農(nóng)村被動式低能耗建筑設計思路分析

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摘要:介紹了在北方農(nóng)村地區(qū)被動式低能耗建筑的設計思路，就被動式技術和主動式技術的主要技術措施進行了詳細的論述，指出北方農(nóng)村只有實現(xiàn)合理的優(yōu)化設計和經(jīng)濟性綜合評價分析，才能讓低能耗建筑在北方農(nóng)村地區(qū)得以推廣。

關鍵詞:北方地區(qū)，農(nóng)村，被動式低能耗建筑

1概述

我國是以煤為主要能源的國家。2017年我國一次能源消耗量為44．9億t標準煤，其中煤的比例占60．4%［1］。我國建筑運行能耗一直維持在社會總能耗的20%～25%［2，3］，但是建筑能源不能無限制的增長下去，應該有總量控制策略。建筑節(jié)能相關的研究數(shù)據(jù)表明，建筑能耗應維持在社會總能耗的25%左右，以能源消耗量計算，大約在10億t標準煤［4］。北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為1．6億t標煤/年，為建筑能源消耗的最大組成部分［4，5］。根據(jù)2010年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，農(nóng)村建筑商品能耗為1．77億t標煤/年，占建筑總能耗的26．1%，生物質能(秸稈、薪柴)的消耗約折合1．39億t標煤/年［4］。農(nóng)村地區(qū)用于生活用能的商品能耗逐漸上升，已經(jīng)成為我國建筑能耗中的重要部分。在農(nóng)村生活用能改革的過程中，多數(shù)技術措施聚焦在能源種類的選擇和能源設備的改造上，其實，降低建筑能源需求應該是首要的技術選擇。在最大限度的降低用能負荷的前提下，再通過高效的能源系統(tǒng)和清潔能源供應，就能實現(xiàn)農(nóng)村建筑最大程度節(jié)能降耗。因此，被動式的低能耗建筑應該是農(nóng)村建筑的發(fā)展方向。被動式低能耗建筑首先通過利用被動式節(jié)能技術將建筑能耗需求降低至最低程度，然后通過可再生能源供應建筑的機械采暖和制冷。低能耗建筑不僅僅在于降低建筑使用能耗，室內(nèi)環(huán)境的舒適性也是重要的一方面。在農(nóng)村地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展水平普遍低于城鎮(zhèn)，減少對于主動式的機械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，依靠廉價的被動式技術，更適合農(nóng)村地區(qū)的建筑節(jié)能現(xiàn)狀。目前，農(nóng)村建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適性差，冬季采暖季的室內(nèi)溫度達不到要求，由燃煤帶來的室內(nèi)空氣污染嚴重，采用被動式低能耗建筑，不僅可以降低能耗，還可以提高室內(nèi)的舒適度，所以，被動式低能耗建筑是農(nóng)村地區(qū)建筑的發(fā)展趨勢。

2被動式低能耗建筑設計思路

被動式低能耗建筑的設計首先要從被動式技術入手。在北方的農(nóng)村地區(qū)，被動式技術主要包括建筑朝向的合理布置、圍護結構保溫隔熱技術、自然通風設計以及太陽能房屋等技術。設計農(nóng)村地區(qū)的建筑時，考慮技術的可行性時，要充分考慮當?shù)鼐用竦慕?jīng)濟條件，即是否能夠接受技術的利用成本。在農(nóng)村地區(qū)，技術的經(jīng)濟性應該是首要考慮的問題，因為，建筑建造過程中，農(nóng)村居民首先會考慮房屋的建造成本，一般情況下，由于缺乏建筑節(jié)能的理念和知識，建筑業(yè)主不會為了減少建筑運行時的能耗需求而增加更多的建造投資，而在建筑運行過程中，若建筑能耗過高造成能源消費超過了承受范圍時，建筑業(yè)主寧愿犧牲建筑舒適性。在這種情況下，被動式技術一定要因地制宜，同時，還需要考慮被動式技術與主動式技術的優(yōu)化。

3被動式技術

“被動式”節(jié)能技術主要可以分為兩種方式，一是降低建筑本體的能量需求，即通過合理的建筑布局和建筑本體的優(yōu)化設計，降低建筑的采暖和制冷負荷，包括合理的朝向設計、有利于建筑通風的布局和合理的窗墻比等技術;另一種是降低建筑運行時的用能，包括圍護結構保溫隔熱、遮陽、被動式太陽房的設計、自然通風設計等。與城鎮(zhèn)建筑不同，農(nóng)村地區(qū)的建筑大多數(shù)屬于獨棟獨院的自建房，在建筑的被動式設計中，建筑師有更多的發(fā)揮空間，被動式技術的應用有更多的創(chuàng)造性。

3．1建筑合理布局

目前，我國把建設社會主義新農(nóng)村作為一項戰(zhàn)略任務，很多地區(qū)的農(nóng)村建筑設計都開始統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一建設，此舉為建筑的被動式設計提供了很好的條件。建筑合理布局應在建筑設計的初期就當?shù)氐幕A條件提出設計方案，在技術上應考慮建筑的朝向和建筑的間距，建筑的布局還應為主動式技術提供條件。

