南農村地區具有豐富的可再生能源優勢，大量的生物質能以及太陽能，本次調研主要了解農村地區對資源的使用情況，以及各農宅中用能情況及趨勢。

1.1 能源結構現狀

在調研前期的準備階段，筆者對贛南農村地區主要用能行為進行統計，分別為熱水用能、炊事用能、采暖用能、照明用能、降溫用能以及家電用能，維持這些用能行為的主要能源方式有太陽能、電能、天然氣、煤炭、薪柴這五種方式，通過對農戶家庭進行用能情況調查，發現當前階段農村家庭主要以電能和天然氣能為代表的商品能為主要能源結構，其中太陽能主要以太陽能熱水系統為主，僅有兩家村民采用了光伏發電系統，整體能源結構較為單一，且薪柴、煤炭等能源熱效率低，有害氣體排放大，不符合可持續發展的理念。

1.2 能源使用現狀

通過計算居住者年齡和維持舒適室內熱環境所用能耗之間的關系，來判斷贛南地區鄉村能源的使用現狀，本次調研過程中所選取的家庭平均年齡為家庭常住人口的平均年齡值。根據調研數據的統計分析，可以得到耗電量與平均年齡之間的關系函數，其中維持舒適室內熱環境所用能耗(y)與家庭平均年齡(x)之間的關系如下：

y=-8.498 5x+633.56，

R2=0.538 6。

根據對圖1,圖2的分析可知隨著家庭常住人員的平均年齡越小的時候，維持建筑室內熱環境舒適度所消耗的電能越多，而在調研過程中發現常住人口為兩個老人的民居中往往電費更少，根據筆者觀察和訪談，發現主要原因是老年居住者在面對寒冷或者炎熱天氣的時候往往采用多穿衣服或者火炕等方式來調節自身的熱舒適度，且部分老人會舍不得開空調，而年輕人恰恰相反，喜歡通過空調或電暖爐等來滿足熱舒適的要求。這也說明了隨著贛南農村地區新老一輩的交替，農村居民對于建筑能耗的需求也在逐步增加，家庭平均年齡與用電能耗之間維持著負相關。

同時分析居民的年收入與建筑能耗之間的關系也能判斷贛南地區鄉村能源的使用現狀，居民年收入是指一戶農宅家庭所有成員的收入總和，由于調研過程中村民存在含糊和記憶偏差的可能，因此選取千元為計數單位，在排除了一些可能的虛假數據后整理所得，根據調研數據可以得到耗電量與居民年收入之間的關系函數，其中維持舒適室內熱環境所用能耗(y)與家庭年收入(x)之間存在線性關系如下：

y=-3.153 5x+119.39，

R2=0.749 3。

通過贛南地區農宅家庭年收入和維持建筑室內熱舒適度所耗費的電能之間的關系(如圖3，圖4所示)顯示分析。可以看到現在一半左右的農民的家庭總收入處于5萬元以下，一半左右的家庭收入超過5萬元，家庭生活水平處于小康的狀態，對電能的使用也較為多，且當耗電量接近一個數值，例如夏季400度～500度電的時候，經濟的收入增加對其的影響就變小了。筆者在調研訪談的時候對較富裕家庭進行了解，發現他們基本每個臥室都配置了空調，而大部分覺得冷或熱的時候都會使用空調進行室內溫度調節，這也是耗電量大的主要原因，而收入較低的家庭一般都舍不得使用電能來調節室內溫度。總之，村民家庭的年收入與年耗電量之間有著很強的正相關聯系。

1.3 生物質能使用現狀

在調研過程中，發現贛南地區大部分農村家庭都還維持著農耕和養殖家禽的情況，在調研數據中能夠發現大約87%的人還保留著農耕，而剩余的13%的農戶中部分選擇將農田用于蔬菜大棚的培育，極少數農戶則將農田荒廢了。58%的農戶還養殖著家禽，在對剩余人進行采訪發現不養殖家禽的原因，主要是由于家禽糞便較難處理，遠不如去市場買劃算，所以不再飼養。現在贛南鄉村對稻谷秸稈的處理基本還是采用燒毀的方式，這種方式不僅會破壞農田的結構，降低來年的收成，同時也會造成大量有害氣體排放。

2 贛南地區農宅節能優化策略研究

2.1 農宅圍護結構策略研究

通過比較幾種非透明圍護結構與室內熱環境的關系，發現影響保溫墻的保溫層厚度和傳熱系數與室內熱環境有關，保溫墻在20 mm時和50 mm時性價比最高，再厚保溫性能增加但是性價比降低了，非透明圍護結構的朝向、窗墻比以及傳熱系數是影響室內熱舒適性的主要因素，其中窗墻比與傳熱系數和室內熱環境成正相關[2]，農宅開窗方向的優先程度為南向>北向>西向>東向。農村地區屋頂分為平屋頂和坡屋頂兩種主要形式，坡屋頂保溫隔熱性能與水泥砂漿保溫屋面的性能相差不大，如果單考慮建筑室內熱環境的舒適程度，那么采用EPS保溫屋面、XPS保溫屋面或稻谷秸稈保溫屋面最佳。

2.2 農宅平面和形體策略研究

研究建筑平面與形體對建筑室內熱環境的影響，發現在農宅南面加建聚乙烯薄膜陽光間能夠滿足在1月、2月寒冷季節內額外30%的時間達到室內舒適溫度，額外30%的時間達到室內舒適相對濕度。農宅的體形系數與建筑全年為滿足室內熱舒適度所消耗能量成負相關，且夏季體形系數的相關性要小于冬季的體形系數。建筑朝向對建筑室內平均溫度的影響幅度在1 ℃以內，相對濕度影響幅度在3%以內，影響性較小，建筑在正南北朝向時室內溫度最佳，正西北最差，建筑在正南方向時室內濕度最佳，正東西方向次之，正北方向濕度最差，所以建筑朝向在正南方向最適宜。

2.3 可再生能源策略研究

基于贛南農村地區空閑地面積大，用能結構較為單一且環境不友好的基礎上提出的可再生能源策略，包括光伏發電系統、太陽能熱水系統、生物質能固縮系統以及生物質能氣化系統，都是通過改變農戶的用能結構來達到節能效果，其中光伏發電系統的前期成本遠高于其他三類，但是后期經濟效益和節能減排效益也大大領先；太陽能熱水系統作為一種在農村已經較為普及的節能策略，在節能效益方面較其他有所不足，但該系統操作簡單，實用，維修方便[3]；性價比最高的可再生能源節能策略是生物質能固縮技術，前期投入低，回收成本時間快，但在實施階段較為麻煩，需要通過農戶合作的形式才能較好實現效果；生物質能氣化策略相較其他可以產生提高農田產能的額外收益，能與多種生產方式相結合，較適應農村地區的發展需求[4]。

3 結語

通過調研可以發現贛南地區農宅現階段處于一個能源效率低下、用能結構單一的狀態，需對它進行合理的優化策略設計，才能滿足村民日漸增加的收入和生活水平提升所帶來的能耗增長的需求。