北方清潔取暖農(nóng)房節(jié)能改造方案探討★

張海寧，秦 旖

(1.太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002； 2.山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

我國北方冬季供暖需求極大，在主要以煤炭為熱源的供暖模式下，每到供暖季節(jié)霧霾天氣愈加高發(fā)。北方農(nóng)村地區(qū)無集中供熱，主要是以燃燒散煤的方式進行取暖，這種取暖方式不僅效率低下，造成能源大量浪費，更是給環(huán)境帶來極大的污染，使得冬季霧霾問題更為嚴峻。2018年6月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于印發(fā)打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃的通知》(國發(fā)[2018]22號)，在“2+26”通道城市基礎(chǔ)上，新增張家口市和汾渭平原城市；2018年8月，運城市參加國家四部委北方地區(qū)冬季清潔取暖試點城市的申報工作，并成功獲批試點城市。

清潔供暖包含兩個方面的深層次含義，第一方面的含義是將熱源部分清潔化，即以新的熱源來取代以煤炭為主的熱源；第二方面的含義是通過降低用戶側(cè)的能源消耗，即提升用戶側(cè)的用能能效?！懊焊臍狻薄懊焊碾姟笔且孕碌臒嵩慈〈悦禾繛橹鞯臒嵩吹闹饕绞剑鴮o結(jié)構(gòu)進行節(jié)能改造是降低用戶側(cè)能耗的最根本手段。2019年運城市人民政府印發(fā)《運城市2019年冬季清潔取暖工作實施方案》，方案中大力推進標(biāo)準示范試點建設(shè)，結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，設(shè)立市級和縣級冬季清潔取暖示范村，并給予示范村一部分的資金獎勵，對選取的示范村進行圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造，使得改造前后能效提升15%以上。

針對上述問題，太原市建筑設(shè)計研究院與山西省建筑科學(xué)研究院有限公司選取運城市清潔取暖示范村節(jié)能改造項目，采用能耗計算軟件，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)計算方法計算出改造前后農(nóng)房單位面積耗熱量，對不同的改造方案進行計算分析，為同一氣候區(qū)域清潔取暖節(jié)能改造工程的實施提供一定的指導(dǎo)。

1 示范村基本情況概述

示范村坐落在運城市的西北區(qū)域，共有村民1 000多戶，5 000多人，是運城市最大的村落之一，農(nóng)戶集中且建造年代跨度大，建造方式不一，聯(lián)排建造特點明顯。根據(jù)建造年份，該示范村大概分為三個類型：2000年之前建造的民居，2000年—2010年之間建造的民居及2010年之后建造的民居。2000年之前建造的民居圍護結(jié)構(gòu)無任何保溫措施，外窗多為木窗；2000年—2010年之間建造的民居屋面部分有保溫措施，外窗多為鋁合金推拉窗；2010年之后建造的民居屋面及外墻均有相應(yīng)的保溫措施，外窗多為塑鋼平開窗。根據(jù)建造方式的不同，可分為磚木結(jié)構(gòu)及磚混結(jié)構(gòu)兩種。磚木結(jié)構(gòu)多見于2000年之前建造的民居，2000年之后建造的民居多為磚混結(jié)構(gòu)。根據(jù)建造層數(shù)不同，民居分為單層和二層兩種，其中二層民居較多，且二層基本無人居住[1]。

建筑外觀圖如圖1所示。

2 改造方案探討

根據(jù)示范村民居的實際情況，因勢利導(dǎo)，利用建筑物本身的特性采取針對性的改造方案，初步擬采取三種改造方案。方案1：對于外墻開裂需翻修的民居采取外墻增加保溫層的節(jié)能改造方式；方案2：對于本身具有挑檐的建筑采取增加陽光廊的節(jié)能改造方式；方案3：對于不具備增加陽光廊且外墻無破損的建筑采取更換外窗的節(jié)能改造方式。由于民居二層多不住人，因此在進行改造時均只針對一層空間進行改造[2]。

