农村建筑节能减碳潜力探讨

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摘要：对农村既有建筑进行节能减碳潜力分析，建筑外墙采用某公司自主研发的建房节能模块，满足65%的节能标准。结果表明，新型建房节能模块可以有效提高建筑围护结构保温性能，降低建筑能耗，节省采暖、制冷费用，同时提高室内热舒适环境。提高农村建筑节能水平，改变现有燃煤供暖方式，采用空气源热泵和壁挂炉燃气供暖，将成为我国建筑业未来的重要发展方向。

关键词：农村建筑；建房节能模块；建筑节能；碳排放；热舒适

建筑作为人们生活的主要场所，应该在安全、节能、舒适、卫生等方面同步改善[1-2]。2018年我国农村建筑面积229亿m2，商品能耗2.16亿吨标准煤，占我国建筑运行能耗22%，而碳排放占我国建筑运行碳排放23%。目前我国农村建筑多数为砖房，节能水平较低，特别是北方地区，冬季较为寒冷，尽管冬季燃煤的碳排放水平较高，但室内热舒适性及空气品质却得不到解决。提高北方地区节能水平，增强围护结构性能，是提高农村宜居水平、实现节能减碳的重要途径[3-6]。

1农村传统建筑和新型节能建筑概况

1.1传统建筑概况

本研究的建筑模型如图1所示。建筑层数为1层，3室1厅，建筑面积为130.2m2，建筑气候区选择寒冷B区，建筑地点位于河北省石家庄市，建筑能耗计算的气象参数参照《建筑节能气象参数标准》（JGJ/T346—2014）[7]。农村住宅冬季采暖现状多为部分时间、部分空间供暖，由于各地区、各住户之间用能行为不同无法进行统计，因此建筑室内作息散热及作息参照《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26—2018）[8]，采暖空间为客厅、卧室等主要功能区。有研究显示农村住宅中砖混结构建筑占有率多达62%[9]，因此本次能耗计算按传统建筑按照砖混结构，传统建筑围护结构参数如表1所示。由于农村中普通建筑外窗多为单层玻璃窗，气密性较差，本次模拟传统建筑常压下建筑气密性为0.93[10]。建筑采暖季从11月15日至3月30日，设计温度18℃，制冷季节从6月1日到8月31日，设计温度26℃。

1.2新型节能建筑

新型节能建筑的节能水平按照河北省《农村住宅设计标准设计》（DB13(J)T8328—2019）[11]进行设计，建筑外墙构造采用自主研发的安能建房节能模块，如图2所示。新型节能建筑的围护结构参数如表2所示。模块两侧混凝土免拆模板，外免拆模板内侧为80mm石墨聚苯板保温层，混凝土免拆模板内包含钢丝网片，两侧钢丝网片通过钢丝桁架进行连接，保温板与内免拆模板之间留有140mm空腔用于绑扎钢筋现浇混凝土。该保温模块具有施工简便、自带保温，防火性好、强度高、装修方便、室内随意钉挂、不需要模板等优点。

2农村传统建筑和新型节能建筑能耗及热环境分析

传统建筑与新型节能建筑逐时负荷如图3所示。传统建筑与新型节能建筑冬季采暖需求和夏季制冷需求，结果如表3所示。提高建筑围护性能后，建筑的冬季逐时热负荷降幅较大，采用安能建房节能模块的新型节能建筑冬季采暖能耗降低110.37kWh/(m·a)。与传统建筑2相比，节能率为66%；夏季的制冷需求仅降低10%，但显著降低建筑的制冷负荷。选取主卧在1月1日到3月30日的逐时自然室温，逐时自然室温如图4所示。当建筑围护性能提高后，新型节能建筑的自然室温比传统建筑提高3℃以上，充分利用室内散热热量，可以有效降低建筑采暖能耗。供暖空间全年逐时室内侧内表面温度变化如图5所示。虽然传统建筑通过供暖可以使室内空气温度达到设计温度，但室内热舒适环境不仅与室内空气温度有关，还与室内其他表面之间辐射换热量有关。由图5可看出，采用安能建房节能模块的全年室内墙体内表面温度波幅减小，夏季内表面温度低于传统建筑，而冬季高于传统建筑3℃以上，大幅减少室内人体与墙体表面的冷辐射传热量，提高室内热舒适环境。

