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摘要：在《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中选取典型设计方案，用清华大学开发的全年动态能耗模拟软件DeSTH进行供热供冷能耗模拟分析。模拟方案为变参数法，模拟出采用节能措施后的全年建筑能耗，并结合不同围护结构方案可能造成的成本增量，分析其技术经济性能。通过对各项节能优化措施进行研究分析、探讨，总结出适用于重庆新农村典型民居建设的最佳设计参数为：外墙外保温采用30 mm膨胀聚苯板，主要功能房间外窗采用镀Lowe膜中空玻璃，其他房间采用普通6 mm单玻；过渡季节加强通风；夏季空调温度设置为28℃，冬季采暖温度设置为16℃；建筑朝向为南北向。
关键词：建筑经济性；节能；新农村建设；模拟
中图分类号：TU241.4；TU831.6；TU834.1
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）02007509
Abstract：The DeSTH， developed by Tsinghua University， was used to analyze the Heating and cooling energy consumption of the typical design project obtained from the General Dwellings Atlas of Chongqing BaYu New Rural Residential. The whole year energy consumption after opting energysaving measures was simulated by varying the relevant parameters. Meanwhile， the technical and economic performance were analyzed by taking the cost increment into account which was caused by energysaving measures. Based on the optimization results， the priority design parameters adapted to residential buildings of new rural development in Chongqing are summarized as follows： exterior wall thermal insulation with 30mm EPS board； the external window of the main function room with Lowe film hollow glass or others with ordinary single 6 mm glass； strengthened ventilation at overseason； indoor temperature in summer is set to 28℃， the heating temperature in winter is set to 16℃； building orientation is northsouth.
Key words：building economy；energy conservation；new rural construction；simulation
随着经济的快速发展，农村生产生活条件也在不断改善。2012年底，全国农村人均住房面37.1 m2，比2007年增加5.5 m2[1]。与此同时重庆新农村建设也取得了丰硕的成果：新建巴渝新居19.8万户[2]。但不可忽视的是在经济发展的同时带来的能源消耗的增加。调研[3]发现目前中国农村住宅用商品能源（主要是燃煤、电力、燃气）总量已达到城镇建筑用商品能源的1/3，而且正在以每年10%以上的速度增长。重庆地区的统计[4]情况是：近20年来和农村用电消耗以每年超过5%的速度增长。而农村住宅建筑用能源消耗在农村总能源消耗中又占有相当大的比重。因此，农村建筑节能已经成为提高农村能源利用效率的关键所在。
从节能角度出发，新建建筑是建筑节能的重点。对于新建建筑，节能的关键环节在于建筑设计[5]。并且有研究[6]表明：建筑围护结构的散热是建筑耗能的主要部位，所以加强围护结构的保温隔热性能，提高门窗的气密性，减少门窗的空气渗透量是建筑节能设计的重点。研究[7]表明：与现有标准中夏季空调设定温度值取26 ℃相比，设定温度提高2 ℃可使模型建筑的空调年能耗减少11.8%。类似研究[8]表明使用双层玻璃至少可以减少能耗10%，并且窗子的位置和大小也对建筑能耗有着重要的影响。在全年的能源消耗情况来看，在相对干旱地区厚重的墙体建筑相对于轻薄的墙体的建筑能源节约接近25%[9]。建筑物的形状对建筑的能耗也有明显的影响，有研究表明，多棱柱形建筑相对于规则直角形建筑平均节能7.88%[10]。
