農(nóng)村居住建筑節(jié)能技術(shù)分析

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摘要:根據(jù)我國農(nóng)村居住建筑能源應(yīng)用的特點，提出了建筑節(jié)能是降低農(nóng)村建筑采暖能耗的有效手段，分類總結(jié)了農(nóng)村居住建筑常用節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，利用數(shù)據(jù)分析說明了部分節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞:農(nóng)村，居住建筑，節(jié)能技術(shù)，圍護結(jié)構(gòu)，采暖能耗

目前我國經(jīng)濟高速發(fā)展，能源消耗也呈快速上漲的趨勢。根據(jù)我國國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)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(chǎn)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(yīng)處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。隨著能源消耗的增加，環(huán)境壓力也不斷增大，在節(jié)能減排大背景的前提下，我國2007年出臺了《國家應(yīng)對氣候變化方案》，隨后于2009年提出了到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)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(jié)能減排，是我國當前發(fā)展面臨的主要問題之一。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，現(xiàn)有的農(nóng)村人口約占全國總?cè)丝跀?shù)的56%，農(nóng)村建筑住宅面積約為240億m2。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)村建筑能耗約占社會總能耗的20%。目前農(nóng)村的能源種類主要包括煤炭、液化石油氣、電力和生物質(zhì)能源，農(nóng)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(nóng)村采暖用能約占農(nóng)村建筑用能的50%。并且，隨著農(nóng)村收入水平的提高，處于夏熱冬冷地區(qū)的農(nóng)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(zhì)能源的應(yīng)用逐漸減少，煤炭及電能的用量逐年增加，因此，如何根據(jù)農(nóng)村建筑的特點，降低其采暖能耗，利用可再生能源，是當前農(nóng)村建筑節(jié)能領(lǐng)域重要的課題。國內(nèi)的科研機構(gòu)和高校學者，從以下幾方面著手，進行了相關(guān)研究。

1提高圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能

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

2被動式太陽能技術(shù)的利用

農(nóng)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(qū)具有很強的優(yōu)勢。張海寧［3］針對被動式技術(shù)在山西省農(nóng)村建筑中應(yīng)用進行了定量分析，分析結(jié)果表明，采用被動式節(jié)能技術(shù)，能有效的降低農(nóng)村建筑采暖能耗，在建筑設(shè)計時，應(yīng)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(yīng)選擇一個較為合理的窗墻比;北京工業(yè)大學的陳超等［4］針對北京地區(qū)的利用復(fù)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(jié)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(yè)大學董婉、陳偉嬌等［5］針對如圖1所示的青海地區(qū)農(nóng)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(jié)果表明，陽光間的日射得熱對室內(nèi)溫度影響明顯，被動式模式下，室內(nèi)溫度得到明顯改善，農(nóng)村建筑采用被動式采暖技術(shù)如直接受益窗及陽光檢對于改善室內(nèi)熱環(huán)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(guān)系進行了分析，結(jié)果表明陽光間進深超過1．5m，負荷增長趨勢明顯，建議陽光間進深可取1．2m。以上研究結(jié)果均表明，農(nóng)村居住建筑，合理應(yīng)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(shù)，能有效提升冬季室內(nèi)溫度，見圖1。3主動、主被動結(jié)合式采暖系統(tǒng)的應(yīng)用被動式采暖在一定程度上能提升室內(nèi)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(jié)合式采暖系統(tǒng)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(nóng)村地區(qū)廣泛使用的火炕與被動式太陽房相結(jié)合，建成新型節(jié)能灶連炕并與被動式太陽能集熱墻耦合，發(fā)現(xiàn)與炕單獨使用情況相比較，利用耦合采暖系統(tǒng)的房間熱環(huán)境明顯提升，采暖季可節(jié)省煤炭使用量的50%。同濟大學的竟峰等［7］設(shè)計火炕與太陽能蓄熱池耦合的室內(nèi)供暖系統(tǒng)，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(tǒng)可同時滿足采暖和生活熱水的要求。北方工業(yè)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(jié)合的太陽能暖房系統(tǒng)的熱性能進行了研究，結(jié)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(nèi)的采暖效果最佳。通過對實驗房建立相應(yīng)數(shù)值模擬模型，對室內(nèi)熱環(huán)境進行了模擬分析，得出被動式的集熱蓄熱墻系統(tǒng)及主動式的太陽能炕系統(tǒng)對室內(nèi)熱環(huán)境的影響最大，其中太陽能炕對室內(nèi)的輻射傳熱略多于對流傳熱量，而集熱蓄熱墻系統(tǒng)對室內(nèi)的傳熱受室外輻射影響較大，并且送入室內(nèi)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(qū)域。以上研究結(jié)果表明，對于太陽能豐富的農(nóng)村地區(qū)，采用主被動結(jié)合式太陽能采暖系統(tǒng)能大幅度的降低采暖能耗。

4結(jié)語

本文通過對目前農(nóng)村居住建筑常用節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀的總結(jié)分析，得出:1)合理的保溫能有效的降低農(nóng)村居住建筑的采暖能耗。2)利用直接受益窗或陽光間，在設(shè)計合理的情況下，能有效提升室內(nèi)溫度，達到節(jié)能的效果。3)主被動結(jié)合式采暖系統(tǒng)的應(yīng)用能大幅度降低農(nóng)村居住建筑采暖能耗，太陽能豐富的地區(qū)可優(yōu)先采用。

作者:陳偉嬌 彭 巖 楊詩薇 單位:1.北方工業(yè)大學 2.中國建筑科學研究院有限公司