乡村振兴视角下北方农村住宅节能方案设计研究

引言

根据实际调研得知北方地区农村住宅普遍缺少节能技术措施，热工性能较差，冬季的采暖对于提高室内热舒适度的效果十分不明显且耗能较多，既有农宅的热工性能都不能达到节能设计标准的要求。在乡村振兴视角下节能减排作为乡村振兴的主要内容，节能乡村，绿色乡村是乡村可持续发展的重要前提，在缺少节能措施的条件下，如果既有住宅要达到室内热舒适性要求，就要消耗更多的能源。故从节约能源方面考虑，既有农宅的节能改造设计，己成为一项十分必要的课题。通过对农村住宅及其节能现状的实地调研，掌握了该地区农村住宅居住建设、围护结构、建筑能耗以及热舒适性等的基本情况，总结了该地区农村住宅在节能方面存在的问题。

在实地调研的基础上，结合该地区的气候特点，本文展开了北方地区农村住宅节能技术研究。通过资料收集、文献查阅、计算机模拟等方法，从住宅选址与朝向、体形控制与平面设计、围护结构节能设计等方面对该地区农村住宅的节能技术进行了系统研究，形成本文的研究成果。在己有研究成果的指导下，本文进行了节能样板房的方案设计，并通过建筑能耗分析软件DeST-h建立能耗计算模型，对选取的节能技术进行模拟，探讨节能技术的节能效果。在此基础上，选取单项节能技术组合成三个具有代表性的节能方案，并对方案进行了能耗模拟和技术经济综合分析，得出最优方案。

通过本文的研究，旨在降低农村住宅能耗，改善农村住宅的室内热环境，希望本文的研究成果可以为北方农村住宅节能设计提供参考。

第1章文献综述

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

随着中国经济的快速发展，社会能源消耗量迅速增加，建筑能耗占总能耗的比例也在不断增加，目前建筑能耗占总能耗的比例己达到27%，建筑节能成为节能减排工作中的一项重要研究内容。对于中国北方地区，冬季供暖主要依赖燃煤，燃煤燃烧过程中产生了有毒、有害物质，导致北方冬季大气环境质量差，环境污染的加剧势必要求对建筑进行节能优化设计，在满足热舒适的前提下减少能源的消耗量。近十年来，在城镇建筑节能方面己经初步形成了相应的科研、标准、政策、推广支撑体系，科研力量与人才培养方面也取得了丰硕成果。但是，农村住宅节能研究起步较晚，科研投入、标准制定和技术支撑相对落后，如果农村住宅依然高度依赖常规能源，不注重建筑节能，必定会阻碍农村的可持续发展。

我国农村住宅面积约为230亿㎡，占全国总建筑面积的60%，农村建筑和生活用能也逐渐向商品能源转变，商品能和非商品能分别占到68.8%和31.2%。改革开放以来，我国农业得到了飞速的发展，这主要还是得益于国家对农业产业结构的调整和支农惠农政策的大力落实，使得农村地区居民的经济条件发生了很大的提高，同时他们的思想意识、生活方式也发生了较大的改变，现有的居住环境己经不能满足他们的生活需求，农民就迫切要求改善农村生活环境。但是由于乡村建筑多数为农民自建的房屋，他们对建筑节能知识很缺乏，施工技术相对比较简单，缺少相应的节能保温措施和防潮防腐措施，有些建筑甚至不能满足起码的热工性能。因此，农村住宅节能研究对于节约能源、改善居住环境具有举足轻重的作用。目前，我国农村住宅多为自建房，缺少相关节能标准做指导，许多新建住宅只考虑实用和美观两个要素，很少考虑节能设计，导致传统节能技术逐渐消失。农村住宅节能研究不仅能够节约能源，提升空气质量，还可以改善室内热环境。越来越多的学者开始关注农村住宅的节能设计，在建筑窗墙比、围护结构材料、新能源利用等方面进行了广泛研究。同时，政府及社会各界人士己经开始关注农村住宅的建设与使用中的能耗问题，转变农民传统建筑思想，改变农民居住方式，实施农村住宅建设节能设计，由粗放型用能向可持续集约型用能转变，己成为指导农村住宅建设的基本方针。