已有研究成果都是针对城市建筑而言的，对于农村建筑这一类特殊建筑，相同的结论是否适用，还有待研究。同时，农村居民在考虑节能措施的同时，会更加关注经济成本。笔者针对农村建筑，综合考虑各项节能措施带来的节能效果与节能措施的经济性，进行研究分析、探讨、总结出适应于典型重庆新农村民居建设的最佳设计参数，为通用图集提供必要的补充，以期为农村新建住宅建筑的设计提供更多的理论指导，使农村新建住宅建筑既有当地特色又能更好的满足节能的目的。
1研究方法
在《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中选取3套典型设计方案，其中有1套经济型、1套适用型、1套小康型（建筑效果图见图1），用清华大学开发的全年动态能耗模拟软件DeSTH（Designers Simulation Toolkit Home）进行供热供冷能耗模拟分析。模拟方案为变参数法，即在选定参照模型基础上，通过改变参数设置，如：围护结构墙体参数、窗户类型、通风次数、空调设置温度以及建筑朝向，并保持其余参数不变的原则，模拟出采用此项节能措施后的全年建筑能耗，并且结合不同围护结构方案可能造成的增量成本，分析技术经济性能。 从图4中可以看出，经济型、适用型、小康型3种类型建筑的冷负荷指标明显大于热负荷指标，这是因为重庆处于夏热冬冷地区，夏季闷热，冬季湿冷，夏季供冷能耗为建筑的主要能耗；3种类型建筑单位面积冷、热负荷以及单位面积总累计负荷的差别不是很明显，这是由于各基础建筑的围护结构相同，体形系数相差不大，所以单位面积负荷差别不大。这也说明了对各类建筑进行节能性分析的作用也是同等重要的。
2.1外墙保温分析
通过改变模型外墙的保温的性能，在DeSTh中对方案X1、X2、X3、X4、X5进行模拟的结果如图5所示，图中节能率以X2为基准计算得到。
从图5可以看出：通过增加保温层的厚度，累计热负荷和累计冷负荷有明显降低，其中累计热负荷的节能率在19.4%～42.7%之间，累计冷负荷的节能率在3.6%～8.6%之间，累计热负荷的节能率明显高于累计冷负荷的节能率；随着保温层厚度的逐渐增大，节能率的增幅逐渐减小。
增加外墙保温层的厚度，在减小外墙传热系数的同时，相应的增加墙体的蓄热功能，从而在炎热、寒冷或者极端气候条件下，减少建筑的空调、采暖能耗。但是，在夜间或者非极端气候条件下，反而阻碍了室内外的热交换，增加了空调、采暖能耗。所以，保温层的厚度不能无限增长下去，一定有一个经济厚度。
对于处于夏热冬冷的重庆地区而言，通过分析重庆的室外逐时气象参数发现：采暖季时，以室内恒定为采暖温度18℃为基础，得到室内外平均温差为8.8℃；空调季时，以室内恒定为空调温度26℃为基础，得到室内外平均温差为1.3℃。所以适当增加外墙的保温层厚度，在空调季和采暖季均能起到降低能耗的作用；并且采暖季室内外平均温差明显高于空调季室内外平均温差，所以累计热负荷的节能率明显高于累计冷负荷的节能率。
从经济性方面对比不同外墙保温形式的差异，如表6所示。
从表9中可以看出：采取节能措施的投资回收期都在1.2 a以内，同时考虑到采取节能措施之后对室内环境的改善，得到新建巴渝新农村建筑采取必要的节能措施，在经济性和舒适性上是可行的。
3结论
利用模拟软件DeSTh对《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中的典型建筑进行供热供冷能耗模拟分析，通过能耗以及经济性对比分析，得到以下结论：
1）建议新建巴渝新农村住宅外墙采用30 mm的膨胀聚苯板来提高能源利用效率，如果经济上不宽裕也可以采用回收期更短的10 mm或者20 mm的膨胀聚苯板，同样可以提高能源利用效率。
2）综合考虑到投资和节能两方面，为实现舒适性和经济性的平衡，建议新建巴渝新居主要功能房间外窗采用镀Lowe膜中空，其他房间采用普通6 mm单玻。
3）在日常生活空调使用的过程中，尤其是在过渡季、夏季夜间和早晨等室外温度适宜时，多开窗加强通风，减少使用空调系统的时间；同时在冬夏季使用空调时，适当降低或提高空调的设定温度值，提高能源使用效率。建议冬季采暖温度设置为16℃，夏季空调设置为28℃，以提高能源使用效率。
4）重庆新建巴渝新农村建筑的朝向要因地制宜，在条件允许的情况下尽量采用南北朝向或接近南北朝向，以提高能源利用效率。
参考文献：
[1]温家宝.政府工作报告2013年3月5日在第十二届全国人民代表大会第一次会议上[EB/OL].[201357].http：//news.xinhuanet.com/2013lh/201303/18/c_115064553.htm.
