農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)分析

■ 徐曉燕 Xu Xiaoyan 王 穎 Wang Ying

農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)分析

■ 徐曉燕 Xu Xiaoyan 王 穎 Wang Ying

通過(guò)分析村民住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，提出三項(xiàng)節(jié)能措施：屋面和外墻保溫隔熱、節(jié)能門(mén)窗、活動(dòng)遮陽(yáng)。選取農(nóng)村典型住房進(jìn)行能耗模擬，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置室內(nèi)熱源、空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間等參數(shù)，分析屋面和外墻保溫隔熱、節(jié)能門(mén)窗、活動(dòng)外遮陽(yáng)節(jié)能技術(shù)在降低空調(diào)供暖能耗方面的作用。

農(nóng)村住宅；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；能耗；節(jié)能技術(shù)

我國(guó)農(nóng)村住宅普遍建造于上世紀(jì)70～90年代，建造沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建筑舒適度不高、節(jié)能技術(shù)缺乏。隨著生活水平的提高，農(nóng)民對(duì)其居住環(huán)境也提出了新的要求。如何提高農(nóng)村新建住房的舒適性，成了時(shí)下急需解決的問(wèn)題之一。

1 農(nóng)村住宅現(xiàn)狀

農(nóng)村住宅能耗較高的主要原因是其建造年份久遠(yuǎn)，缺乏相關(guān)建造技術(shù)規(guī)范，加上建造技術(shù)水平低，導(dǎo)致農(nóng)村住宅普遍存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能低的問(wèn)題[1]。同時(shí)，由于適宜技術(shù)和適用原材料缺乏等原因，建筑設(shè)計(jì)和保溫、隔熱、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用常常會(huì)在農(nóng)民建房中被忽略，導(dǎo)致新建住房也難以提高農(nóng)民居住的舒適度。

筆者通過(guò)對(duì)上海農(nóng)村的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，上海地區(qū)的農(nóng)村住宅屋面主要隔熱層為混凝土結(jié)構(gòu)板，建筑墻體材料大部分為240mm厚的黏土磚，無(wú)保溫層，外窗形式多為單層玻璃金屬框窗或木框窗，氣密性能較差。性能參數(shù)詳見(jiàn)表1、2。

2 能耗模擬分析

2.1 模擬工況

根據(jù)農(nóng)民住房現(xiàn)狀，建立上海農(nóng)村住宅能耗基準(zhǔn)模型，并在此模型上增加屋面和外墻保溫、節(jié)能門(mén)窗、活動(dòng)外遮陽(yáng)三項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，研究這些技術(shù)對(duì)農(nóng)村住宅能耗降低的影響（表3）。

2.2 物理模型

選取《2009年上海市農(nóng)村村民住房推薦圖集》中“農(nóng)ZTJ0810”套住房為模擬研究對(duì)象。該房屋共有兩層，建筑占地面積89.96m2，總建筑面積185.92m2，其中一層建筑面積為89.96m2，二層建筑面積為95.96m2，建筑高度為6.65m。一層主要為會(huì)客和用餐空間，另外設(shè)有一間老人臥室；二層主要為臥室，另設(shè)有休息廳和書(shū)房。主要功能房間如客廳、臥室均朝南設(shè)置，北側(cè)布置有廚房、衛(wèi)生間等（圖1、2）。

表1 農(nóng)村建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀參數(shù)（除外窗）

表2 農(nóng)村建筑外窗現(xiàn)狀參數(shù)

表3 建筑各工況節(jié)能技術(shù)表

利用EnergyPlus軟件進(jìn)行建筑能耗模擬，需要結(jié)合SketchUp軟件中的OpenStudio插件建立建筑模型，包括建筑尺寸、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、朝向、房間類(lèi)型等信息。圖3、4為在SketchUp中利用OpenStudio插件建立的建筑模型南北立面圖。

2.3 參數(shù)設(shè)置

2.3.1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置

基準(zhǔn)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1，采取節(jié)能措施后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)詳見(jiàn)表4～6。

