黃涵榮 陳志毅

(江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 引言

隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡劣，氣候和能源是全球人類(lèi)共同面對(duì)的一大難題。節(jié)約建筑能源是極其重要的一環(huán)。到2018年農(nóng)村住宅面積為229億m2，占全國(guó)總建筑面積的38.1%，說(shuō)明了我國(guó)農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能的急迫性。隨著農(nóng)民生活水平和經(jīng)濟(jì)收入的增長(zhǎng)，農(nóng)村居民對(duì)農(nóng)宅的要求在逐漸增高，采暖降溫所消耗的能源也在增加。本文主要通過(guò)研究贛南農(nóng)村地區(qū)用能情況的現(xiàn)狀，找出影響因素，再對(duì)其進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化的策略分析。

1 贛南地區(qū)農(nóng)宅用能現(xiàn)狀分析

贛南農(nóng)村地區(qū)具有豐富的可再生能源優(yōu)勢(shì)，大量的生物質(zhì)能以及太陽(yáng)能，本次調(diào)研主要了解農(nóng)村地區(qū)對(duì)資源的使用情況，以及各農(nóng)宅中用能情況及趨勢(shì)。

1.1 能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

在調(diào)研前期的準(zhǔn)備階段，筆者對(duì)贛南農(nóng)村地區(qū)主要用能行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別為熱水用能、炊事用能、采暖用能、照明用能、降溫用能以及家電用能，維持這些用能行為的主要能源方式有太陽(yáng)能、電能、天然氣、煤炭、薪柴這五種方式，通過(guò)對(duì)農(nóng)戶家庭進(jìn)行用能情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前階段農(nóng)村家庭主要以電能和天然氣能為代表的商品能為主要能源結(jié)構(gòu)，其中太陽(yáng)能主要以太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為主，僅有兩家村民采用了光伏發(fā)電系統(tǒng)，整體能源結(jié)構(gòu)較為單一，且薪柴、煤炭等能源熱效率低，有害氣體排放大，不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

1.2 能源使用現(xiàn)狀

通過(guò)計(jì)算居住者年齡和維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗之間的關(guān)系，來(lái)判斷贛南地區(qū)鄉(xiāng)村能源的使用現(xiàn)狀，本次調(diào)研過(guò)程中所選取的家庭平均年齡為家庭常住人口的平均年齡值。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以得到耗電量與平均年齡之間的關(guān)系函數(shù)，其中維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗(y)與家庭平均年齡(x)之間的關(guān)系如下：

y=-8.498 5x+633.56，

R2=0.538 6。

根據(jù)對(duì)圖1,圖2的分析可知隨著家庭常住人員的平均年齡越小的時(shí)候，維持建筑室內(nèi)熱環(huán)境舒適度所消耗的電能越多，而在調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)常住人口為兩個(gè)老人的民居中往往電費(fèi)更少，根據(jù)筆者觀察和訪談，發(fā)現(xiàn)主要原因是老年居住者在面對(duì)寒冷或者炎熱天氣的時(shí)候往往采用多穿衣服或者火炕等方式來(lái)調(diào)節(jié)自身的熱舒適度，且部分老人會(huì)舍不得開(kāi)空調(diào)，而年輕人恰恰相反，喜歡通過(guò)空調(diào)或電暖爐等來(lái)滿足熱舒適的要求。這也說(shuō)明了隨著贛南農(nóng)村地區(qū)新老一輩的交替，農(nóng)村居民對(duì)于建筑能耗的需求也在逐步增加，家庭平均年齡與用電能耗之間維持著負(fù)相關(guān)。

同時(shí)分析居民的年收入與建筑能耗之間的關(guān)系也能判斷贛南地區(qū)鄉(xiāng)村能源的使用現(xiàn)狀，居民年收入是指一戶農(nóng)宅家庭所有成員的收入總和，由于調(diào)研過(guò)程中村民存在含糊和記憶偏差的可能，因此選取千元為計(jì)數(shù)單位，在排除了一些可能的虛假數(shù)據(jù)后整理所得，根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)可以得到耗電量與居民年收入之間的關(guān)系函數(shù)，其中維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗(y)與家庭年收入(x)之間存在線性關(guān)系如下：

y=-3.153 5x+119.39，

R2=0.749 3。

通過(guò)贛南地區(qū)農(nóng)宅家庭年收入和維持建筑室內(nèi)熱舒適度所耗費(fèi)的電能之間的關(guān)系(如圖3，圖4所示)顯示分析?？梢钥吹浆F(xiàn)在一半左右的農(nóng)民的家庭總收入處于5萬(wàn)元以下，一半左右的家庭收入超過(guò)5萬(wàn)元，家庭生活水平處于小康的狀態(tài)，對(duì)電能的使用也較為多，且當(dāng)耗電量接近一個(gè)數(shù)值，例如夏季400度～500度電的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)的收入增加對(duì)其的影響就變小了。筆者在調(diào)研訪談的時(shí)候?qū)^富裕家庭進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)他們基本每個(gè)臥室都配置了空調(diào)，而大部分覺(jué)得冷或熱的時(shí)候都會(huì)使用空調(diào)進(jìn)行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，這也是耗電量大的主要原因，而收入較低的家庭一般都舍不得使用電能來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度?？傊?，村民家庭的年收入與年耗電量之間有著很強(qiáng)的正相關(guān)聯(lián)系。