[2]重庆时报.重庆新农村建设农民看得到的幸福[OL].[20111223]. http：//www.cq.gov.cn/today/news/370720.htm.
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2012[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4]重庆市统计局，国家统计局重庆调查总队.重庆统计年鉴2011[M].北京：中国统计出版社，2011.
[5]杨仕超. 建筑设计是建筑节能的关键[J]. 建设科技，2005，10（20）：3637.
[6]孔祥龙. 浅谈建筑节能设计现状及对策[J]. 科技致富向导，2012（9）：142.
[7]李莉，陶求华. 居住建筑空调能耗模拟及夏季室内温度设定[J].建筑热能通风空调，2008，27（6）：78.
[8]Alajmi F F， Hanby V I. Simulation of energy consumption for Kuwaiti domestic buildings [J]. Energy and Buildings，2008，40： 11011109.
[9]Larsen S F， Filippín C， González S. Study of the energy consumption of a massive freerunning building in the Argentinean Northwest through monitoring and thermal simulation [J]. Energy and Buildings，2012，47： 341352.
[10]Zerefos S C， Tessas C A， Kotsiopoulos A M， et al. The role of building form in energy consumption： The case of a prismatic building in Athens [J]. Energy and Buildings，2012，48： 97102.
[11]中华人民共和国住房和城乡建设部. JCJ 134—2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[12]陆耀庆.实用供热空调设计手册（下册）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[13]宋芳婷，诸群飞，江亿.建筑环境设计模拟分析软件DeST 第5 讲 影响建筑热过程的各种外界因素的取值方法[J].暖通空调，2004，34（11）：5265.
[14]邓钫印.建筑材料实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[15]Givoni B. 人·气候·建筑[M].北京： 中国建筑工业出版社，1982.
[16]彭鹏，朱磊. 某办公楼动态能耗模拟与节能分析[J].节能，2007，12（305）：5052.
[17]曹晓庆，郑洁.重庆市政府办公建筑能耗影响因素分析[J].制冷与空调，2007，21：238241.
（编辑胡英奎）
关键词：建筑经济性；节能；新农村建设；模拟
中图分类号：TU241.4；TU831.6；TU834.1
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）02007509
Abstract：The DeSTH， developed by Tsinghua University， was used to analyze the Heating and cooling energy consumption of the typical design project obtained from the General Dwellings Atlas of Chongqing BaYu New Rural Residential. The whole year energy consumption after opting energysaving measures was simulated by varying the relevant parameters. Meanwhile， the technical and economic performance were analyzed by taking the cost increment into account which was caused by energysaving measures. Based on the optimization results， the priority design parameters adapted to residential buildings of new rural development in Chongqing are summarized as follows： exterior wall thermal insulation with 30mm EPS board； the external window of the main function room with Lowe film hollow glass or others with ordinary single 6 mm glass； strengthened ventilation at overseason； indoor temperature in summer is set to 28℃， the heating temperature in winter is set to 16℃； building orientation is northsouth.
