黃麗麗 高 峻 邵 敏 王 遜

(1.北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100000; 2.北京優(yōu)奈特燃?xì)夤こ碳夹g(shù)有限公司，北京 100000)

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(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤的比例占60.4%［1］。我國建筑運(yùn)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(yīng)該有總量控制策略。建筑節(jié)能相關(guān)的研究數(shù)據(jù)表明，建筑能耗應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)煤/年，占建筑總能耗的26.1%，生物質(zhì)能(秸稈、薪柴)的消耗約折合1.39億t標(biāo)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(shù)措施聚焦在能源種類的選擇和能源設(shè)備的改造上，其實(shí)，降低建筑能源需求應(yīng)該是首要的技術(shù)選擇。在最大限度的降低用能負(fù)荷的前提下，再通過高效的能源系統(tǒng)和清潔能源供應(yīng)，就能實(shí)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(yīng)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(shù)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(yīng)建筑的機(jī)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(jì)發(fā)展水平普遍低于城鎮(zhèn)，減少對于主動式的機(jī)械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，依靠廉價的被動式技術(shù)，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(dá)不到要求，由燃煤帶來的室內(nèi)空氣污染嚴(yán)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(shè)計思路

被動式低能耗建筑的設(shè)計首先要從被動式技術(shù)入手。在北方的農(nóng)村地區(qū)，被動式技術(shù)主要包括建筑朝向的合理布置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)、自然通風(fēng)設(shè)計以及太陽能房屋等技術(shù)。

設(shè)計農(nóng)村地區(qū)的建筑時，考慮技術(shù)的可行性時，要充分考慮當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)條件，即是否能夠接受技術(shù)的利用成本。在農(nóng)村地區(qū)，技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)該是首要考慮的問題，因?yàn)?，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(yùn)行時的能耗需求而增加更多的建造投資，而在建筑運(yùn)行過程中，若建筑能耗過高造成能源消費(fèi)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(shù)一定要因地制宜，同時，還需要考慮被動式技術(shù)與主動式技術(shù)的優(yōu)化。北方農(nóng)村地區(qū)的被動式低能耗建筑設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 農(nóng)村地區(qū)被動式低能耗建筑設(shè)計思路

3 被動式技術(shù)

“被動式”節(jié)能技術(shù)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(shè)計，降低建筑的采暖和制冷負(fù)荷，包括合理的朝向設(shè)計、有利于建筑通風(fēng)的布局和合理的窗墻比等技術(shù);另一種是降低建筑運(yùn)行時的用能，包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱、遮陽、被動式太陽房的設(shè)計、自然通風(fēng)設(shè)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(dú)棟獨(dú)院的自建房，在建筑的被動式設(shè)計中，建筑師有更多的發(fā)揮空間，被動式技術(shù)的應(yīng)用有更多的創(chuàng)造性。

3.1 建筑合理布局

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

3.2 被動式太陽能采暖

被動式太陽能采暖在設(shè)計時要考慮的關(guān)鍵一步是蓄熱在晝夜循環(huán)時可用于調(diào)整太陽得熱過?；虿蛔悖瑫r，應(yīng)充分考慮當(dāng)?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(shù)的經(jīng)濟(jì)性比較好。

被動式太陽能房是比較廉價的太陽能利用技術(shù)，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(shè)備，完全依靠建筑結(jié)構(gòu)造成的吸熱、隔熱、保溫、通風(fēng)等特性，來達(dá)到冬暖夏涼的目的。

3.3 自然通風(fēng)

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(fēng)技術(shù)。通過合理的布局與形體設(shè)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(fēng)技術(shù)需要在建筑設(shè)計階段利用建筑布局、建筑通風(fēng)開口、太陽輻射、氣候條件等來誘導(dǎo)自然通風(fēng)。自然通風(fēng)技術(shù)成本低，不需要額外的設(shè)備和動力，特別適合在農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用。

3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱

圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)是被動式技術(shù)中最重要的技術(shù)類型，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)成本較其他技術(shù)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(dá)到要求。城鎮(zhèn)建筑中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫技術(shù)體系已經(jīng)很完善，但是，由于經(jīng)濟(jì)性的原因，直接把城鎮(zhèn)建筑中的保溫技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村建筑中并不合適。農(nóng)村地區(qū)應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，開發(fā)適合本地區(qū)的保溫產(chǎn)品和技術(shù)。

4 主動式技術(shù)

主動式節(jié)能技術(shù)則指在主動式技術(shù)中以優(yōu)化的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計、高效的設(shè)備選用實(shí)現(xiàn)節(jié)能的技術(shù)。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(yīng)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(zhì)燃料，而空氣源熱泵可作為主要的供暖設(shè)備。

4.1 太陽能采暖

太陽能采暖系統(tǒng)是指將太陽能轉(zhuǎn)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(shè)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(bǔ)貼。

4.2 生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)能源利用是替代燃煤一項(xiàng)重要的選擇。目前，大型生物質(zhì)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(xiàng)重要方向。

4.3 空氣源熱泵

空氣源熱泵可以實(shí)現(xiàn)供暖和制冷設(shè)備合一，冬季可以采暖，夏季可以供冷，而且不需要設(shè)置專門的設(shè)備機(jī)房，節(jié)省了建筑空間?？諝庠礋岜玫男阅軙S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(zhì)能結(jié)合起來應(yīng)用。

5 結(jié)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(guān)鍵。建設(shè)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(shè)計時，應(yīng)首先考慮當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)條件，其次應(yīng)考慮技術(shù)的可行性和適用性。北方農(nóng)村低能耗建筑的被動式技術(shù)主要有圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)、被動式太陽能采暖、自然通風(fēng)和建筑優(yōu)化布局等技術(shù)措施，主動式技術(shù)主要有太陽能主動式采暖、生物質(zhì)能和空氣源熱泵等技術(shù)。北方農(nóng)村只有實(shí)現(xiàn)合理的優(yōu)化設(shè)計和經(jīng)濟(jì)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。