1.3 生物質(zhì)能使用現(xiàn)狀

在調(diào)研過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)贛南地區(qū)大部分農(nóng)村家庭都還維持著農(nóng)耕和養(yǎng)殖家禽的情況，在調(diào)研數(shù)據(jù)中能夠發(fā)現(xiàn)大約87%的人還保留著農(nóng)耕，而剩余的13%的農(nóng)戶中部分選擇將農(nóng)田用于蔬菜大棚的培育，極少數(shù)農(nóng)戶則將農(nóng)田荒廢了。58%的農(nóng)戶還養(yǎng)殖著家禽，在對(duì)剩余人進(jìn)行采訪發(fā)現(xiàn)不養(yǎng)殖家禽的原因，主要是由于家禽糞便較難處理，遠(yuǎn)不如去市場(chǎng)買(mǎi)劃算，所以不再飼養(yǎng)?，F(xiàn)在贛南鄉(xiāng)村對(duì)稻谷秸稈的處理基本還是采用燒毀的方式，這種方式不僅會(huì)破壞農(nóng)田的結(jié)構(gòu)，降低來(lái)年的收成，同時(shí)也會(huì)造成大量有害氣體排放。

2 贛南地區(qū)農(nóng)宅節(jié)能優(yōu)化策略研究

2.1 農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)策略研究

通過(guò)比較幾種非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)與室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)影響保溫墻的保溫層厚度和傳熱系數(shù)與室內(nèi)熱環(huán)境有關(guān)，保溫墻在20 mm時(shí)和50 mm時(shí)性?xún)r(jià)比最高，再厚保溫性能增加但是性?xún)r(jià)比降低了，非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的朝向、窗墻比以及傳熱系數(shù)是影響室內(nèi)熱舒適性的主要因素，其中窗墻比與傳熱系數(shù)和室內(nèi)熱環(huán)境成正相關(guān)[2]，農(nóng)宅開(kāi)窗方向的優(yōu)先程度為南向>北向>西向>東向。農(nóng)村地區(qū)屋頂分為平屋頂和坡屋頂兩種主要形式，坡屋頂保溫隔熱性能與水泥砂漿保溫屋面的性能相差不大，如果單考慮建筑室內(nèi)熱環(huán)境的舒適程度，那么采用EPS保溫屋面、XPS保溫屋面或稻谷秸稈保溫屋面最佳。

2.2 農(nóng)宅平面和形體策略研究

研究建筑平面與形體對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)在農(nóng)宅南面加建聚乙烯薄膜陽(yáng)光間能夠滿足在1月、2月寒冷季節(jié)內(nèi)額外30%的時(shí)間達(dá)到室內(nèi)舒適溫度，額外30%的時(shí)間達(dá)到室內(nèi)舒適相對(duì)濕度。農(nóng)宅的體形系數(shù)與建筑全年為滿足室內(nèi)熱舒適度所消耗能量成負(fù)相關(guān)，且夏季體形系數(shù)的相關(guān)性要小于冬季的體形系數(shù)。建筑朝向?qū)ㄖ覂?nèi)平均溫度的影響幅度在1 ℃以?xún)?nèi)，相對(duì)濕度影響幅度在3%以?xún)?nèi)，影響性較小，建筑在正南北朝向時(shí)室內(nèi)溫度最佳，正西北最差，建筑在正南方向時(shí)室內(nèi)濕度最佳，正東西方向次之，正北方向濕度最差，所以建筑朝向在正南方向最適宜。

2.3 可再生能源策略研究

基于贛南農(nóng)村地區(qū)空閑地面積大，用能結(jié)構(gòu)較為單一且環(huán)境不友好的基礎(chǔ)上提出的可再生能源策略，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、生物質(zhì)能固縮系統(tǒng)以及生物質(zhì)能氣化系統(tǒng)，都是通過(guò)改變農(nóng)戶的用能結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到節(jié)能效果，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)的前期成本遠(yuǎn)高于其他三類(lèi)，但是后期經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益也大大領(lǐng)先；太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為一種在農(nóng)村已經(jīng)較為普及的節(jié)能策略，在節(jié)能效益方面較其他有所不足，但該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)用，維修方便[3]；性?xún)r(jià)比最高的可再生能源節(jié)能策略是生物質(zhì)能固縮技術(shù)，前期投入低，回收成本時(shí)間快，但在實(shí)施階段較為麻煩，需要通過(guò)農(nóng)戶合作的形式才能較好實(shí)現(xiàn)效果；生物質(zhì)能氣化策略相較其他可以產(chǎn)生提高農(nóng)田產(chǎn)能的額外收益，能與多種生產(chǎn)方式相結(jié)合，較適應(yīng)農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展需求[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)贛南地區(qū)農(nóng)宅現(xiàn)階段處于一個(gè)能源效率低下、用能結(jié)構(gòu)單一的狀態(tài)，需對(duì)它進(jìn)行合理的優(yōu)化策略設(shè)計(jì)，才能滿足村民日漸增加的收入和生活水平提升所帶來(lái)的能耗增長(zhǎng)的需求。