2.3.2 室內(nèi)熱源設(shè)置

（1）人員：按照典型的三代同堂來(lái)設(shè)置，共5～6人。一層臥室住2人（老人），二層臥室1住2人（父母），臥室2住1人（孩子），臥室3為客房，一般不用，只有周末和假期有1人住。人員的在室率詳見(jiàn)表7。

（2）照明和家電：照明功率密度為5W/m2。家電包括冰箱、電飯煲、抽油煙機(jī)、微波爐、洗衣機(jī)、電熱水器、電視機(jī)（4臺(tái)）、電風(fēng)扇、飲水機(jī)和電腦等。結(jié)合調(diào)研實(shí)際狀況，給出功率和使用時(shí)間表（雜物間無(wú)家電），具體設(shè)置見(jiàn)表8、9。

圖2 建筑二層平面圖

（3）燃?xì)庠睿夯鹆Υ笮? 000W，開(kāi)啟時(shí)間為每天7:00~8:00、11:00~12:00及16:00~17:00。

根據(jù)以上室內(nèi)得熱，可得出室內(nèi)逐時(shí)得熱率和日平均得熱率為4.47W/m2（圖5）。

2.3.3 空調(diào)區(qū)域及冷熱源

據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今農(nóng)村家庭空調(diào)都為分體式空調(diào)器，其中較小面積房間（臥室、書(shū)房）設(shè)置壁掛式家用分體式空調(diào)器，較大面積房間（客廳、餐廳）設(shè)置立柜式家用分體式空調(diào)器，衛(wèi)生間、雜物間、廚房和休息廳均不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)。因此，將客廳、餐廳、臥室、書(shū)房劃為空調(diào)區(qū)，廚房、衛(wèi)生間、雜物間、休息廳（二層）為非空調(diào)區(qū)；冷熱源為熱泵型家用分體機(jī)。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表10。

2.3.4 室內(nèi)溫度

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012），農(nóng)村住宅選用II級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即夏季和冬季的室內(nèi)溫度設(shè)定分別為26℃和18℃。

2.3.5 空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間

根據(jù)氣象學(xué)對(duì)四季的定義，統(tǒng)計(jì)出上海市典型氣象年各季節(jié)時(shí)間（表11）。春秋季空調(diào)設(shè)置為關(guān)，冬季室內(nèi)溫度低于18℃及夏季室內(nèi)溫度高于26℃時(shí)，空調(diào)運(yùn)行（表12），且空調(diào)日開(kāi)啟時(shí)間根據(jù)人員在室率而定。

表4 屋面和外墻保溫性能參數(shù)

表5 節(jié)能門(mén)窗性能參數(shù)

遮陽(yáng)形式 外遮陽(yáng)百葉遮陽(yáng)系數(shù) 0.33導(dǎo)熱系數(shù)/W(mK)-1 221厚度/m 0.001夏季開(kāi)啟時(shí)間 7:00～18:00冬季開(kāi)啟時(shí)間 全天關(guān)閉

位置 常用臥室、客房 客廳、餐廳人數(shù) 常用臥室3間，分別為2人、2人和1人，客房1人 6人在室率0 : 0 0 ~ 7 : 0 0為1 7 : 0 0 ~ 1 3 : 0 0為0 1 3 : 0 0 ~ 1 4 : 0 0為0 . 5 1 4 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0為0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為1 0 : 0 0 ~ 8 : 0 0為0 8 : 0 0 ~ 9 : 0 0為1 9 : 0 0 ~ 1 2 : 0 0為0 . 3 1 2 : 0 0 ~ 1 3 : 0 0為0 . 5 1 3 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0為0 . 3 1 7 : 0 0 ~ 2 0 : 0 0為1 2 0 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0

位置 所有房間密度 5 W / m2使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0為0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0

