摘要：中國北方農(nóng)村地區(qū)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能普遍較差，因受地理位置和氣候特點(diǎn)的影響，實(shí)現(xiàn)全面供暖能耗巨大。通過建立農(nóng)村居住建筑能耗模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，研究位于濰坊市的農(nóng)村居住建筑的冬季能耗。研究顯示：選擇向陽面房間供暖時(shí)，能耗變化率最大;選擇背陽面房間供暖時(shí)，能耗變化率最小，兩者相差23。供暖區(qū)域面積明顯影響農(nóng)村居住建筑能耗，增加供暖區(qū)域面積，能耗隨室內(nèi)溫度升高而明顯增大，每增加一個(gè)供暖房間，日能耗增加30%40%。
關(guān)鍵詞：農(nóng)村居住建筑;建筑能耗;局部供暖
有關(guān)資料顯示，2015年，中國農(nóng)村居住建筑總建筑面積已達(dá)到238億，與農(nóng)村居住建筑相配套的能源設(shè)備消耗的能源達(dá)2.13億標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國總建筑能耗的25%左右[1]。另據(jù)文獻(xiàn)[2]報(bào)道，2016年，中國居住建筑運(yùn)行能耗占全國建筑能耗的61.5%，其中城鎮(zhèn)居住建筑能耗占37.7%，農(nóng)村居住建筑能耗占23.7%?？梢钥闯觯r(nóng)村居住建筑能耗占比有所下降，但農(nóng)村居住建筑能耗總量并沒有下降，而是呈逐年上升態(tài)勢(shì)。
近年來，中國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)以較高的速度平穩(wěn)發(fā)展，農(nóng)民收入水平也顯著提高，尤其在2020年全國脫貧攻堅(jiān)取得全面勝利后，農(nóng)民對(duì)生活品質(zhì)的要求越來越高，農(nóng)村居住建筑面積越來越大，農(nóng)民對(duì)居室內(nèi)熱濕環(huán)境的要求越來越高，能耗也越來越大。因此，農(nóng)村建筑，尤其是農(nóng)村居住建筑的節(jié)能問題應(yīng)該受到更多的關(guān)注[3]。中國北方地區(qū)受地理位置、氣候特點(diǎn)的影響，農(nóng)村居住建筑的能耗主要體現(xiàn)在冬季供暖上，而農(nóng)村居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能普遍較差，實(shí)現(xiàn)全面供暖能耗巨大[4]。
農(nóng)村經(jīng)濟(jì)論文： 淺談農(nóng)村集體產(chǎn)權(quán)制度改革中遇到的主要問題及解決對(duì)策
眾多的科研工作者針對(duì)建筑供暖進(jìn)行了大量的研究，主要集中在建筑熱工性能和能源種類等方面。Nair等[5]對(duì)瑞典的000棟居住建筑進(jìn)行了調(diào)查，研究影響居住建筑能耗的因素，并提出降低能耗的有效方法;Aste等[6]對(duì)農(nóng)用建筑外墻的熱惰性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了建筑外墻的熱惰性和建筑能耗之間的關(guān)系，并給予量化;CarrilhodaGraça等[7]對(duì)一典型獨(dú)棟住宅進(jìn)行研究，并論證應(yīng)用太陽能實(shí)現(xiàn)凈零能耗的可行性;Warren等[8]對(duì)美國采用天然氣采暖的居住建筑進(jìn)行研究時(shí)得出，采暖度日數(shù)和天然氣采暖能耗呈線性關(guān)系。國內(nèi)的研究一般聚焦在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、能源利用形式等方面[911]。
受農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平限制，不可能立即對(duì)農(nóng)村居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能進(jìn)行大規(guī)模改造，而城市集中供暖模式又因熱源、管網(wǎng)等前期投入巨大，不適宜在農(nóng)村全面推廣。本文在不改變農(nóng)村居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的條件下，采用理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等方式，從建筑形式、局部供暖范圍、簡(jiǎn)易太陽房的增設(shè)、室內(nèi)供暖溫度的改變等方面，研究農(nóng)村居住建筑能源消耗規(guī)律，為農(nóng)村居住建筑其他供暖方式的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
1物理與數(shù)學(xué)模型
1.1物理模型
典型農(nóng)村居住建筑包括個(gè)臥室和個(gè)客廳，建筑面積約為85m，面寬10.6m，進(jìn)深8，高3m，坡屋頂，正南正北朝向。該建筑可供四口之家居住，而且為農(nóng)村居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)。