但是目前我国建筑节能技术的研究大多主要针对城市住宅，然而由于农村既有居住建筑的特点、农民的生活习惯及技术经济条件等不同，决定了农村居住建筑在室温标准、节能率及设计原则上与城市居住建筑相比存在很大不同。我国对农村居住建筑节能研究相对较少，农村居住建筑的节能设计和节能改造研究正处于起步阶段。我国建设部2010年4月发布了要求对农村居住建筑进行节能改造的文件，标志着我国对农村地区的建筑节能改造工程的正式开始随着新农村建设的开展，我国2012年又颁布了《农村居住建筑节能设计标准》 （GB/T50824-2013）并于2013年开始实施，其中实施农村地区建设新型节能建筑和对既有居住建筑进行节能改造，因此农村建筑节能研究还有很大潜力。

1.1.2 研究意义

(1)实践意义

根据我国现有新农村住宅建设情况来看，国家虽在新农村节能建设上给予了一定的支持，各级政府都在新农村节能建设上试图寻找更加科学的方式，但是节能策略在农村住宅研究上一直存在研究的不足，本文试图通北方地区农村住宅节能策略研究来解决北方农村住宅的节能保温问题，推动北方农村住宅节能方案的实施，为解决提升现阶段农村节能提供一些新思路，丰富现阶段农村节能理论体系。

(2)理论意义

农村发展问题经历了几千年，时至今日，在乡村振兴视角下新农村建设快速发展，农村住宅建设量加大，致使农村的能耗逐年递增。耗能问题不仅是一个经济问题，直接影响到中国的经济发展，本文尝试从节能的角度出发，探讨北方农村住宅节能的更新方向，找出一条既适应当地社会经济和自然环境的发展状况，又适应当地村民生产生活方式并且节能、节地、节约资源的新型农宅发展道路，加快城市化进程，推动农村改革；贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会。

1.1.3相关概念和研究范围的界定

（1）乡村振兴

党的十八大以来，在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下，我们坚持把解决好“三农”问题作为全党工作重中之重，持续加大强农惠农富农政策力度，扎实推进农业现代化和新农村建设，全面深化农村改革，农业农村发展取得了历史性成就，为党和国家事业全面开创新局面提供了重要支撑[12]。

2018年中央一号文件提出乡村振兴战略，按照《国家乡村振兴战略规划（2018-2022）》“推广农村绿色节能建筑”的要求，各省市召开农村绿色节能建筑（装配式低层住宅）推广协调会。如何推广农村住宅节能现实问题成为了协调会讨论的重要问题，推动农村住宅节能建设是一项复杂的系统工程，要把住宅节能纳入乡村全面振兴全过程中，与农村人居环境整治有机结合，着力改善农村基础设施和公共服务，加大农村住宅节能的政策支持力度，让广大农民在乡村振兴中享有更多获得感、幸福感。

（2）农村住宅

农村是相对于城市的称谓，是指经济方式以农业生产为主的区域，其中农业生产方式包括各种农场、林场、园艺和蔬菜生产等。农村人口是指全年大部分时间在农村居住，且以农牧业生产为主要经济来源的人口。农村住宅是指其内部使用者的经济方式是以农牧业生产为主的农村地区居住建筑，在组成上除一般生活起居部分外，还包括农业生产用房，如农机具存放、家禽家畜饲养场所和其他副业生产设施等。

（3）住宅节能

住宅节能指在建筑物的规划、设计、新建、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内环境质量的前提下，增大室内外能量交换热阻，减少供热系统、空调制冷制热、照明、热水供应产生的能耗。

1.2 国内外农村住宅节能研究现状

1.2.1国外研究现状

很多发达国家对于建筑的节能非常重视，不仅从政策上对节能方案的高效实施给与保障，还从经济上加以引导、鼓励或限制。

（1）天然采光研究

在体形与平面上，Jun L.等对韩国板式集合住宅室内天然采光照度进行了研究，通过实地测试发现底层住户室内天然采光照度不足，需通过被动式采光设计结合人工照明的方式提高室内照度水平[13] 。Acosta I.等对住宅天然采光、视觉舒适度进行了量化研究，应用Daysim软件对不同天气状况、不同朝向的房间模型进行了模拟分析，结果表明天然采光百分比和玻璃反射率、室内墙壁反射率正相关，增加窗户的高度能够增大房间进深方向的照度水平[14]。Wolf T.等调研发现建筑立面、室内家具布置等因素会影响住宅室内天然采光效果，为解决这一实际问题，研究者从以上两个方面对典型住宅室内天然采光进行了模拟研究。研究表明对建筑立面进行优化设计能够提高室内有效使用面积；当窗墙面积比为50%时，能够为室内家具布置提供最大的使用面积，且能够满足采光标准要求[15]。

