鄉村振興視角下北方農村住宅節能方案設計研究

引言

根據實際調研得知北方地區農村住宅普遍缺少節能技術措施，熱工性能較差，冬季的採暖對於提高室內熱舒適度的效果十分不明顯且耗能較多，既有農宅的熱工性能都不能達到節能設計標準的要求。在鄉村振興視角下節能減排作爲鄉村振興的主要內容，節能鄉村，綠色鄉村是鄉村可持續發展的重要前提，在缺少節能措施的條件下，如果既有住宅要達到室內熱舒適性要求，就要消耗更多的能源。故從節約能源方面考慮，既有農宅的節能改造設計，己成爲一項十分必要的課題。通過對農村住宅及其節能現狀的實地調研，掌握了該地區農村住宅居住建設、圍護結構、建築能耗以及熱舒適性等的基本情況，總結了該地區農村住宅在節能方面存在的問題。

在實地調研的基礎上，結合該地區的氣候特點，本文展開了北方地區農村住宅節能技術研究。通過資料收集、文獻查閱、計算機模擬等方法，從住宅選址與朝向、體形控制與平面設計、圍護結構節能設計等方面對該地區農村住宅的節能技術進行了系統研究，形成本文的研究成果。在己有研究成果的指導下，本文進行了節能樣板房的方案設計，並通過建築能耗分析軟件DeST-h建立能耗計算模型，對選取的節能技術進行模擬，探討節能技術的節能效果。在此基礎上，選取單項節能技術組合成三個具有代表性的節能方案，並對方案進行了能耗模擬和技術經濟綜合分析，得出最優方案。

通過本文的研究，旨在降低農村住宅能耗，改善農村住宅的室內熱環境，希望本文的研究成果可以爲北方農村住宅節能設計提供參考。

第1章文獻綜述

1.1 研究背景與意義

1.1.1 研究背景

隨着中國經濟的快速發展，社會能源消耗量迅速增加，建築能耗佔總能耗的比例也在不斷增加，目前建築能耗佔總能耗的比例己達到27%，建築節能成爲節能減排工作中的一項重要研究內容。對於中國北方地區，冬季供暖主要依賴燃煤，燃煤燃燒過程中產生了有毒、有害物質，導致北方冬季大氣環境質量差，環境污染的加劇勢必要求對建築進行節能優化設計，在滿足熱舒適的前提下減少能源的消耗量。近十年來，在城鎮建築節能方面己經初步形成了相應的科研、標準、政策、推廣支撐體系，科研力量與人才培養方面也取得了豐碩成果。但是，農村住宅節能研究起步較晚，科研投入、標準制定和技術支撐相對落後，如果農村住宅依然高度依賴常規能源，不注重建築節能，必定會阻礙農村的可持續發展。

我國農村住宅面積約爲230億㎡，佔全國總建築面積的60%，農村建築和生活用能也逐漸向商品能源轉變，商品能和非商品能分別佔到68.8%和31.2%。改革開放以來，我國農業得到了飛速的發展，這主要還是得益於國家對農業產業結構的調整和支農惠農政策的大力落實，使得農村地區居民的經濟條件發生了很大的提高，同時他們的思想意識、生活方式也發生了較大的改變，現有的居住環境己經不能滿足他們的生活需求，農民就迫切要求改善農村生活環境。但是由於鄉村建築多數爲農民自建的房屋，他們對建築節能知識很缺乏，施工技術相對比較簡單，缺少相應的節能保溫措施和防潮防腐措施，有些建築甚至不能滿足起碼的熱工性能。因此，農村住宅節能研究對於節約能源、改善居住環境具有舉足輕重的作用。目前，我國農村住宅多爲自建房，缺少相關節能標準做指導，許多新建住宅只考慮實用和美觀兩個要素，很少考慮節能設計，導致傳統節能技術逐漸消失。農村住宅節能研究不僅能夠節約能源，提升空氣質量，還可以改善室內熱環境。越來越多的學者開始關注農村住宅的節能設計，在建築窗牆比、圍護結構材料、新能源利用等方面進行了廣泛研究。同時，政府及社會各界人士己經開始關注農村住宅的建設與使用中的能耗問題，轉變農民傳統建築思想，改變農民居住方式，實施農村住宅建設節能設計，由粗放型用能向可持續集約型用能轉變，己成爲指導農村住宅建設的基本方針。

