北方清潔取暖農(nóng)房節(jié)能改造方案探討★

張海寧，秦 旖

(1.太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002； 2.山西省建筑科學研究院有限公司，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，國務院印發(fā)《關于印發(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的能源消耗，即提升用戶側的用能能效。“煤改氣”“煤改電”是以新的熱源取代以煤炭為主的熱源的主要方式，而對圍護結構進行節(jié)能改造是降低用戶側能耗的最根本手段。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》，方案中大力推進標準示范試點建設，結合美麗鄉(xiāng)村建設，設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構節(jié)能改造，使得改造前后能效提升15%以上。

針對上述問題，太原市建筑設計研究院與山西省建筑科學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。

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構無任何保溫措施，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，可分為磚木結構及磚混結構兩種。磚木結構多見于2000年之前建造的民居，2000年之后建造的民居多為磚混結構。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，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)民居圍護結構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，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，其余圍護結構做法不變；民居模型2屋面做法為：現(xiàn)澆屋面+爐渣+黏土磚，其余圍護結構做法不變。

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 民居模型構造參數(shù)

3.2 結果計算

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無法實現(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的保溫效果。