（2）节能住宅实际案例研究

德国早在70年代便对绿色住宅进行了探索，具备了一定的绿色节能技术，并在建筑设计中广泛应用。巴姆菲尔德村是具有代表性的生态村，村中不仅使用了太阳能供热，还利用遮阳、绿植降温、加强外墙保温储热等方法，减少了能耗量[20]。

日本在绿色建筑方面提出了“建筑的节能与环境共存设计”和“环境共生住宅”的概念[21]。主要方法是对天然能源加以设计和利用，尽可能地利用室外富足的环境潜能。日本建造的房屋对太阳能的利用技术非常先进，房屋通常安装自控系统，根据室内需求自动控制向房间输送的热水。建筑材料也通常使用绿色节能材料，减少能耗的同时也有一定的经济效益。

丹麦的奥胡斯市建立了节能住宅示范工程[22]，该工程中大范围的应用了太阳能集热技术，门、外玻璃窗采用传导率小的材料，在住宅中全数安装了能量耗损指示仪和可以回收利用的节水装置等。

1.2.2国内研究现状

目前，我国对建筑节能的研究主要集中在城市公共建筑和住宅建筑两个方面，对于农村住宅的建筑节能方面的系统性研究还较少。特别是在规范的研制方面，目前还没有适用的、针对性的地方标准颁布、实施。

（1）天然采光研究

丁建华等以充分应用天然采光为设计基础，应用模拟计算的方法研究了住宅起居室、餐厅等功能空间的整合设计方法，从而提高室内天然采光环境品质[26]。张青山对重庆地区农村建筑室内光环境进行了研究，提出把外窗朝向、窗墙面积比、玻璃种类等因素作为整体进行综合分析，基于能耗和天然采光进行优化设计，并进行经济性分析。研究表明农村建筑外窗主要朝向为南向、西南和东南向，外窗最佳窗墙比范围为0.25~0.3[27]。闰玮对建筑天然采光优化设计进行了研究，发现建筑围护结构系统、内部空间组织和构成形式对天然采光效果起着关键性的作用，建议从建筑设计整体构思阶段形成天然采光设计策略，从而营建更为合理的天然采光环境[28]。

（2）节能住宅实际案例研究

陕西渭南市石家村“生态农宅”以环保节能为设计理念，应用当地传统建筑技术和材料进行建造，并将阳光、雨水、沼气、养殖等进行综合应用，实现了庭院经济的可持续发展。东北农村地区建造的生态屋充分应用了草板、稻壳等地域材料，其保温效果良好，室内舒适度高，比传统民居节能80.8%，生态屋为北方农村住宅建设的可持续发展提供了参考。辽宁省建造的村镇被动式太阳房冬暖夏凉，冬季室内温度比普通住宅高5~8摄氏度，夏季低3~5摄氏度，而且其节能效果显著，一栋100m2的太阳房每年可节约薪柴1.5吨。

1.2.3国内外文献综述分析

在天然采光方面，国内外学者通过实地测试、模拟分析等方法对住宅天然采光进行了研究。对室内天然采光百分比、照度及舒适度进行优化，从而提高天然采光环境品质；但是现有研究多通过对既有住宅进行实测或模拟分析以验证研究成果的有效性，其验证准确性需要进一步提高。

因此，本文在前人研究基础上，以北方地区农村住宅为研究对象，从实地调研出发，分类归纳北方地区农村住宅现实存在的典型问题。应用问卷调查、访谈、实地测试等方法探寻农村住宅热环境、天然采光环境的特点和规律，进而提出优化设计策略，以达到降低农村住宅能耗、提高室内热舒适度、优化天然采光环境的效果，为农村住宅节能提出可行性方案。