但是目前我國建築節能技術的研究大多主要針對城市住宅，然而由於農村既有居住建築的特點、農民的生活習慣及技術經濟條件等不同，決定了農村居住建築在室溫標準、節能率及設計原則上與城市居住建築相比存在很大不同。我國對農村居住建築節能研究相對較少，農村居住建築的節能設計和節能改造研究正處於起步階段。我國建設部2010年4月發佈了要求對農村居住建築進行節能改造的文件，標誌着我國對農村地區的建築節能改造工程的正式開始隨着新農村建設的開展，我國2012年又頒佈了《農村居住建築節能設計標準》 （GB/T50824-2013）並於2013年開始實施，其中實施農村地區建設新型節能建築和對既有居住建築進行節能改造，因此農村建築節能研究還有很大潛力。

1.1.2 研究意義

(1)實踐意義

根據我國現有新農村住宅建設情況來看，國家雖在新農村節能建設上給予了一定的支持，各級政府都在新農村節能建設上試圖尋找更加科學的方式，但是節能策略在農村住宅研究上一直存在研究的不足，本文試圖通北方地區農村住宅節能策略研究來解決北方農村住宅的節能保溫問題，推動北方農村住宅節能方案的實施，爲解決提升現階段農村節能提供一些新思路，豐富現階段農村節能理論體系。

(2)理論意義

農村發展問題經歷了幾千年，時至今日，在鄉村振興視角下新農村建設快速發展，農村住宅建設量加大，致使農村的能耗逐年遞增。耗能問題不僅是一個經濟問題，直接影響到中國的經濟發展，本文嘗試從節能的角度出發，探討北方農村住宅節能的更新方向，找出一條既適應當地社會經濟和自然環境的發展狀況，又適應當地村民生產生活方式並且節能、節地、節約資源的新型農宅發展道路，加快城市化進程，推動農村改革；貫徹落實科學發展觀，構建社會主義和諧社會。

1.1.3相關概念和研究範圍的界定

（1）鄉村振興

黨的十八大以來，在以習近平同志爲核心的黨中央堅強領導下，我們堅持把解決好“三農”問題作爲全黨工作重中之重，持續加大強農惠農富農政策力度，紮實推進農業現代化和新農村建設，全面深化農村改革，農業農村發展取得了歷史性成就，爲黨和國家事業全面開創新局面提供了重要支撐[12]。

2018年中央一號文件提出鄉村振興戰略，按照《國家鄉村振興戰略規劃（2018-2022）》“推廣農村綠色節能建築”的要求，各省市召開農村綠色節能建築（裝配式低層住宅）推廣協調會。如何推廣農村住宅節能現實問題成爲了協調會討論的重要問題，推動農村住宅節能建設是一項複雜的系統工程，要把住宅節能納入鄉村全面振興全過程中，與農村人居環境整治有機結合，着力改善農村基礎設施和公共服務，加大農村住宅節能的政策支持力度，讓廣大農民在鄉村振興中享有更多獲得感、幸福感。

（2）農村住宅

農村是相對於城市的稱謂，是指經濟方式以農業生產爲主的區域，其中農業生產方式包括各種農場、林場、園藝和蔬菜生產等。農村人口是指全年大部分時間在農村居住，且以農牧業生產爲主要經濟來源的人口。農村住宅是指其內部使用者的經濟方式是以農牧業生產爲主的農村地區居住建築，在組成上除一般生活起居部分外，還包括農業生產用房，如農機具存放、家禽家畜飼養場所和其他副業生產設施等。

（3）住宅節能

住宅節能指在建築物的規劃、設計、新建、改造和使用過程中，執行節能標準，採用節能型技術、工藝、設備、材料和產品，提高保溫隔熱性能和採暖供熱、空調製冷制熱系統效率，加強建築物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證室內環境質量的前提下，增大室內外能量交換熱阻，減少供熱系統、空調製冷制熱、照明、熱水供應產生的能耗。

