农村被动式低能耗建筑设计思路分析

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摘要:介绍了在北方农村地区被动式低能耗建筑的设计思路，就被动式技术和主动式技术的主要技术措施进行了详细的论述，指出北方农村只有实现合理的优化设计和经济性综合评价分析，才能让低能耗建筑在北方农村地区得以推广。

关键词:北方地区，农村，被动式低能耗建筑

1概述

我国是以煤为主要能源的国家。2017年我国一次能源消耗量为44．9亿t标准煤，其中煤的比例占60．4%［1］。我国建筑运行能耗一直维持在社会总能耗的20%～25%［2，3］，但是建筑能源不能无限制的增长下去，应该有总量控制策略。建筑节能相关的研究数据表明，建筑能耗应维持在社会总能耗的25%左右，以能源消耗量计算，大约在10亿t标准煤［4］。北方城镇建筑采暖和农村生活用煤约为1．6亿t标煤/年，为建筑能源消耗的最大组成部分［4，5］。根据2010年的统计数据，农村建筑商品能耗为1．77亿t标煤/年，占建筑总能耗的26．1%，生物质能(秸秆、薪柴)的消耗约折合1．39亿t标煤/年［4］。农村地区用于生活用能的商品能耗逐渐上升，已经成为我国建筑能耗中的重要部分。在农村生活用能改革的过程中，多数技术措施聚焦在能源种类的选择和能源设备的改造上，其实，降低建筑能源需求应该是首要的技术选择。在最大限度的降低用能负荷的前提下，再通过高效的能源系统和清洁能源供应，就能实现农村建筑最大程度节能降耗。因此，被动式的低能耗建筑应该是农村建筑的发展方向。被动式低能耗建筑首先通过利用被动式节能技术将建筑能耗需求降低至最低程度，然后通过可再生能源供应建筑的机械采暖和制冷。低能耗建筑不仅仅在于降低建筑使用能耗，室内环境的舒适性也是重要的一方面。在农村地区，经济发展水平普遍低于城镇，减少对于主动式的机械采暖和制冷系统的依赖，依靠廉价的被动式技术，更适合农村地区的建筑节能现状。目前，农村建筑室内环境的舒适性差，冬季采暖季的室内温度达不到要求，由燃煤带来的室内空气污染严重，采用被动式低能耗建筑，不仅可以降低能耗，还可以提高室内的舒适度，所以，被动式低能耗建筑是农村地区建筑的发展趋势。

2被动式低能耗建筑设计思路

被动式低能耗建筑的设计首先要从被动式技术入手。在北方的农村地区，被动式技术主要包括建筑朝向的合理布置、围护结构保温隔热技术、自然通风设计以及太阳能房屋等技术。设计农村地区的建筑时，考虑技术的可行性时，要充分考虑当地居民的经济条件，即是否能够接受技术的利用成本。在农村地区，技术的经济性应该是首要考虑的问题，因为，建筑建造过程中，农村居民首先会考虑房屋的建造成本，一般情况下，由于缺乏建筑节能的理念和知识，建筑业主不会为了减少建筑运行时的能耗需求而增加更多的建造投资，而在建筑运行过程中，若建筑能耗过高造成能源消费超过了承受范围时，建筑业主宁愿牺牲建筑舒适性。在这种情况下，被动式技术一定要因地制宜，同时，还需要考虑被动式技术与主动式技术的优化。

3被动式技术

“被动式”节能技术主要可以分为两种方式，一是降低建筑本体的能量需求，即通过合理的建筑布局和建筑本体的优化设计，降低建筑的采暖和制冷负荷，包括合理的朝向设计、有利于建筑通风的布局和合理的窗墙比等技术;另一种是降低建筑运行时的用能，包括围护结构保温隔热、遮阳、被动式太阳房的设计、自然通风设计等。与城镇建筑不同，农村地区的建筑大多数属于独栋独院的自建房，在建筑的被动式设计中，建筑师有更多的发挥空间，被动式技术的应用有更多的创造性。

3．1建筑合理布局

目前，我国把建设社会主义新农村作为一项战略任务，很多地区的农村建筑设计都开始统一规划，统一建设，此举为建筑的被动式设计提供了很好的条件。建筑合理布局应在建筑设计的初期就当地的基础条件提出设计方案，在技术上应考虑建筑的朝向和建筑的间距，建筑的布局还应为主动式技术提供条件。