1.2能耗計(jì)算模型
選用了幾種不同形式局部供暖農(nóng)村居住建筑模型，分別是對(duì)個(gè)房間進(jìn)行部分供暖，其中模型是對(duì)南向向陽面?zhèn)€房間進(jìn)行供暖，模型是對(duì)北向背陽面?zhèn)€房間進(jìn)行供暖， 模型是從南向向陽面房間和北向背陽面房間中各取間進(jìn)行供暖。模型是對(duì)南向向陽面?zhèn)€房間及客廳進(jìn)行供暖，模型是對(duì)北向背陽面?zhèn)€房間及客廳進(jìn)行供暖。
2結(jié)果與分析
以山東省濰坊市某農(nóng)村居住建筑作為研究對(duì)象，在計(jì)算能量消耗時(shí)，氣象數(shù)據(jù)參數(shù)選用濰坊地區(qū)氣象參數(shù)，在農(nóng)村居住建筑內(nèi)外進(jìn)行相關(guān)溫度測(cè)點(diǎn)布置，記錄室內(nèi)外溫度變化。能耗計(jì)算僅考慮建筑物的供暖需求，未考慮建筑物的供冷、照明等的能耗。農(nóng)村居住建筑局部供暖能耗的影響因素較多，既有建筑自身熱工因素(如房間的內(nèi)外墻傳熱系數(shù)、熱阻程度、窗戶透光性等)，又有建筑外部影響因素(如有無被動(dòng)式太陽房、局部供暖的供暖區(qū)域位置和面積、控制供暖溫度等)，本文分析建筑外部影響因素對(duì)農(nóng)村居住建筑局部供暖的影響。根據(jù)實(shí)際居住情況，只研究對(duì)個(gè)或個(gè)房間進(jìn)行局部供暖的情況。
2.1單一區(qū)域局部供暖對(duì)農(nóng)村居住建筑日能耗的影響
在農(nóng)村，坡屋頂建筑容易被人們廣泛接受。坡屋頂農(nóng)村居住建筑局部供暖時(shí)供暖位置對(duì)室內(nèi)日能耗的影響較為明顯，日能耗受房間控制供暖溫度的影響較大。模型日能耗最低。在農(nóng)村居住建筑陽面外圍搭建玻璃(或透明塑料)與彩鋼復(fù)合板等材料組合而成的被動(dòng)式太陽房，室內(nèi)溫度為5~18℃，則農(nóng)村居住建筑日能耗情況。加裝被動(dòng)式太陽房后的農(nóng)村居住建筑房間日能耗大于坡屋頂農(nóng)村居住建筑，且室內(nèi)溫度的變化對(duì)日能耗的影響較大。
2.2局部供暖區(qū)域面積對(duì)農(nóng)村居住建筑日能耗的影響
對(duì)個(gè)房間或個(gè)房間進(jìn)行局部供暖，選取模型，并以最常見的坡屋頂農(nóng)村居住建筑進(jìn)行計(jì)算。增加局部供暖區(qū)域面積會(huì)對(duì)農(nóng)村居住建筑能耗產(chǎn)生顯著影響。室內(nèi)溫度為10℃，模型的日能耗為31.46kW·，模型的日能耗為45kW·，增加約43;模型日能耗為35.97kW·，模型的日能耗為49.37kW·，增加7%。增加局部供暖區(qū)域面積，能耗隨室內(nèi)溫度的升高而明顯升高，說明增加農(nóng)村居住建筑供暖區(qū)域面積后，日能耗受室內(nèi)溫度影響的反饋更大。
3結(jié)論
農(nóng)村居住建筑在局部供暖條件下可以明顯降低室內(nèi)供暖能耗。單一供暖區(qū)域時(shí)，相同室內(nèi)溫度下，選擇向陽面房間作為供暖區(qū)域比選擇背陽面房間在的能耗小。選擇向陽面房間供暖時(shí)，能耗變化率最大;選擇背陽面房間供暖時(shí)，能耗變化率最?。耗芎淖兓氏嗖?0%30%。室內(nèi)溫度相同時(shí)，農(nóng)村居住建筑外圍搭建被動(dòng)式太陽房也可顯著降低供暖能耗。供暖區(qū)域面積明顯影響農(nóng)村居住建筑能耗，增加供暖區(qū)域面積，能耗隨室內(nèi)溫度升高明顯增大，每增加一個(gè)供暖房間，日能耗增加30%40%。
參考文獻(xiàn)：
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[2]中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗統(tǒng)計(jì)專委會(huì).2018中國建筑能耗研究報(bào)告[J].建筑,2019(2):2631
[3]馬超劉艷峰王登甲等西北農(nóng)村住宅建筑熱工性能及節(jié)能策略分析[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2015,47(3):427432
[4]朱軼韻劉加平西北農(nóng)村建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境研究[J].土木工程學(xué)報(bào),201043增刊2):400403
[5]NAIRG,GUSTAVSSONL,MAHAPATRAK.FactorsinfluencingenergyefficiencyinvestmentsinexistingSwedishresidentialbuildings[J].EnergyPolicy,201038(6):29562963
作者：張瑞鳳，王浩，劉際洲，葉泉，高瑞瀅，趙魯，徐振軍
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