1.2 國內外農村住宅節能研究現狀

1.2.1國外研究現狀

很多發達國家對於建築的節能非常重視，不僅從政策上對節能方案的高效實施給與保障，還從經濟上加以引導、鼓勵或限制。

（1）天然採光研究

在體形與平面上，Jun L.等對韓國板式集合住宅室內天然採光照度進行了研究，通過實地測試發現底層住戶室內天然採光照度不足，需通過被動式採光設計結合人工照明的方式提高室內照度水平[13] 。Acosta I.等對住宅天然採光、視覺舒適度進行了量化研究，應用Daysim軟件對不同天氣狀況、不同朝向的房間模型進行了模擬分析，結果表明天然採光百分比和玻璃反射率、室內牆壁反射率正相關，增加窗戶的高度能夠增大房間進深方向的照度水平[14]。Wolf T.等調研發現建築立面、室內傢俱佈置等因素會影響住宅室內天然採光效果，爲解決這一實際問題，研究者從以上兩個方面對典型住宅室內天然採光進行了模擬研究。研究表明對建築立面進行優化設計能夠提高室內有效使用面積；當窗牆面積比爲50%時，能夠爲室內傢俱佈置提供最大的使用面積，且能夠滿足採光標準要求[15]。

（2）節能住宅實際案例研究

德國早在70年代便對綠色住宅進行了探索，具備了一定的綠色節能技術，並在建築設計中廣泛應用。巴姆菲爾德村是具有代表性的生態村，村中不僅使用了太陽能供熱，還利用遮陽、綠植降溫、加強外牆保溫儲熱等方法，減少了能耗量[20]。

日本在綠色建築方面提出了“建築的節能與環境共存設計”和“環境共生住宅”的概念[21]。主要方法是對天然能源加以設計和利用，儘可能地利用室外富足的環境潛能。日本建造的房屋對太陽能的利用技術非常先進，房屋通常安裝自控系統，根據室內需求自動控制向房間輸送的熱水。建築材料也通常使用綠色節能材料，減少能耗的同時也有一定的經濟效益。

丹麥的奧胡斯市建立了節能住宅示範工程[22]，該工程中大範圍的應用了太陽能集熱技術，門、外玻璃窗採用傳導率小的材料，在住宅中全數安裝了能量耗損指示儀和可以回收利用的節水裝置等。

1.2.2國內研究現狀

目前，我國對建築節能的研究主要集中在城市公共建築和住宅建築兩個方面，對於農村住宅的建築節能方面的系統性研究還較少。特別是在規範的研製方面，目前還沒有適用的、針對性的地方標準頒佈、實施。

（1）天然採光研究

丁建華等以充分應用天然採光爲設計基礎，應用模擬計算的方法研究了住宅起居室、餐廳等功能空間的整合設計方法，從而提高室內天然採光環境品質[26]。張青山對重慶地區農村建築室內光環境進行了研究，提出把外窗朝向、窗牆面積比、玻璃種類等因素作爲整體進行綜合分析，基於能耗和天然採光進行優化設計，並進行經濟性分析。研究表明農村建築外窗主要朝向爲南向、西南和東南向，外窗最佳窗牆比範圍爲0.25~0.3[27]。閏瑋對建築天然採光優化設計進行了研究，發現建築圍護結構系統、內部空間組織和構成形式對天然採光效果起着關鍵性的作用，建議從建築設計整體構思階段形成天然採光設計策略，從而營建更爲合理的天然採光環境[28]。

（2）節能住宅實際案例研究

陝西渭南市石家村“生態農宅”以環保節能爲設計理念，應用當地傳統建築技術和材料進行建造，並將陽光、雨水、沼氣、養殖等進行綜合應用，實現了庭院經濟的可持續發展。東北農村地區建造的生態屋充分應用了草板、稻殼等地域材料，其保溫效果良好，室內舒適度高，比傳統民居節能80.8%，生態屋爲北方農村住宅建設的可持續發展提供了參考。遼寧省建造的村鎮被動式太陽房冬暖夏涼，冬季室內溫度比普通住宅高5~8攝氏度，夏季低3~5攝氏度，而且其節能效果顯著，一棟100m2的太陽房每年可節約薪柴1.5噸。

1.2.3國內外文獻綜述分析

在天然採光方面，國內外學者通過實地測試、模擬分析等方法對住宅天然採光進行了研究。對室內天然採光百分比、照度及舒適度進行優化，從而提高天然採光環境品質；但是現有研究多通過對既有住宅進行實測或模擬分析以驗證研究成果的有效性，其驗證準確性需要進一步提高。

因此，本文在前人研究基礎上，以北方地區農村住宅爲研究對象，從實地調研出發，分類歸納北方地區農村住宅現實存在的典型問題。應用問卷調查、訪談、實地測試等方法探尋農村住宅熱環境、天然採光環境的特點和規律，進而提出優化設計策略，以達到降低農村住宅能耗、提高室內熱舒適度、優化天然採光環境的效果，爲農村住宅節能提出可行性方案。