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摘要：對農村既有建筑進行節能減碳潛力分析，建筑外墻采用某公司自主研發的建房節能模塊，滿足65%的節能標準。結果表明，新型建房節能模塊可以有效提高建筑圍護結構保溫性能，降低建筑能耗，節省采暖、制冷費用，同時提高室內熱舒適環境。提高農村建筑節能水平，改變現有燃煤供暖方式，采用空氣源熱泵和壁掛爐燃氣供暖，將成為我國建筑業未來的重要發展方向。

關鍵詞：農村建筑；建房節能模塊；建筑節能；碳排放；熱舒適

建筑作為人們生活的主要場所，應該在安全、節能、舒適、衛生等方面同步改善[1-2]。2018年我國農村建筑面積229億m2，商品能耗2.16億噸標準煤，占我國建筑運行能耗22%，而碳排放占我國建筑運行碳排放23%。目前我國農村建筑多數為磚房，節能水平較低，特別是北方地區，冬季較為寒冷，盡管冬季燃煤的碳排放水平較高，但室內熱舒適性及空氣品質卻得不到解決。提高北方地區節能水平，增強圍護結構性能，是提高農村宜居水平、實現節能減碳的重要途徑[3-6]。

1農村傳統建筑和新型節能建筑概況

1.1傳統建筑概況

本研究的建筑模型如圖1所示。建筑層數為1層，3室1廳，建筑面積為130.2m2，建筑氣候區選擇寒冷B區，建筑地點位于河北省石家莊市，建筑能耗計算的氣象參數參照《建筑節能氣象參數標準》（JGJ/T346—2014）[7]。農村住宅冬季采暖現狀多為部分時間、部分空間供暖，由于各地區、各住戶之間用能行為不同無法進行統計，因此建筑室內作息散熱及作息參照《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ26—2018）[8]，采暖空間為客廳、臥室等主要功能區。有研究顯示農村住宅中磚混結構建筑占有率多達62%[9]，因此本次能耗計算按傳統建筑按照磚混結構，傳統建筑圍護結構參數如表1所示。由于農村中普通建筑外窗多為單層玻璃窗，氣密性較差，本次模擬傳統建筑常壓下建筑氣密性為0.93[10]。建筑采暖季從11月15日至3月30日，設計溫度18℃，制冷季節從6月1日到8月31日，設計溫度26℃。

1.2新型節能建筑

新型節能建筑的節能水平按照河北省《農村住宅設計標準設計》（DB13(J)T8328—2019）[11]進行設計，建筑外墻構造采用自主研發的安能建房節能模塊，如圖2所示。新型節能建筑的圍護結構參數如表2所示。模塊兩側混凝土免拆模板，外免拆模板內側為80mm石墨聚苯板保溫層，混凝土免拆模板內包含鋼絲網片，兩側鋼絲網片通過鋼絲桁架進行連接，保溫板與內免拆模板之間留有140mm空腔用于綁扎鋼筋現澆混凝土。該保溫模塊具有施工簡便、自帶保溫，防火性好、強度高、裝修方便、室內隨意釘掛、不需要模板等優點。

2農村傳統建筑和新型節能建筑能耗及熱環境分析

傳統建筑與新型節能建筑逐時負荷如圖3所示。傳統建筑與新型節能建筑冬季采暖需求和夏季制冷需求，結果如表3所示。提高建筑圍護性能后，建筑的冬季逐時熱負荷降幅較大，采用安能建房節能模塊的新型節能建筑冬季采暖能耗降低110.37kWh/(m·a)。與傳統建筑2相比，節能率為66%；夏季的制冷需求僅降低10%，但顯著降低建筑的制冷負荷。選取主臥在1月1日到3月30日的逐時自然室溫，逐時自然室溫如圖4所示。當建筑圍護性能提高后，新型節能建筑的自然室溫比傳統建筑提高3℃以上，充分利用室內散熱熱量，可以有效降低建筑采暖能耗。供暖空間全年逐時室內側內表面溫度變化如圖5所示。雖然傳統建筑通過供暖可以使室內空氣溫度達到設計溫度，但室內熱舒適環境不僅與室內空氣溫度有關，還與室內其他表面之間輻射換熱量有關。由圖5可看出，采用安能建房節能模塊的全年室內墻體內表面溫度波幅減小，夏季內表面溫度低于傳統建筑，而冬季高于傳統建筑3℃以上，大幅減少室內人體與墻體表面的冷輻射傳熱量，提高室內熱舒適環境。

