赣南农村地区农宅用能现状及优化研究

黄涵荣 陈志毅

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 341000)

0 引言

随着生态环境的不断恶劣，气候和能源是全球人类共同面对的一大难题。节约建筑能源是极其重要的一环。到2018年农村住宅面积为229亿m2，占全国总建筑面积的38.1%，说明了我国农村地区建筑节能的急迫性。随着农民生活水平和经济收入的增长，农村居民对农宅的要求在逐渐增高，采暖降温所消耗的能源也在增加。本文主要通过研究赣南农村地区用能情况的现状，找出影响因素，再对其进行节能优化的策略分析。

1 赣南地区农宅用能现状分析

赣南农村地区具有丰富的可再生能源优势，大量的生物质能以及太阳能，本次调研主要了解农村地区对资源的使用情况，以及各农宅中用能情况及趋势。

1.1 能源结构现状

在调研前期的准备阶段，笔者对赣南农村地区主要用能行为进行统计，分别为热水用能、炊事用能、采暖用能、照明用能、降温用能以及家电用能，维持这些用能行为的主要能源方式有太阳能、电能、天然气、煤炭、薪柴这五种方式，通过对农户家庭进行用能情况调查，发现当前阶段农村家庭主要以电能和天然气能为代表的商品能为主要能源结构，其中太阳能主要以太阳能热水系统为主，仅有两家村民采用了光伏发电系统，整体能源结构较为单一，且薪柴、煤炭等能源热效率低，有害气体排放大，不符合可持续发展的理念。

1.2 能源使用现状

通过计算居住者年龄和维持舒适室内热环境所用能耗之间的关系，来判断赣南地区乡村能源的使用现状，本次调研过程中所选取的家庭平均年龄为家庭常住人口的平均年龄值。根据调研数据的统计分析，可以得到耗电量与平均年龄之间的关系函数，其中维持舒适室内热环境所用能耗(y)与家庭平均年龄(x)之间的关系如下：

y=-8.498 5x+633.56，

R2=0.538 6。

根据对图1,图2的分析可知随着家庭常住人员的平均年龄越小的时候，维持建筑室内热环境舒适度所消耗的电能越多，而在调研过程中发现常住人口为两个老人的民居中往往电费更少，根据笔者观察和访谈，发现主要原因是老年居住者在面对寒冷或者炎热天气的时候往往采用多穿衣服或者火炕等方式来调节自身的热舒适度，且部分老人会舍不得开空调，而年轻人恰恰相反，喜欢通过空调或电暖炉等来满足热舒适的要求。这也说明了随着赣南农村地区新老一辈的交替，农村居民对于建筑能耗的需求也在逐步增加，家庭平均年龄与用电能耗之间维持着负相关。

同时分析居民的年收入与建筑能耗之间的关系也能判断赣南地区乡村能源的使用现状，居民年收入是指一户农宅家庭所有成员的收入总和，由于调研过程中村民存在含糊和记忆偏差的可能，因此选取千元为计数单位，在排除了一些可能的虚假数据后整理所得，根据调研数据可以得到耗电量与居民年收入之间的关系函数，其中维持舒适室内热环境所用能耗(y)与家庭年收入(x)之间存在线性关系如下：

y=-3.153 5x+119.39，

R2=0.749 3。

通过赣南地区农宅家庭年收入和维持建筑室内热舒适度所耗费的电能之间的关系(如图3，图4所示)显示分析。可以看到现在一半左右的农民的家庭总收入处于5万元以下，一半左右的家庭收入超过5万元，家庭生活水平处于小康的状态，对电能的使用也较为多，且当耗电量接近一个数值，例如夏季400度～500度电的时候，经济的收入增加对其的影响就变小了。笔者在调研访谈的时候对较富裕家庭进行了解，发现他们基本每个卧室都配置了空调，而大部分觉得冷或热的时候都会使用空调进行室内温度调节，这也是耗电量大的主要原因，而收入较低的家庭一般都舍不得使用电能来调节室内温度。总之，村民家庭的年收入与年耗电量之间有着很强的正相关联系。

1.3 生物质能使用现状

在调研过程中，发现赣南地区大部分农村家庭都还维持着农耕和养殖家禽的情况，在调研数据中能够发现大约87%的人还保留着农耕，而剩余的13%的农户中部分选择将农田用于蔬菜大棚的培育，极少数农户则将农田荒废了。58%的农户还养殖着家禽，在对剩余人进行采访发现不养殖家禽的原因，主要是由于家禽粪便较难处理，远不如去市场买划算，所以不再饲养。现在赣南乡村对稻谷秸秆的处理基本还是采用烧毁的方式，这种方式不仅会破坏农田的结构，降低来年的收成，同时也会造成大量有害气体排放。

2 赣南地区农宅节能优化策略研究

2.1 农宅围护结构策略研究

通过比较几种非透明围护结构与室内热环境的关系，发现影响保温墙的保温层厚度和传热系数与室内热环境有关，保温墙在20 mm时和50 mm时性价比最高，再厚保温性能增加但是性价比降低了，非透明围护结构的朝向、窗墙比以及传热系数是影响室内热舒适性的主要因素，其中窗墙比与传热系数和室内热环境成正相关[2]，农宅开窗方向的优先程度为南向>北向>西向>东向。农村地区屋顶分为平屋顶和坡屋顶两种主要形式，坡屋顶保温隔热性能与水泥砂浆保温屋面的性能相差不大，如果单考虑建筑室内热环境的舒适程度，那么采用EPS保温屋面、XPS保温屋面或稻谷秸秆保温屋面最佳。

2.2 农宅平面和形体策略研究

研究建筑平面与形体对建筑室内热环境的影响，发现在农宅南面加建聚乙烯薄膜阳光间能够满足在1月、2月寒冷季节内额外30%的时间达到室内舒适温度，额外30%的时间达到室内舒适相对湿度。农宅的体形系数与建筑全年为满足室内热舒适度所消耗能量成负相关，且夏季体形系数的相关性要小于冬季的体形系数。建筑朝向对建筑室内平均温度的影响幅度在1 ℃以内，相对湿度影响幅度在3%以内，影响性较小，建筑在正南北朝向时室内温度最佳，正西北最差，建筑在正南方向时室内湿度最佳，正东西方向次之，正北方向湿度最差，所以建筑朝向在正南方向最适宜。

2.3 可再生能源策略研究

基于赣南农村地区空闲地面积大，用能结构较为单一且环境不友好的基础上提出的可再生能源策略，包括光伏发电系统、太阳能热水系统、生物质能固缩系统以及生物质能气化系统，都是通过改变农户的用能结构来达到节能效果，其中光伏发电系统的前期成本远高于其他三类，但是后期经济效益和节能减排效益也大大领先；太阳能热水系统作为一种在农村已经较为普及的节能策略，在节能效益方面较其他有所不足，但该系统操作简单，实用，维修方便[3]；性价比最高的可再生能源节能策略是生物质能固缩技术，前期投入低，回收成本时间快，但在实施阶段较为麻烦，需要通过农户合作的形式才能较好实现效果；生物质能气化策略相较其他可以产生提高农田产能的额外收益，能与多种生产方式相结合，较适应农村地区的发展需求[4]。

3 结语

通过调研可以发现赣南地区农宅现阶段处于一个能源效率低下、用能结构单一的状态，需对它进行合理的优化策略设计，才能满足村民日渐增加的收入和生活水平提升所带来的能耗增长的需求。