3．2被動式太陽能采暖

被動式太陽能采暖在設計時要考慮的關鍵一步是蓄熱在晝夜循環(huán)時可用于調(diào)整太陽得熱過?；虿蛔?，同時，應充分考慮當?shù)氐奶柲苜Y源，在太陽能資源比較豐富的地區(qū)，這種技術的經(jīng)濟性比較好。被動式太陽能房是比較廉價的太陽能利用技術，適合在太陽能資源豐富的北方農(nóng)村地區(qū)推廣。被動式太陽房利用太陽的輻射能，建筑本身就是太陽能的集熱器，不需要循環(huán)動力設備，完全依靠建筑結構造成的吸熱、隔熱、保溫、通風等特性，來達到冬暖夏涼的目的。

3．3自然通風

在過渡季或夏季的夜晚，室內(nèi)需要降溫，而室外空氣溫度比室內(nèi)溫度低，這時可以充分利用自然通風技術。通過合理的布局與形體設計，利用農(nóng)村地區(qū)建筑的傳統(tǒng)開窗、開門和天窗等優(yōu)勢，形成室內(nèi)空氣的自然流動。自然通風技術需要在建筑設計階段利用建筑布局、建筑通風開口、太陽輻射、氣候條件等來誘導自然通風。自然通風技術成本低，不需要額外的設備和動力，特別適合在農(nóng)村地區(qū)應用。

3．4圍護結構保溫隔熱

圍護結構保溫隔熱技術是被動式技術中最重要的技術類型，建筑圍護結構良好的保溫隔熱，可以大幅度減少建筑的能源需求，節(jié)能效果明顯。但是，圍護結構的保溫隔熱技術成本較其他技術手段要高。目前，北方農(nóng)村地區(qū)的建筑很多都沒有保溫措施，或者即使有保溫層，其保溫效果也很難達到要求。城鎮(zhèn)建筑中的圍護結構保溫技術體系已經(jīng)很完善，但是，由于經(jīng)濟性的原因，直接把城鎮(zhèn)建筑中的保溫技術應用到農(nóng)村建筑中并不合適。農(nóng)村地區(qū)應當結合當?shù)氐膶嶋H情況，開發(fā)適合本地區(qū)的保溫產(chǎn)品和技術。

4主動式技術

主動式節(jié)能技術則指在主動式技術中以優(yōu)化的設備系統(tǒng)設計、高效的設備選用實現(xiàn)節(jié)能的技術。北方農(nóng)村地區(qū)的用能主要是冬季采暖，超低能耗建筑供暖供冷應盡量減少使用一次能源，優(yōu)先利用可再生能源。北方農(nóng)村地區(qū)可替代燃煤的可再生能源主要有太陽能和生物質燃料，而空氣源熱泵可作為主要的供暖設備。

4．1太陽能采暖

太陽能采暖系統(tǒng)是指將太陽能轉化成熱能，供給建筑物冬季采暖的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括集熱器、貯熱器、供熱采暖末端設備、輔助加熱裝置和自動控制系統(tǒng)等。由于太陽能熱水采暖系統(tǒng)比太陽能生活熱水系統(tǒng)投資較大，目前的推廣主要依靠政府資金補貼。

4．2生物質燃料

生物質能源利用是替代燃煤一項重要的選擇。目前，大型生物質鍋爐的能效已提高到80%，而在農(nóng)村地區(qū)的小型爐具的能效也只有20%～30%左右，提高小型爐具的能效是研究的一項重要方向。

4．3空氣源熱泵

空氣源熱泵可以實現(xiàn)供暖和制冷設備合一，冬季可以采暖，夏季可以供冷，而且不需要設置專門的設備機房，節(jié)省了建筑空間。空氣源熱泵的性能會隨室外氣候變化而變化，冬季室外溫度較低，空氣源熱泵的性能系數(shù)會降低，因此，空氣源熱泵可以與太陽能和生物質能結合起來應用。

5結語

我國農(nóng)村地區(qū)用于生活用能的商品能耗逐漸上升，特別是北方地區(qū)農(nóng)村采暖能耗已經(jīng)成為我國建筑能耗中的重要部分，而北方農(nóng)村地區(qū)的散煤治理是處理北方霧霾問題的關鍵。建設被動式低能耗建筑是北方農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能降耗的發(fā)展方向，可以為北方地區(qū)的霧霾治理起到重要作用。北方農(nóng)村地區(qū)的被動式低能耗建筑設計時，應首先考慮當?shù)鼐用竦慕?jīng)濟條件，其次應考慮技術的可行性和適用性。北方農(nóng)村低能耗建筑的被動式技術主要有圍護結構保溫隔熱技術、被動式太陽能采暖、自然通風和建筑優(yōu)化布局等技術措施，主動式技術主要有太陽能主動式采暖、生物質能和空氣源熱泵等技術。北方農(nóng)村只有實現(xiàn)合理的優(yōu)化設計和經(jīng)濟性綜合評價分析，才能讓低能耗建筑在北方農(nóng)村地區(qū)得以推廣。

參考文獻:

［1］林伯強．中國能源發(fā)展報告［R］．2017．

［2］中華人民共和國國家統(tǒng)計局．中國能源統(tǒng)計年鑒(2017)［M］．北京:中國統(tǒng)計出版社，2007．

［3］《2020中國可持續(xù)能源情景》課題組．2020中國可持續(xù)能源情景［M］．北京:中國環(huán)境科學出版社，2003．

［4］江億，彭琛，燕達．中國建筑節(jié)能的技術路線圖［J］．建設科技，2012(17):12-19．

［5］清華大學建筑節(jié)能研究中心．中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告［R］．2012

作者：黃麗麗 高峻 邵敏 王遜 單位： 北京市燃氣集團有限責任公司 北京優(yōu)奈特燃氣工程技術有限公司