3建筑運行節能效果及碳排放分析

本研究設計3種工況，分別為空氣源熱泵供暖、燃煤供暖和燃氣供暖。在3種采暖工況條件下，分別分析建筑運行費用及碳排放量。當采用空調供暖時，空調采用空氣源熱泵，冬季COP2.1，夏季COP2.9[12]。建筑運行費用及碳排放量計算結果如表4所示，經計算該戶型新型節能建筑與傳統建筑相比，冬季空調費用可節省2716.85元，夏季節省63.99元，全年可節省2780.84元，年碳排放可減少4.73t[13-14]。當采用燃煤采暖時，采暖效率取40%，農村多為煙煤，熱值取27208kJ/kg，煤炭價格取700元/t[15-16]，該工況下冬季燃煤采暖建筑運行費用如表5所示。該戶型新型節能建筑與傳統建筑相比，冬季節省費用2540.53元，年節約費用2604.53元，年減少碳排放10.56t。當采用燃氣供暖時，壁掛爐燃氣供暖效率85%，天然氣熱值38100kJ/m3，天然氣價格2.81元/m3，該工況冬季采暖運行費用及碳排放如表6所示[13,17]。該戶型新型節能建筑與傳統建筑相比，冬季節省費用2780.83元，年節約費用2844.82元，年減少碳排放2.69t。傳統建筑和新型節能建筑在冬季使用空氣源熱泵、燃煤、壁掛爐供暖采暖季運行費用和碳排放量對比如圖6所示。無論是傳統建筑還是新型節能建筑，3種供暖方式在運行費用上差別不大，采用空氣源熱泵與壁掛爐燃氣供暖方式的碳排放比燃煤小很多。盡管采用壁掛爐供暖為3種供暖方式中碳排放最少的，然而產生的CO2等污染物直接排入大氣不利于集中處理，而采用空氣源熱泵方式不直接產生碳排放，電力間接產生的集中碳排放更有利于CCS、CCUS進行捕捉和利用。近年來隨著補氣增焓、雙擊壓縮等技術的成熟利用，設備COP不斷提高，并且對低溫地區適應性也更強，未來在農村建筑中節能減碳的優勢更明顯[18-19]。綜合分析，提高農村建筑節能、改變傳統燃煤供暖方式是我國建筑業實現碳達峰、碳中和目標的一條重要途徑。

4結語

針對目前農村最廣泛存在的建筑形式——磚混結構住宅進行節能減排潛力分析，得出以下結論：（1）采用安能綠色建筑節能模塊，可以提高建筑圍護性能，建筑冬季采暖能耗可降低66%，采暖季采用燃煤供暖可節省2540.53元，碳排放由15.87t降低到5.42t，減少碳排放10.45t；當采暖季采用空氣源熱泵供暖可節省2716.85元，碳排放由7.02t降低到2.40t，減少碳排放4.62t；當采暖季采用壁掛爐燃氣供暖可節省2780.83元，碳排放由3.92t降低到1.34t，減少碳排放2.58t。（2）提高建筑圍護結構性能，不僅可以降低能耗、建筑運行費用和碳排放水平，還能夠提高室內熱舒適環境。冬季相同設計溫度條件下，室內側內表面溫度比傳統建筑高3℃以上。（3）農村采暖采用壁掛爐燃氣供暖、空氣源熱泵方式與燃煤供暖的運行費用相差不多，提高農村建筑節能水平，采用壁掛爐燃氣供暖和空氣源熱泵供暖是我國建筑業盡早實現碳達峰、碳中和目標的一條重要途徑。

作者：王曉波 李鵬 張學勇 馬振楠 陳衛武 單位：安能綠色建筑科技有限公司