冀西北地區(qū)既有農(nóng)宅節(jié)能改造策略研究

高 紅 河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授

袁小茜（通訊作者） 河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院碩士在讀

李樂(lè)樂(lè) 河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院碩士在讀

凡貝貝 河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院碩士在讀

郭桃桃 河北建筑工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院碩士在讀

能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，人們消耗能源的速度不斷加快[1]。建筑的建造、維護(hù)均會(huì)消耗大量的能源[2]。隨著廣大農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平和生活舒適性要求的提高，農(nóng)村住宅面積總量和能源消耗量均呈逐年上升趨勢(shì)[3]。

將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)運(yùn)用在農(nóng)村建筑上是未來(lái)農(nóng)村既有建筑的發(fā)展趨勢(shì)。2021 年2 月19 日，河北省十三屆人大四次會(huì)議召開，政協(xié)委員白利剛在會(huì)議上指出可以將農(nóng)村既有住宅作為切入點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)對(duì)既有農(nóng)宅的墻體、屋面、門窗進(jìn)行保溫改造。經(jīng)過(guò)改造后的農(nóng)宅，既可以滿足降低農(nóng)村住宅自身能耗的需求，又可以提高居民居住的舒適程度[4]。因此，將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到冀西北農(nóng)村地區(qū)是減少農(nóng)村地區(qū)能源消耗、減少污染物排放量的關(guān)鍵。

1 冀西北地區(qū)農(nóng)宅能耗的現(xiàn)狀

目前，冀西北農(nóng)村地區(qū)存在大量建筑年代久、節(jié)能效率低的既有居住建筑，這些建筑由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能低導(dǎo)致建筑能源消耗量很大[5]。對(duì)冀西北地區(qū)既有農(nóng)宅而言，最好的節(jié)能減排途徑是將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)村建筑上，以此來(lái)降低居民住宅自身的能耗需求[6]。

通過(guò)實(shí)地調(diào)研和問(wèn)卷調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)冀西北地區(qū)典型農(nóng)宅類型為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民自行設(shè)計(jì)建造的聯(lián)排式單層住宅，形狀為長(zhǎng)方形，層高3.3 m，進(jìn)深6 m，開間4 間，長(zhǎng)13.2 m，墻體為黏土磚加砂漿砌筑而成，厚度為370 mm，屋內(nèi)抹灰，沒有任何保溫結(jié)構(gòu)與措施。雙坡屋面做法為木屋架鋪設(shè)瓦片，內(nèi)設(shè)有吊頂，吊頂材質(zhì)為石膏吊頂。住宅外窗為普通雙玻塑鋼窗，地面為混凝土地面[7]。

該典型模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)最能代表現(xiàn)階段冀西北農(nóng)村的村鎮(zhèn)住宅現(xiàn)狀[8]。將實(shí)地調(diào)研的各圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法錄入DeST—h 系統(tǒng)中，通過(guò)軟件中提供的標(biāo)準(zhǔn)建筑構(gòu)件材料繪制典型模型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，獲取冀西北典型農(nóng)宅模型的熱工參數(shù)值，各構(gòu)件傳熱系數(shù)如表1 所示。

表1 典型農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

對(duì)冀西北地區(qū)典型農(nóng)村住宅（未采取節(jié)能手段）進(jìn)行能耗模擬，結(jié)果見表2。

據(jù)表2，典型農(nóng)宅的全年累計(jì)熱負(fù)荷為14 590.39 kW·h，建筑的全年累計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)為184.22 kW·h/m2。

表2 冀西北嚴(yán)寒地區(qū)典型農(nóng)村住宅能耗的模擬結(jié)果

調(diào)研結(jié)果顯示，冀西北地區(qū)的農(nóng)村居民普遍認(rèn)為舒適的溫度為16 ℃左右，若不改變當(dāng)?shù)剞r(nóng)宅的圍護(hù)結(jié)構(gòu)或采取其他保溫措施提高農(nóng)宅的保溫能力，只將室內(nèi)采暖溫度提升至16 ℃，則農(nóng)宅的能耗指標(biāo)如表3 所示。

由表3 可知，典型農(nóng)宅的全年累計(jì)熱負(fù)荷為18 231.44 kW·h，建筑的全年累計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)為230.19 kW·h/m2。

表3 嚴(yán)寒地區(qū)提升室內(nèi)溫度后的能耗指標(biāo)

冀西北農(nóng)村地區(qū)農(nóng)宅在16 ℃的能耗與13 ℃的相比大幅增加[9]。因此，為降低能耗、節(jié)約能源，當(dāng)?shù)剞r(nóng)宅亟需增設(shè)保溫節(jié)能措施，以提高提高農(nóng)宅的保溫能力。

根據(jù)我國(guó)城鎮(zhèn)居住建筑能效分步提升的路線，本研究擬在典型住宅全年單位面積累計(jì)負(fù)荷的基礎(chǔ)上節(jié)能30%，并將其定為冀西北農(nóng)村地區(qū)的節(jié)能目標(biāo)[10]。則冀西北嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村住宅單位面積累計(jì)總負(fù)荷節(jié)能目標(biāo)161.13 kW·h/m2。