Key words：building economy；energy conservation；new rural construction；simulation
随着经济的快速发展，农村生产生活条件也在不断改善。2012年底，全国农村人均住房面37.1 m2，比2007年增加5.5 m2[1]。与此同时重庆新农村建设也取得了丰硕的成果：新建巴渝新居19.8万户[2]。但不可忽视的是在经济发展的同时带来的能源消耗的增加。调研[3]发现目前中国农村住宅用商品能源（主要是燃煤、电力、燃气）总量已达到城镇建筑用商品能源的1/3，而且正在以每年10%以上的速度增长。重庆地区的统计[4]情况是：近20年来和农村用电消耗以每年超过5%的速度增长。而农村住宅建筑用能源消耗在农村总能源消耗中又占有相当大的比重。因此，农村建筑节能已经成为提高农村能源利用效率的关键所在。
从节能角度出发，新建建筑是建筑节能的重点。对于新建建筑，节能的关键环节在于建筑设计[5]。并且有研究[6]表明：建筑围护结构的散热是建筑耗能的主要部位，所以加强围护结构的保温隔热性能，提高门窗的气密性，减少门窗的空气渗透量是建筑节能设计的重点。研究[7]表明：与现有标准中夏季空调设定温度值取26 ℃相比，设定温度提高2 ℃可使模型建筑的空调年能耗减少11.8%。类似研究[8]表明使用双层玻璃至少可以减少能耗10%，并且窗子的位置和大小也对建筑能耗有着重要的影响。在全年的能源消耗情况来看，在相对干旱地区厚重的墙体建筑相对于轻薄的墙体的建筑能源节约接近25%[9]。建筑物的形状对建筑的能耗也有明显的影响，有研究表明，多棱柱形建筑相对于规则直角形建筑平均节能7.88%[10]。
已有研究成果都是针对城市建筑而言的，对于农村建筑这一类特殊建筑，相同的结论是否适用，还有待研究。同时，农村居民在考虑节能措施的同时，会更加关注经济成本。笔者针对农村建筑，综合考虑各项节能措施带来的节能效果与节能措施的经济性，进行研究分析、探讨、总结出适应于典型重庆新农村民居建设的最佳设计参数，为通用图集提供必要的补充，以期为农村新建住宅建筑的设计提供更多的理论指导，使农村新建住宅建筑既有当地特色又能更好的满足节能的目的。
1研究方法
在《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中选取3套典型设计方案，其中有1套经济型、1套适用型、1套小康型（建筑效果图见图1），用清华大学开发的全年动态能耗模拟软件DeSTH（Designers Simulation Toolkit Home）进行供热供冷能耗模拟分析。模拟方案为变参数法，即在选定参照模型基础上，通过改变参数设置，如：围护结构墙体参数、窗户类型、通风次数、空调设置温度以及建筑朝向，并保持其余参数不变的原则，模拟出采用此项节能措施后的全年建筑能耗，并且结合不同围护结构方案可能造成的增量成本，分析技术经济性能。 从图4中可以看出，经济型、适用型、小康型3种类型建筑的冷负荷指标明显大于热负荷指标，这是因为重庆处于夏热冬冷地区，夏季闷热，冬季湿冷，夏季供冷能耗为建筑的主要能耗；3种类型建筑单位面积冷、热负荷以及单位面积总累计负荷的差别不是很明显，这是由于各基础建筑的围护结构相同，体形系数相差不大，所以单位面积负荷差别不大。这也说明了对各类建筑进行节能性分析的作用也是同等重要的。
2.1外墙保温分析
通过改变模型外墙的保温的性能，在DeSTh中对方案X1、X2、X3、X4、X5进行模拟的结果如图5所示，图中节能率以X2为基准计算得到。
从图5可以看出：通过增加保温层的厚度，累计热负荷和累计冷负荷有明显降低，其中累计热负荷的节能率在19.4%～42.7%之间，累计冷负荷的节能率在3.6%～8.6%之间，累计热负荷的节能率明显高于累计冷负荷的节能率；随着保温层厚度的逐渐增大，节能率的增幅逐渐减小。
增加外墙保温层的厚度，在减小外墙传热系数的同时，相应的增加墙体的蓄热功能，从而在炎热、寒冷或者极端气候条件下，减少建筑的空调、采暖能耗。但是，在夜间或者非极端气候条件下，反而阻碍了室内外的热交换，增加了空调、采暖能耗。所以，保温层的厚度不能无限增长下去，一定有一个经济厚度。
对于处于夏热冬冷的重庆地区而言，通过分析重庆的室外逐时气象参数发现：采暖季时，以室内恒定为采暖温度18℃为基础，得到室内外平均温差为8.8℃；空调季时，以室内恒定为空调温度26℃为基础，得到室内外平均温差为1.3℃。所以适当增加外墙的保温层厚度，在空调季和采暖季均能起到降低能耗的作用；并且采暖季室内外平均温差明显高于空调季室内外平均温差，所以累计热负荷的节能率明显高于累计冷负荷的节能率。
从经济性方面对比不同外墙保温形式的差异，如表6所示。
