冀西北地区既有农宅节能改造策略研究

2022-06-29河北建筑工程学院经济管理学院副教授

中国建筑装饰装修 2022年10期

关键词：西北能耗保温

高红河北建筑工程学院经济管理学院副教授

袁小茜（通讯作者）河北建筑工程学院经济管理学院硕士在读

李乐乐河北建筑工程学院经济管理学院硕士在读

凡贝贝河北建筑工程学院经济管理学院硕士在读

郭桃桃河北建筑工程学院经济管理学院硕士在读

能源是人类社会生存和发展的重要基础，随着人类社会的不断发展，人们消耗能源的速度不断加快[1]。建筑的建造、维护均会消耗大量的能源[2]。随着广大农村经济水平和生活舒适性要求的提高，农村住宅面积总量和能源消耗量均呈逐年上升趋势[3]。

将被动式节能技术运用在农村建筑上是未来农村既有建筑的发展趋势。2021 年2 月19 日，河北省十三届人大四次会议召开，政协委员白利刚在会议上指出可以将农村既有住宅作为切入点，通过运用被动式节能技术对既有农宅的墙体、屋面、门窗进行保温改造。经过改造后的农宅，既可以满足降低农村住宅自身能耗的需求，又可以提高居民居住的舒适程度[4]。因此，将被动式节能技术运用到冀西北农村地区是减少农村地区能源消耗、减少污染物排放量的关键。

1 冀西北地区农宅能耗的现状

目前，冀西北农村地区存在大量建筑年代久、节能效率低的既有居住建筑，这些建筑由于围护结构热工性能低导致建筑能源消耗量很大[5]。对冀西北地区既有农宅而言，最好的节能减排途径是将被动式节能技术运用到农村建筑上，以此来降低居民住宅自身的能耗需求[6]。

通过实地调研和问卷调查，笔者发现冀西北地区典型农宅类型为当地农村居民自行设计建造的联排式单层住宅，形状为长方形，层高3.3 m，进深6 m，开间4 间，长13.2 m，墙体为黏土砖加砂浆砌筑而成，厚度为370 mm，屋内抹灰，没有任何保温结构与措施。双坡屋面做法为木屋架铺设瓦片，内设有吊顶，吊顶材质为石膏吊顶。住宅外窗为普通双玻塑钢窗，地面为混凝土地面[7]。

该典型模型围护结构最能代表现阶段冀西北农村的村镇住宅现状[8]。将实地调研的各围护结构做法录入DeST—h 系统中，通过软件中提供的标准建筑构件材料绘制典型模型的围护结构，获取冀西北典型农宅模型的热工参数值，各构件传热系数如表1 所示。

表1 典型农宅围护结构参数

对冀西北地区典型农村住宅（未采取节能手段）进行能耗模拟，结果见表2。

据表2，典型农宅的全年累计热负荷为14 590.39 kW·h，建筑的全年累计热负荷指标为184.22 kW·h/m2。

表2 冀西北严寒地区典型农村住宅能耗的模拟结果

调研结果显示，冀西北地区的农村居民普遍认为舒适的温度为16 ℃左右，若不改变当地农宅的围护结构或采取其他保温措施提高农宅的保温能力，只将室内采暖温度提升至16 ℃，则农宅的能耗指标如表3 所示。

由表3 可知，典型农宅的全年累计热负荷为18 231.44 kW·h，建筑的全年累计热负荷指标为230.19 kW·h/m2。

表3 严寒地区提升室内温度后的能耗指标

冀西北农村地区农宅在16 ℃的能耗与13 ℃的相比大幅增加[9]。因此，为降低能耗、节约能源，当地农宅亟需增设保温节能措施，以提高提高农宅的保温能力。

根据我国城镇居住建筑能效分步提升的路线，本研究拟在典型住宅全年单位面积累计负荷的基础上节能30%，并将其定为冀西北农村地区的节能目标[10]。则冀西北严寒地区农村住宅单位面积累计总负荷节能目标161.13 kW·h/m2。

2 基于价值工程之上的方案决策模型

在冀西北农村地区住宅的分析中采用功能系数法进行分析，功能系数法包括计算功能系数、计算成本系数、确定优选方案3 个计算步骤，其表达式为：

式中，V表示价值系数，F表示功能系数，C表示成本系数。

2.1 功能系数的确定

功能系数是计算价值系数的关键[11]。根据保温改造设计后的冀西北农村住宅是否满足居住、热环境、舒适度等基本功能，主要从屋面节能、外墙节能、外窗节能、地面节能、保温材料特性5 个方面进行功能评价[12]。

本文采用0 ～4 评分法确定功能权重，各评价指标的功能权重如表4 所示。

表4 评价指标的功能权重

根据功能评分和功能权重，采用十分制对各方案进行功能评价，公式为：

2.2 成本系数的确定

成本系数的确定需要考虑研究对象生命周期内产生的费用，分为建造费用和使用费用。

方案成本系数中的使用成本为将每年能耗通过折算系数折算成耗煤量或耗电量，然后乘以相应单价得出每年的使用成本。通过查阅相关标准、规范确定折算系数为1.6。考虑标准、规范中的具体规定，结合冀西北农村地区的实际情况，本文将冀西北农村住宅的可使用年限确定为50 年。实际折现率根据《建设项目经济评价方法与参数》（第3 版），结合当前的实际情况确定为8%。单方造价根据《全国统一建筑工程基础定额河北省消耗量定额》（HEBGYD—A—2012）以及实地调研结果综合确定。

2.3 价值系数计算

根据各方案的功能系数和成本系数计算方案的价值系数，公式为：

3 冀西北严寒地区农宅节能改造方案分析

严寒地区对村镇住宅的屋顶传热系数要求限值为0.45 W/（m2·K）。而在当前冀西北农村地区的屋顶传热系数为3.204 W/（m2·K），还有很大的提升空间，且改进屋面的保温做法不会影响当地居民的室内使用面积，优化屋面的做法更能降低建筑的能耗。

冀西北坝上结合当地实际情况选用保温材料为屋顶进行保温节能改造，符合要求的构造做法如表5 所示。

表5 符合节能要求的构造做法

用DeST—h 软件对每种方案进行模拟，方案1、方案2、方案3 全年累计热负荷统计值模拟结果分别为12 700.54、12 752.34、12 706.56，统计值分别为160.36、161.01、160.44。因此，Y 屋面1、Y 屋面2、Y 屋面3 的做法都符合一级节能指标，既满足室内热环境改善要求，又满足节能的目标，因此将其列为合理做法。

3 个方案的功能系数如表6 所示。3个方案的成本系数如表7 所示。由表6、表7 可得方案1、方案2、方案3 的价值系数分别为0.95、0.92、1.19。因此，方案3 为满足节能指标的最优方案。