农村住宅围护结构节能技术分析

■ 徐晓燕 Xu Xiaoyan 王 颖 Wang Ying

农村住宅围护结构节能技术分析

■ 徐晓燕 Xu Xiaoyan 王 颖 Wang Ying

通过分析村民住宅围护结构现状，提出三项节能措施：屋面和外墙保温隔热、节能门窗、活动遮阳。选取农村典型住房进行能耗模拟，根据实际情况设置室内热源、空调开启时间等参数，分析屋面和外墙保温隔热、节能门窗、活动外遮阳节能技术在降低空调供暖能耗方面的作用。

农村住宅；围护结构；能耗；节能技术

我国农村住宅普遍建造于上世纪70～90年代，建造没有统一的规范标准，导致建筑舒适度不高、节能技术缺乏。随着生活水平的提高，农民对其居住环境也提出了新的要求。如何提高农村新建住房的舒适性，成了时下急需解决的问题之一。

1 农村住宅现状

农村住宅能耗较高的主要原因是其建造年份久远，缺乏相关建造技术规范，加上建造技术水平低，导致农村住宅普遍存在围护结构热工性能低的问题[1]。同时，由于适宜技术和适用原材料缺乏等原因，建筑设计和保温、隔热、节能技术的应用常常会在农民建房中被忽略，导致新建住房也难以提高农民居住的舒适度。

笔者通过对上海农村的调研发现，上海地区的农村住宅屋面主要隔热层为混凝土结构板，建筑墙体材料大部分为240mm厚的黏土砖，无保温层，外窗形式多为单层玻璃金属框窗或木框窗，气密性能较差。性能参数详见表1、2。

2 能耗模拟分析

2.1 模拟工况

根据农民住房现状，建立上海农村住宅能耗基准模型，并在此模型上增加屋面和外墙保温、节能门窗、活动外遮阳三项节能技术，研究这些技术对农村住宅能耗降低的影响（表3）。

2.2 物理模型

选取《2009年上海市农村村民住房推荐图集》中“农ZTJ0810”套住房为模拟研究对象。该房屋共有两层，建筑占地面积89.96m2，总建筑面积185.92m2，其中一层建筑面积为89.96m2，二层建筑面积为95.96m2，建筑高度为6.65m。一层主要为会客和用餐空间，另外设有一间老人卧室；二层主要为卧室，另设有休息厅和书房。主要功能房间如客厅、卧室均朝南设置，北侧布置有厨房、卫生间等（图1、2）。

表1 农村建筑围护结构现状参数（除外窗）

表2 农村建筑外窗现状参数

表3 建筑各工况节能技术表

利用EnergyPlus软件进行建筑能耗模拟，需要结合SketchUp软件中的OpenStudio插件建立建筑模型，包括建筑尺寸、围护结构、朝向、房间类型等信息。图3、4为在SketchUp中利用OpenStudio插件建立的建筑模型南北立面图。

2.3 参数设置

2.3.1 建筑围护结构参数设置

基准建筑的围护结构参数见表1，采取节能措施后的围护结构热工参数详见表4～6。

2.3.2 室内热源设置

（1）人员：按照典型的三代同堂来设置，共5～6人。一层卧室住2人（老人），二层卧室1住2人（父母），卧室2住1人（孩子），卧室3为客房，一般不用，只有周末和假期有1人住。人员的在室率详见表7。

（2）照明和家电：照明功率密度为5W/m2。家电包括冰箱、电饭煲、抽油烟机、微波炉、洗衣机、电热水器、电视机（4台）、电风扇、饮水机和电脑等。结合调研实际状况，给出功率和使用时间表（杂物间无家电），具体设置见表8、9。

图2 建筑二层平面图

（3）燃气灶：火力大小为4 000W，开启时间为每天7:00~8:00、11:00~12:00及16:00~17:00。

根据以上室内得热，可得出室内逐时得热率和日平均得热率为4.47W/m2（图5）。

2.3.3 空调区域及冷热源

据调研发现，现今农村家庭空调都为分体式空调器，其中较小面积房间（卧室、书房）设置壁挂式家用分体式空调器，较大面积房间（客厅、餐厅）设置立柜式家用分体式空调器，卫生间、杂物间、厨房和休息厅均不设空调系统。因此，将客厅、餐厅、卧室、书房划为空调区，厨房、卫生间、杂物间、休息厅（二层）为非空调区；冷热源为热泵型家用分体机。详细参数见表10。

2.3.4 室内温度

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012），农村住宅选用II级设计标准，即夏季和冬季的室内温度设定分别为26℃和18℃。

2.3.5 空调开启时间

根据气象学对四季的定义，统计出上海市典型气象年各季节时间（表11）。春秋季空调设置为关，冬季室内温度低于18℃及夏季室内温度高于26℃时，空调运行（表12），且空调日开启时间根据人员在室率而定。