2 基于價(jià)值工程之上的方案決策模型

在冀西北農(nóng)村地區(qū)住宅的分析中采用功能系數(shù)法進(jìn)行分析，功能系數(shù)法包括計(jì)算功能系數(shù)、計(jì)算成本系數(shù)、確定優(yōu)選方案3 個(gè)計(jì)算步驟，其表達(dá)式為：

式中，V表示價(jià)值系數(shù)，F(xiàn)表示功能系數(shù)，C表示成本系數(shù)。

2.1 功能系數(shù)的確定

功能系數(shù)是計(jì)算價(jià)值系數(shù)的關(guān)鍵[11]。根據(jù)保溫改造設(shè)計(jì)后的冀西北農(nóng)村住宅是否滿足居住、熱環(huán)境、舒適度等基本功能，主要從屋面節(jié)能、外墻節(jié)能、外窗節(jié)能、地面節(jié)能、保溫材料特性5 個(gè)方面進(jìn)行功能評(píng)價(jià)[12]。

本文采用0 ～4 評(píng)分法確定功能權(quán)重，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的功能權(quán)重如表4 所示。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的功能權(quán)重

根據(jù)功能評(píng)分和功能權(quán)重，采用十分制對(duì)各方案進(jìn)行功能評(píng)價(jià)，公式為：

2.2 成本系數(shù)的確定

成本系數(shù)的確定需要考慮研究對(duì)象生命周期內(nèi)產(chǎn)生的費(fèi)用，分為建造費(fèi)用和使用費(fèi)用。

方案成本系數(shù)中的使用成本為將每年能耗通過(guò)折算系數(shù)折算成耗煤量或耗電量，然后乘以相應(yīng)單價(jià)得出每年的使用成本。通過(guò)查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范確定折算系數(shù)為1.6。考慮標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中的具體規(guī)定，結(jié)合冀西北農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際情況，本文將冀西北農(nóng)村住宅的可使用年限確定為50 年。實(shí)際折現(xiàn)率根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》（第3 版），結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況確定為8%。單方造價(jià)根據(jù)《全國(guó)統(tǒng)一建筑工程基礎(chǔ)定額河北省消耗量定額》（HEBGYD—A—2012）以及實(shí)地調(diào)研結(jié)果綜合確定。

2.3 價(jià)值系數(shù)計(jì)算

根據(jù)各方案的功能系數(shù)和成本系數(shù)計(jì)算方案的價(jià)值系數(shù)，公式為：

3 冀西北嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅節(jié)能改造方案分析

嚴(yán)寒地區(qū)對(duì)村鎮(zhèn)住宅的屋頂傳熱系數(shù)要求限值為0.45 W/（m2·K）。而在當(dāng)前冀西北農(nóng)村地區(qū)的屋頂傳熱系數(shù)為3.204 W/（m2·K），還有很大的提升空間，且改進(jìn)屋面的保溫做法不會(huì)影響當(dāng)?shù)鼐用竦氖覂?nèi)使用面積，優(yōu)化屋面的做法更能降低建筑的能耗。

冀西北壩上結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用保溫材料為屋頂進(jìn)行保溫節(jié)能改造，符合要求的構(gòu)造做法如表5 所示。

表5 符合節(jié)能要求的構(gòu)造做法

用DeST—h 軟件對(duì)每種方案進(jìn)行模擬，方案1、方案2、方案3 全年累計(jì)熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)值模擬結(jié)果分別為12 700.54、12 752.34、12 706.56，統(tǒng)計(jì)值分別為160.36、161.01、160.44。因此，Y 屋面1、Y 屋面2、Y 屋面3 的做法都符合一級(jí)節(jié)能指標(biāo)，既滿足室內(nèi)熱環(huán)境改善要求，又滿足節(jié)能的目標(biāo)，因此將其列為合理做法。

3 個(gè)方案的功能系數(shù)如表6 所示。3個(gè)方案的成本系數(shù)如表7 所示。由表6、表7 可得方案1、方案2、方案3 的價(jià)值系數(shù)分別為0.95、0.92、1.19。因此，方案3 為滿足節(jié)能指標(biāo)的最優(yōu)方案。

表6 各方案功能系數(shù)表

表7 各方案成本系數(shù)表

4 結(jié)語(yǔ)

冀西北農(nóng)村地區(qū)住宅存在室內(nèi)熱環(huán)境差、保溫隔熱設(shè)計(jì)缺乏、建筑全年能耗大等問(wèn)題。

本文采用DeST-h 軟件建立農(nóng)宅典型模型并進(jìn)行能耗模擬，并根據(jù)分步節(jié)能戰(zhàn)略，確定當(dāng)?shù)毓?jié)能目標(biāo)為在典型住宅的全年單位面積累計(jì)負(fù)荷的基礎(chǔ)上節(jié)能30%，即161.13 kW·h/m2。

針對(duì)能耗軟件的能耗模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)滿足節(jié)能改造目標(biāo)的方案，并用價(jià)值工程模型進(jìn)行不同方案之間的比選，結(jié)果顯示，適合冀西北地區(qū)滿足節(jié)能指標(biāo)的最佳改造方案為給屋頂加200mm 木屑保溫層。