方案1為給外墻增加保溫層，由于示范村民居多為聯(lián)排建造，且南向外墻多為瓷磚飾面，因此實際只有兩面外墻可做外墻保溫改造，方案1初步擬定對直接與室外空氣接觸的西、北外墻增加保溫層，保溫材料選取模塑聚苯板，保溫材料厚度分別為50 mm，70 mm，80 mm，100 mm；方案2為給具有挑檐的建筑采取增加陽光廊的節(jié)能改造方式，陽光廊僅在一層南向建造；方案3為采取更換節(jié)能外窗的節(jié)能改造方式。僅針對一層區(qū)域更換外窗，將一層區(qū)域東、西、南、北向外窗均更換為節(jié)能外窗。

3 能效提升率計算

3.1 建立民居模型

根據(jù)示范村民居實際情況，采用能耗模擬軟件建立民居模型，根據(jù)民居圍護結(jié)構(gòu)實際情況對模型進行賦值模擬，計算出民居在未進行節(jié)能改造情況下的建筑能耗，在基準模型基礎(chǔ)上對民居采取不同的節(jié)能改造措施，并計算民居在不同節(jié)能改造措施下的效果，最終給出最佳改造方案[3-4]。

不同的屋面做法對建筑總體能耗的影響相差較大，示范村民居屋面大部分均有保溫措施，保溫措施分別為：屋面覆500 mm土壤或500 mm爐渣，且采用這兩種屋面保溫做法的民居比重相當(dāng)，因此在建立民居模型時，針對不同的屋面做法建立了兩個民居模型，其中民居模型1屋面做法為：現(xiàn)澆屋面+土壤+黏土磚，其余圍護結(jié)構(gòu)做法不變；民居模型2屋面做法為：現(xiàn)澆屋面+爐渣+黏土磚，其余圍護結(jié)構(gòu)做法不變。

為使改造方案適用于多數(shù)民居，根據(jù)示范村的實際情況選取樣本民居，樣本民居的建筑面積、體型系數(shù)及窗墻比等需能代表大多數(shù)民居的現(xiàn)狀。根據(jù)調(diào)研整理，制定出樣本民居的建筑信息：樣本民居為二層建筑，建筑面積為200 m2，建筑層高為4 m，南向外窗面積為25 m2，北向外窗面積為8 m2，東西向外窗總面積在4 m2左右?？紤]到示范村聯(lián)排建造及木窗利用的特點，將民居模型中的東、北、南外墻設(shè)置為與空氣接觸，西向外墻與臨戶緊緊相鄰；南向外窗為鋁合金推拉窗，東、西、北外窗為木窗。

民居建筑信息情況及構(gòu)造參數(shù)情況如表1，表2所示，民居模型外觀如圖2所示。

表1 民居模型外觀參數(shù)

表2 民居模型構(gòu)造參數(shù)

3.2 結(jié)果計算

對模型1與模型2分別使用方案1～方案3中的改造內(nèi)容進行節(jié)能改造，計算出在不同改造方案下的能效提升情況，計算結(jié)果如表3,表4所示。

表3 民居模型1能效提升率

表4 民居模型2能效提升率

4 結(jié)語

從以上計算可以看到，針對該項目無論是屋面覆爐渣民居或者是屋面覆土民居，增加陽光廊和更換節(jié)能外窗均能滿足節(jié)能15%的需求，僅僅依靠外墻增加保溫層無法滿足節(jié)能要求。這主要是因為民居模型窗墻面積比大，且農(nóng)房因為自身的建造特點外墻可施工部位有限，因此僅僅只依靠外墻保溫?zé)o法實現(xiàn)能效提升15%的要求。

由于寒冷地區(qū)農(nóng)村建筑建造特點，外墻多為聯(lián)排建造，在節(jié)能改造中可施工部位較少，所能達到節(jié)能效果有限。而農(nóng)房在建造過程中屋面往往采用了傳統(tǒng)的覆土壤或者覆爐渣的做法，所以屋面本身就能起到一定的保溫作用，因此在寒冷地區(qū)農(nóng)村建筑節(jié)能改造中，如果在建造時屋面已經(jīng)有了一定的保溫處理，當(dāng)外墻施工面較少且外窗面積夠大時，可優(yōu)先考慮增加封廊或者更換外窗的節(jié)能改造方式來達到相應(yīng)的保溫效果。