3建筑运行节能效果及碳排放分析

本研究设计3种工况，分别为空气源热泵供暖、燃煤供暖和燃气供暖。在3种采暖工况条件下，分别分析建筑运行费用及碳排放量。当采用空调供暖时，空调采用空气源热泵，冬季COP2.1，夏季COP2.9[12]。建筑运行费用及碳排放量计算结果如表4所示，经计算该户型新型节能建筑与传统建筑相比，冬季空调费用可节省2716.85元，夏季节省63.99元，全年可节省2780.84元，年碳排放可减少4.73t[13-14]。当采用燃煤采暖时，采暖效率取40%，农村多为烟煤，热值取27208kJ/kg，煤炭价格取700元/t[15-16]，该工况下冬季燃煤采暖建筑运行费用如表5所示。该户型新型节能建筑与传统建筑相比，冬季节省费用2540.53元，年节约费用2604.53元，年减少碳排放10.56t。当采用燃气供暖时，壁挂炉燃气供暖效率85%，天然气热值38100kJ/m3，天然气价格2.81元/m3，该工况冬季采暖运行费用及碳排放如表6所示[13,17]。该户型新型节能建筑与传统建筑相比，冬季节省费用2780.83元，年节约费用2844.82元，年减少碳排放2.69t。传统建筑和新型节能建筑在冬季使用空气源热泵、燃煤、壁挂炉供暖采暖季运行费用和碳排放量对比如图6所示。无论是传统建筑还是新型节能建筑，3种供暖方式在运行费用上差别不大，采用空气源热泵与壁挂炉燃气供暖方式的碳排放比燃煤小很多。尽管采用壁挂炉供暖为3种供暖方式中碳排放最少的，然而产生的CO2等污染物直接排入大气不利于集中处理，而采用空气源热泵方式不直接产生碳排放，电力间接产生的集中碳排放更有利于CCS、CCUS进行捕捉和利用。近年来随着补气增焓、双击压缩等技术的成熟利用，设备COP不断提高，并且对低温地区适应性也更强，未来在农村建筑中节能减碳的优势更明显[18-19]。综合分析，提高农村建筑节能、改变传统燃煤供暖方式是我国建筑业实现碳达峰、碳中和目标的一条重要途径。

4结语

针对目前农村最广泛存在的建筑形式——砖混结构住宅进行节能减排潜力分析，得出以下结论：（1）采用安能绿色建筑节能模块，可以提高建筑围护性能，建筑冬季采暖能耗可降低66%，采暖季采用燃煤供暖可节省2540.53元，碳排放由15.87t降低到5.42t，减少碳排放10.45t；当采暖季采用空气源热泵供暖可节省2716.85元，碳排放由7.02t降低到2.40t，减少碳排放4.62t；当采暖季采用壁挂炉燃气供暖可节省2780.83元，碳排放由3.92t降低到1.34t，减少碳排放2.58t。（2）提高建筑围护结构性能，不仅可以降低能耗、建筑运行费用和碳排放水平，还能够提高室内热舒适环境。冬季相同设计温度条件下，室内侧内表面温度比传统建筑高3℃以上。（3）农村采暖采用壁挂炉燃气供暖、空气源热泵方式与燃煤供暖的运行费用相差不多，提高农村建筑节能水平，采用壁挂炉燃气供暖和空气源热泵供暖是我国建筑业尽早实现碳达峰、碳中和目标的一条重要途径。

作者：王晓波 李鹏 张学勇 马振楠 陈卫武 单位：安能绿色建筑科技有限公司