农村居住建筑节能技术分析

摘要:根据我国农村居住建筑能源应用的特点，提出了建筑节能是降低农村建筑采暖能耗的有效手段，分类总结了农村居住建筑常用节能技术的应用现状，利用数据分析说明了部分节能技术的节能效果。

关键词:农村，居住建筑，节能技术，围护结构，采暖能耗

目前我国经济高速发展，能源消耗也呈快速上涨的趋势。根据我国国家统计局数据得出，2015年及2016年我国的能源消费总量分别为43．0亿t及43．6亿t标准煤，同年能源生产总量分别为36．2亿t及34．6亿t标准煤，目前我国能源供应处于供不应求的状态。随着能源消耗的增加，环境压力也不断增大，在节能减排大背景的前提下，我国2007年出台了《国家应对气候变化方案》，随后于2009年提出了到2020年单位国内生产总值二氧化碳的排放量比2005年降低40%～45%，2030年降低60%～65%的减排目标。节能减排，是我国当前发展面临的主要问题之一。我国是一个农业大国，现有的农村人口约占全国总人口数的56%，农村建筑住宅面积约为240亿m2。据统计，农村建筑能耗约占社会总能耗的20%。目前农村的能源种类主要包括煤炭、液化石油气、电力和生物质能源，农村民用建筑能源消耗主要有照明、家电、炊事、采暖和夏季降温，其中南、北方农村采暖用能约占农村建筑用能的50%。并且，随着农村收入水平的提高，处于夏热冬冷地区的农村建筑的采暖能耗也呈逐年增长的趋势。为了获得更好的舒适性，生物质能源的应用逐渐减少，煤炭及电能的用量逐年增加，因此，如何根据农村建筑的特点，降低其采暖能耗，利用可再生能源，是当前农村建筑节能领域重要的课题。国内的科研机构和高校学者，从以下几方面着手，进行了相关研究。

1提高围护结构的保温性能

农村住宅建筑围护结构的普遍特点是:墙体普遍采用240mm或370mm砖墙，热工性能差，建筑能耗高。兰州理工大学西部能源与环境研究中心李金平等［1］针对西北新农村居住建筑外墙经济保温层厚度进行了分析，研究利用DeST-h软件对10组0mm～90mm不同外墙保温层厚度的典型西北新农村建筑采暖能耗进行了模拟分析，结果表明外墙保温可明显降低建筑采暖能耗，采暖节能率可达到26%，采用生命周期成本分析法确定该地区采用挤塑保温板为保温材料时最佳保温层厚度为55mm。西安建筑科技大学刘艳峰、陈琪雅等［2］针对陕西关中地区农村住宅围护结构保温性能进行了计算及经济优化研究，计算获得了该地区农村住宅外墙及屋面保温层经济厚度，即:240mm厚实心粘土砖墙外保温可采用60mm～90mmEPS或40mm～60mmXPS保温板;240mm页贝岩空心砖墙外保温可采用50mm～80mmEPS或40mm～50mmXPS保温板;现浇混凝土平屋面可采用50mm～80mmEPS或30mm～60mmXPS保温板;坡屋顶倒铺保温可采用40mm～80mmEPS保温板;坡屋顶吊顶保温可采用70mm～90mm岩棉。以上研究成果为农村节能建筑围护结构的保温设计提供了有力的科学依据。

2被动式太阳能技术的利用

农村建筑多为单层或两层建筑，层高低、建筑密度小，对太阳能的利用，尤其是太阳能资源丰富的地区具有很强的优势。张海宁［3］针对被动式技术在山西省农村建筑中应用进行了定量分析，分析结果表明，采用被动式节能技术，能有效的降低农村建筑采暖能耗，在建筑设计时，应适当加大建筑南向面宽，以争取更多的太阳辐射。但是，过大的开窗也会造成较大的传热损失，应选择一个较为合理的窗墙比;北京工业大学的陈超等［4］针对北京地区的利用复合相变墙体材料的被动式太阳房进行了测试及模拟研究，结果显示储能作用明显，能有效降低房间温度的波动;北方工业大学董婉、陈伟娇等［5］针对如图1所示的青海地区农村建筑的黑箱模式及被动式模式进行了实验及对比分析，结果表明，阳光间的日射得热对室内温度影响明显，被动式模式下，室内温度得到明显改善，农村建筑采用被动式采暖技术如直接受益窗及阳光检对于改善室内热环境具有重要作用。利用DeST-h软件建模，对阳光间的进深与热负荷关系进行了分析，结果表明阳光间进深超过1．5m，负荷增长趋势明显，建议阳光间进深可取1．2m。以上研究结果均表明，农村居住建筑，合理应用直接受益窗、阳光间、特朗勃墙及蓄热储能等被动式采暖技术，能有效提升冬季室内温度，见图1。3主动、主被动结合式采暖系统的应用被动式采暖在一定程度上能提升室内的温度，但还是无法达到舒适的要求，因此，近年来，许多学者针对主动、主被动结合式采暖系统进行了深入的研究。大连理工大学的陈滨等［6］通过将东北农村地区广泛使用的火炕与被动式太阳房相结合，建成新型节能灶连炕并与被动式太阳能集热墙耦合，发现与炕单独使用情况相比较，利用耦合采暖系统的房间热环境明显提升，采暖季可节省煤炭使用量的50%。同济大学的竟峰等［7］设计火炕与太阳能蓄热池耦合的室内供暖系统，在太阳能不足时由补燃炉作为辅助热源补充热量，研究表明，在采暖季，该系统可同时满足采暖和生活热水的要求。北方工业大学杨诗薇、陈伟娇等［8］针对青海省采用了特朗勃墙的被动式采暖和太阳能炕的主动式采暖相结合的太阳能暖房系统的热性能进行了研究，结果表明在集热蓄热墙白天运行并且太阳能炕全天运行的运行工况下，该建筑室内的采暖效果最佳。通过对实验房建立相应数值模拟模型，对室内热环境进行了模拟分析，得出被动式的集热蓄热墙系统及主动式的太阳能炕系统对室内热环境的影响最大，其中太阳能炕对室内的辐射传热略多于对流传热量，而集热蓄热墙系统对室内的传热受室外辐射影响较大，并且送入室内热量主要集中于上部送风口处，需采取有效措施，使热量能有效送至人体活动区域。以上研究结果表明，对于太阳能丰富的农村地区，采用主被动结合式太阳能采暖系统能大幅度的降低采暖能耗。

4结语

本文通过对目前农村居住建筑常用节能技术的应用现状的总结分析，得出:1)合理的保温能有效的降低农村居住建筑的采暖能耗。2)利用直接受益窗或阳光间，在设计合理的情况下，能有效提升室内温度，达到节能的效果。3)主被动结合式采暖系统的应用能大幅度降低农村居住建筑采暖能耗，太阳能丰富的地区可优先采用。

作者:陈伟娇 彭 岩 杨诗薇 单位:1.北方工业大学 2.中国建筑科学研究院有限公司