从表9中可以看出：采取节能措施的投资回收期都在1.2 a以内，同时考虑到采取节能措施之后对室内环境的改善，得到新建巴渝新农村建筑采取必要的节能措施，在经济性和舒适性上是可行的。
3结论
利用模拟软件DeSTh对《重庆市巴渝新农村民居通用图集》中的典型建筑进行供热供冷能耗模拟分析，通过能耗以及经济性对比分析，得到以下结论：
1）建议新建巴渝新农村住宅外墙采用30 mm的膨胀聚苯板来提高能源利用效率，如果经济上不宽裕也可以采用回收期更短的10 mm或者20 mm的膨胀聚苯板，同样可以提高能源利用效率。
2）综合考虑到投资和节能两方面，为实现舒适性和经济性的平衡，建议新建巴渝新居主要功能房间外窗采用镀Lowe膜中空，其他房间采用普通6 mm单玻。
3）在日常生活空调使用的过程中，尤其是在过渡季、夏季夜间和早晨等室外温度适宜时，多开窗加强通风，减少使用空调系统的时间；同时在冬夏季使用空调时，适当降低或提高空调的设定温度值，提高能源使用效率。建议冬季采暖温度设置为16℃，夏季空调设置为28℃，以提高能源使用效率。
4）重庆新建巴渝新农村建筑的朝向要因地制宜，在条件允许的情况下尽量采用南北朝向或接近南北朝向，以提高能源利用效率。
参考文献：
[1]温家宝.政府工作报告2013年3月5日在第十二届全国人民代表大会第一次会议上[EB/OL].[201357].http：//news.xinhuanet.com/2013lh/201303/18/c_115064553.htm.
[2]重庆时报.重庆新农村建设农民看得到的幸福[OL].[20111223]. http：//www.cq.gov.cn/today/news/370720.htm.
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2012[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4]重庆市统计局，国家统计局重庆调查总队.重庆统计年鉴2011[M].北京：中国统计出版社，2011.
[5]杨仕超. 建筑设计是建筑节能的关键[J]. 建设科技，2005，10（20）：3637.
[6]孔祥龙. 浅谈建筑节能设计现状及对策[J]. 科技致富向导，2012（9）：142.
[7]李莉，陶求华. 居住建筑空调能耗模拟及夏季室内温度设定[J].建筑热能通风空调，2008，27（6）：78.
[8]Alajmi F F， Hanby V I. Simulation of energy consumption for Kuwaiti domestic buildings [J]. Energy and Buildings，2008，40： 11011109.
[9]Larsen S F， Filippín C， González S. Study of the energy consumption of a massive freerunning building in the Argentinean Northwest through monitoring and thermal simulation [J]. Energy and Buildings，2012，47： 341352.
[10]Zerefos S C， Tessas C A， Kotsiopoulos A M， et al. The role of building form in energy consumption： The case of a prismatic building in Athens [J]. Energy and Buildings，2012，48： 97102.
[11]中华人民共和国住房和城乡建设部. JCJ 134—2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[12]陆耀庆.实用供热空调设计手册（下册）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[13]宋芳婷，诸群飞，江亿.建筑环境设计模拟分析软件DeST 第5 讲 影响建筑热过程的各种外界因素的取值方法[J].暖通空调，2004，34（11）：5265.
[14]邓钫印.建筑材料实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[15]Givoni B. 人·气候·建筑[M].北京： 中国建筑工业出版社，1982.
[16]彭鹏，朱磊. 某办公楼动态能耗模拟与节能分析[J].节能，2007，12（305）：5052.
[17]曹晓庆，郑洁.重庆市政府办公建筑能耗影响因素分析[J].制冷与空调，2007，21：238241.
（编辑胡英奎）