3．2被动式太阳能采暖

被动式太阳能采暖在设计时要考虑的关键一步是蓄热在昼夜循环时可用于调整太阳得热过剩或不足，同时，应充分考虑当地的太阳能资源，在太阳能资源比较丰富的地区，这种技术的经济性比较好。被动式太阳能房是比较廉价的太阳能利用技术，适合在太阳能资源丰富的北方农村地区推广。被动式太阳房利用太阳的辐射能，建筑本身就是太阳能的集热器，不需要循环动力设备，完全依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性，来达到冬暖夏凉的目的。

3．3自然通风

在过渡季或夏季的夜晚，室内需要降温，而室外空气温度比室内温度低，这时可以充分利用自然通风技术。通过合理的布局与形体设计，利用农村地区建筑的传统开窗、开门和天窗等优势，形成室内空气的自然流动。自然通风技术需要在建筑设计阶段利用建筑布局、建筑通风开口、太阳辐射、气候条件等来诱导自然通风。自然通风技术成本低，不需要额外的设备和动力，特别适合在农村地区应用。

3．4围护结构保温隔热

围护结构保温隔热技术是被动式技术中最重要的技术类型，建筑围护结构良好的保温隔热，可以大幅度减少建筑的能源需求，节能效果明显。但是，围护结构的保温隔热技术成本较其他技术手段要高。目前，北方农村地区的建筑很多都没有保温措施，或者即使有保温层，其保温效果也很难达到要求。城镇建筑中的围护结构保温技术体系已经很完善，但是，由于经济性的原因，直接把城镇建筑中的保温技术应用到农村建筑中并不合适。农村地区应当结合当地的实际情况，开发适合本地区的保温产品和技术。

4主动式技术

主动式节能技术则指在主动式技术中以优化的设备系统设计、高效的设备选用实现节能的技术。北方农村地区的用能主要是冬季采暖，超低能耗建筑供暖供冷应尽量减少使用一次能源，优先利用可再生能源。北方农村地区可替代燃煤的可再生能源主要有太阳能和生物质燃料，而空气源热泵可作为主要的供暖设备。

4．1太阳能采暖

太阳能采暖系统是指将太阳能转化成热能，供给建筑物冬季采暖的系统，系统主要包括集热器、贮热器、供热采暖末端设备、辅助加热装置和自动控制系统等。由于太阳能热水采暖系统比太阳能生活热水系统投资较大，目前的推广主要依靠政府资金补贴。

4．2生物质燃料

生物质能源利用是替代燃煤一项重要的选择。目前，大型生物质锅炉的能效已提高到80%，而在农村地区的小型炉具的能效也只有20%～30%左右，提高小型炉具的能效是研究的一项重要方向。

4．3空气源热泵

空气源热泵可以实现供暖和制冷设备合一，冬季可以采暖，夏季可以供冷，而且不需要设置专门的设备机房，节省了建筑空间。空气源热泵的性能会随室外气候变化而变化，冬季室外温度较低，空气源热泵的性能系数会降低，因此，空气源热泵可以与太阳能和生物质能结合起来应用。

5结语

我国农村地区用于生活用能的商品能耗逐渐上升，特别是北方地区农村采暖能耗已经成为我国建筑能耗中的重要部分，而北方农村地区的散煤治理是处理北方雾霾问题的关键。建设被动式低能耗建筑是北方农村地区建筑节能降耗的发展方向，可以为北方地区的雾霾治理起到重要作用。北方农村地区的被动式低能耗建筑设计时，应首先考虑当地居民的经济条件，其次应考虑技术的可行性和适用性。北方农村低能耗建筑的被动式技术主要有围护结构保温隔热技术、被动式太阳能采暖、自然通风和建筑优化布局等技术措施，主动式技术主要有太阳能主动式采暖、生物质能和空气源热泵等技术。北方农村只有实现合理的优化设计和经济性综合评价分析，才能让低能耗建筑在北方农村地区得以推广。

参考文献:

［1］林伯强．中国能源发展报告［R］．2017．

［2］中华人民共和国国家统计局．中国能源统计年鉴(2017)［M］．北京:中国统计出版社，2007．

［3］《2020中国可持续能源情景》课题组．2020中国可持续能源情景［M］．北京:中国环境科学出版社，2003．

［4］江亿，彭琛，燕达．中国建筑节能的技术路线图［J］．建设科技，2012(17):12-19．

［5］清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告［R］．2012

作者：黄丽丽 高峻 邵敏 王逊 单位： 北京市燃气集团有限责任公司 北京优奈特燃气工程技术有限公司