2.4 能耗分析

由表13和圖6、7看出，設(shè)置屋面和外墻保溫后（工況1），空調(diào)能耗下降最多為25.6%；其次是節(jié)能門(mén)窗（工況2），為6.8%；外遮陽(yáng)（工況3）能耗減少最小，僅為0.3%。這與模擬房型中無(wú)東西向外窗且遮陽(yáng)僅設(shè)在南向窗有關(guān)，由于夏季太陽(yáng)高度角較大，導(dǎo)致遮陽(yáng)的節(jié)能作用不明顯。建議對(duì)有東西向窗的農(nóng)村住宅房型設(shè)置活動(dòng)百葉外遮陽(yáng)；南向窗可采用挑檐遮陽(yáng)，或結(jié)合陽(yáng)臺(tái)設(shè)置固定遮陽(yáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，屋面外墻保溫和節(jié)能門(mén)窗技術(shù)是城市住宅中普遍應(yīng)用的低成本技術(shù)，對(duì)減少農(nóng)民住房空調(diào)供暖能耗有明顯效果（降低31.8%），可在農(nóng)村住宅中推廣應(yīng)用。同時(shí)，外遮陽(yáng)技術(shù)可在有東西向外窗時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行設(shè)置，以進(jìn)一步改善節(jié)能效果。

臥室、客房(電視機(jī)，每間1臺(tái)）能耗密度/ W m-2 7 . 3 1使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0為0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0廚房（燃?xì)庠?、微波爐、冰箱、電飯煲、抽油煙機(jī)）能耗密度 1 9 2 . 2 3使用率0 : 0 0 ~ 7 : 0 0為0 . 0 2 5 7 : 0 0 ~ 8 : 0 0為0 . 5 8 : 0 0 ~ 1 1 : 0 0為0 . 0 2 5 1 1 : 0 0 ~ 1 2 : 0 0為0 . 5 1 2 : 0 0 ~ 1 6 : 0 0為0 . 0 2 5 1 6 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0為0 . 5 1 7 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0 . 0 2 5客廳、餐廳（飲水機(jī)、電風(fēng)扇）能耗密度/ W m-2 1 1 . 1 4使用率0 : 0 0 ~ 8 : 0 0為0 . 0 5 8 : 0 0 ~ 9 : 0 0為0 . 5 9 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0為0 . 1 1 7 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0 . 0 5書(shū)房（電腦）能耗密度/ W m-2 2 2 . 4 7使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0為0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0衛(wèi)生間（洗衣機(jī)、電熱水器）能耗密度/ W m-2 2 3 0 . 3 9使用率0 : 0 0 ~ 2 0 : 0 0為0 . 0 5 2 0 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0為0 . 6 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0為0 . 0 5儲(chǔ)藏間（無(wú)家電） 能耗密度/ W m-2 0使用率 N / A

圖5 室內(nèi)逐時(shí)得熱率

表10 家用分體式空調(diào)器參數(shù)

表11 上海市典型氣象年各季節(jié)時(shí)間段及相關(guān)信息

表12 空調(diào)開(kāi)啟率

表13 圍護(hù)結(jié)構(gòu)、節(jié)能門(mén)窗、外遮陽(yáng)節(jié)能率

圖6 建筑各部分年總能耗對(duì)比

圖7 空調(diào)逐月能耗對(duì)比

[1]陳永.我國(guó)農(nóng)村建筑能耗現(xiàn)狀與節(jié)能任務(wù)分析.農(nóng)業(yè)工程學(xué),2011(22):275-277.

[2]GB 50034—2013,建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

Analysis on Energy Saving Technology for Enclosure Structure of Rural Residences

By analyzing the current situation of enclosure structure of villagers' residence, this paper proposed three energy saving measures: heat insulation of roof and outer wall, energy saving door and window, movable sunshade. It selected typical rural housing to carry out energy consumption simulation, set parameters such as indoor heat source and air-conditioner opening hours according practical conditions, and analyzed the role of energy saving technology including roof and outer door heat insulation, energy saving door and window and movable outer sunshade in reduction of air-conditioner's energy consumption for heat supply.

rural residences, enclosure structure, energy consumption, energy saving technology

2017-02-22）

2015年上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)課題“農(nóng)民集中建房綠色建筑技術(shù)指南”。

徐曉燕，同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司助理工程師；王穎，同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司高級(jí)工程師。