表4 屋面和外墙保温性能参数

表5 节能门窗性能参数

遮阳形式 外遮阳百叶遮阳系数 0.33导热系数/W(mK)-1 221厚度/m 0.001夏季开启时间 7:00～18:00冬季开启时间 全天关闭

位置 常用卧室、客房 客厅、餐厅人数 常用卧室3间，分别为2人、2人和1人，客房1人 6人在室率0 : 0 0 ~ 7 : 0 0为1 7 : 0 0 ~ 1 3 : 0 0为0 1 3 : 0 0 ~ 1 4 : 0 0为0 . 5 1 4 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0为0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为1 0 : 0 0 ~ 8 : 0 0为0 8 : 0 0 ~ 9 : 0 0为1 9 : 0 0 ~ 1 2 : 0 0为0 . 3 1 2 : 0 0 ~ 1 3 : 0 0为0 . 5 1 3 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0为0 . 3 1 7 : 0 0 ~ 2 0 : 0 0为1 2 0 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0

位置 所有房间密度 5 W / m2使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0为0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0

2.4 能耗分析

由表13和图6、7看出，设置屋面和外墙保温后（工况1），空调能耗下降最多为25.6%；其次是节能门窗（工况2），为6.8%；外遮阳（工况3）能耗减少最小，仅为0.3%。这与模拟房型中无东西向外窗且遮阳仅设在南向窗有关，由于夏季太阳高度角较大，导致遮阳的节能作用不明显。建议对有东西向窗的农村住宅房型设置活动百叶外遮阳；南向窗可采用挑檐遮阳，或结合阳台设置固定遮阳。

3 结语

综上所述，屋面外墙保温和节能门窗技术是城市住宅中普遍应用的低成本技术，对减少农民住房空调供暖能耗有明显效果（降低31.8%），可在农村住宅中推广应用。同时，外遮阳技术可在有东西向外窗时结合经济条件进行设置，以进一步改善节能效果。

卧室、客房(电视机，每间1台）能耗密度/ W m-2 7 . 3 1使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0为0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0厨房（燃气灶、微波炉、冰箱、电饭煲、抽油烟机）能耗密度 1 9 2 . 2 3使用率0 : 0 0 ~ 7 : 0 0为0 . 0 2 5 7 : 0 0 ~ 8 : 0 0为0 . 5 8 : 0 0 ~ 1 1 : 0 0为0 . 0 2 5 1 1 : 0 0 ~ 1 2 : 0 0为0 . 5 1 2 : 0 0 ~ 1 6 : 0 0为0 . 0 2 5 1 6 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0为0 . 5 1 7 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0 . 0 2 5客厅、餐厅（饮水机、电风扇）能耗密度/ W m-2 1 1 . 1 4使用率0 : 0 0 ~ 8 : 0 0为0 . 0 5 8 : 0 0 ~ 9 : 0 0为0 . 5 9 : 0 0 ~ 1 7 : 0 0为0 . 1 1 7 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0 . 0 5书房（电脑）能耗密度/ W m-2 2 2 . 4 7使用率0 : 0 0 ~ 1 9 : 0 0为0 1 9 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 5 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0卫生间（洗衣机、电热水器）能耗密度/ W m-2 2 3 0 . 3 9使用率0 : 0 0 ~ 2 0 : 0 0为0 . 0 5 2 0 : 0 0 ~ 2 2 : 0 0为0 . 6 2 2 : 0 0 ~ 2 4 : 0 0为0 . 0 5储藏间（无家电） 能耗密度/ W m-2 0使用率 N / A

图5 室内逐时得热率

表10 家用分体式空调器参数

表11 上海市典型气象年各季节时间段及相关信息

表12 空调开启率

表13 围护结构、节能门窗、外遮阳节能率

图6 建筑各部分年总能耗对比

图7 空调逐月能耗对比

[1]陈永.我国农村建筑能耗现状与节能任务分析.农业工程学,2011(22):275-277.

[2]GB 50034—2013,建筑照明设计标准[S].

Analysis on Energy Saving Technology for Enclosure Structure of Rural Residences

By analyzing the current situation of enclosure structure of villagers' residence, this paper proposed three energy saving measures: heat insulation of roof and outer wall, energy saving door and window, movable sunshade. It selected typical rural housing to carry out energy consumption simulation, set parameters such as indoor heat source and air-conditioner opening hours according practical conditions, and analyzed the role of energy saving technology including roof and outer door heat insulation, energy saving door and window and movable outer sunshade in reduction of air-conditioner's energy consumption for heat supply.

rural residences, enclosure structure, energy consumption, energy saving technology

2017-02-22）

2015年上海市住房和城乡建设管理委员会课题“农民集中建房绿色建筑技术指南”。

徐晓燕，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司助理工程师；王颖，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司高级工程师。