寒冷地区农村住宅节能技术研究

河北工业大学硕士学位论文寒冷地区农村住宅节能技术研究姓名：张延路申请学位级别：硕士专业：建筑技术科学指导教师：王殿池20081101河北工业大学学位论文i寒冷地区农村住宅节能技术研究摘要随着全球能源问题的日益严重，建筑节能技术和可持续能源的利用已经成为全世界各个国家住宅发展的趋势。在我国寒冷地区农村住宅中，普遍存在着围护结构保温性能差、能耗大、室内热舒适差等问题，给农民生活质量的提高和生活环境的改善都造成很大的影响。为了改变这一现状，本文在总结吸取以往研究成果的基础上，根据地区的实际情况，从围护结构保温技术、太阳能利用两个方面对住宅进行总体性和系统性的优化。本文对我国寒冷地区农村住宅进行了调查，首先介绍了寒冷地区农村住宅的能耗现状，并对其进行了分析。然后从采用新型墙体材料、采用外保温技术、提高窗户的热工性能、加强窗户夜间保温和屋面保温方面进行研究，期望能够使围护结构达到理想的保温效果。本文还探讨了太阳能技术在寒冷地区农村住宅中的应用。通过调查研究，发现如果寒冷地区农村住宅运用适宜节能措施、并充分利用太阳能资源，可以使寒冷地区农村住宅成为低能耗、高舒适的住宅，并期望论文对寒冷地区新农村住宅建设提供一定的借鉴意义。关键词：寒冷地区，农村住宅，节能技术河北工业大学学位论文iiRESEARCHONTHESAVINGENGERYTECHNOLOGYOFRURALRESIDENCEINCOLDEAREAABSTRACTWiththeworld'sgrowingenergy,buildingenergy-savingtechnologyandsustainableenergyuseinallcountriesaroundtheworldhasbecomearesidentialdevelopment.China'scoldintheruralresidentialareas,theprevalenceofpoorperformanceenvelopeinsulation,heatingcyclelength,energyconsumption,indoorthermalcomfortpoor,thepeasantstoimprovethequalityoflifeandlivingenvironmenthaveimprovedagreatimpact.Inordertochangethestatusquo,thepapersummedupthelessonsinthepastonthebasisofresearchresults,basedontherealitiesontheground,fromtheenvelopeinsulationtechnology,theuseofsolarenergyforbothresidentialgeneralandsystematicoptimization.ThisarticleinvestigatesChineseruralresidenceincoldarea,firstintroducedtheenergyconsumptionofresidenceincoldruralareathestatusquo,andanalyzed.Andthenusingthenewwallmaterial,thermalinsulationusingtechnologytoimprovethethermalperformanceofwindows,insulationtostrengthenthewindowsatnightandlookintotheissueofroofinsulation,buildingenvelopecanlookforwardtoachievethedesiredeffectoftheinsulation.Thisarticlealsodiscussedthesolarenergytechnologyincoldregionsinruralresidenceapplications.Throughinvestigationandstudy,foundthatifruralresidenceincoldarearegionssuitableforuseofenergy-savingmeasuresandmakefulluseofsolarenergyresourceswillenabletheruralresidenceincoldareaintothelow-power,highcomfortofhome,paperlookforwardtotheregionsofthenewhousingconstructionruralresidenceincoldareatoprovideareferencesignificance.KeyWords:ColdArea,RuralResidence,EnergySavingTechnology河北工业大学学位论文1第一章绪论1.1课题来源及研究背景1.1.1课题来源本课题来源于二○○七年十月科技部、建设部、国土资源部、教育部、国家标准委共同制定的“十一五”国家科技支撑计划重大项目《农村住宅规划设计与建设标准研究》所属第十个子课题———村镇住宅建筑设计标准研究。本项目重点围绕村镇规划技术、农村住宅建筑设计技术、村镇住宅标准、村镇住宅建设标准与技术集成模式示范等研究内容发布的21个课题。本文所选该项目中的一部分—寒冷地区农村住宅节能设计技术作为研究对象，通过对寒冷地区农村住宅进行调查研究，实施节能技术，并对实施节能技术前后，住宅室内热环境舒适度做对比完成本论文。1.1.2研究背景1.1.2.1世界能源背景70年代初石油危机出现以后，能源问题倍受世界各国重视，纷纷进行研究，采取对策，但并未根本解决。70年代末，能源问题被列为人类面临的四大问题之一（其他为粮食、人口、环境三大问题）。三十多年来经过各国多方探索，能源问题的严峻形势逐渐清晰起来。世界能源形势的特点首要是消费的飞速增长。20世纪是世界人口增长较快的世纪，据联合国统计，从本世纪初到70年代中期世界人口增长约为之前的1.5倍，但同期能源消耗却增加了10倍。占能源消耗总量的3/4以上，其中石油、天然气、核能等优质能源更要占到4/5。如果按人均能源消费计算，发达国家超过发展中国家10倍或更多。占世界人口3/4的发展中国家的工业化和人民生活水平亟待提高，世界能源总消耗量的变化趋势仍将有增无减（参见表1-1a、表1-1b）[1]。能源生产的形势同样不容乐观。世界能源组织在70年代末及以后对全世界能源资源储量的估计是：煤可以开采200年，石油30年，天然气50年，铀40年。也就是说常规能源的资源已经面临枯竭。70年代以来节约和开发新能源的工作在全世界有比较大的进展。新的非常规能源的开发由于种种原因在短期内难于缓解当前的能源问题。许多国家都把注意力集中在常规能源的节约上，也取得比较明显的效果。“节能”已经被称为煤炭、石油、天然气、核能之外的第五大能源。寒冷地区农村住宅节能技术研究2表1.1a根据1975年联合国关于世界能源生产、消费与人口关系统计资料综合Table1.1aOnthebasisoftheStat.abouttheworld’senergyproduce.Consumptionandpopulationin1975美国加拿大英国法国匈牙利苏联日本巴西墨西哥埃及阿尔及利亚中国印度人均能耗量（吨油当量/人）7.288.593.063.593.044.753.081.111.240.611.060.560.27表1-1b1985年人均耗能Table1.1bEveryyeareveryoneconsumeenergy在全世界日益增长的能源消耗中，无论是工业发达国家还是发展中国家，建筑能耗都是国家总能耗中比较重大的一项。建筑能耗包括建材生产、建筑施工、建筑日常运转及建筑拆除等项目的能耗。其中比重昀大（约占80%以上）的是建筑日常运转能耗（主要是采暖、空调、热水、照明、电器等用能）即住宅和公共建筑中的日常能耗或称“民生能耗”。近年来国外发表的统计资料表明，发达国家的建筑能耗占国家总能耗的40～48%。70年代中期联合国统计欧美12国“民生耗能”约占总能耗的1/3。70年代后期日本的建筑能耗占全国能耗的30%，其中“民生耗能”为20%。70年代初丹麦建筑日常能耗占全国总能耗为20～30%。苏联末建筑师介绍80年代末苏联建筑耗能占全国总能耗的25%，并估计全世界建筑能耗占总能耗的比重的37%。以上数字大致可以说明建筑能耗在整个能源问题中的地位。它同时也表明了建筑能耗的比重与国家工业化，国民生活水平之间的关系。随着各国工业化和人民生活水平的提高，住宅、民用建筑的发展，建筑耗能的比重将越来越大。因此许多国家都把建筑节能尤其是节约建筑日常运转能耗作为节能工作的重点。在能源危机出现之前，不论是发达国家还是发展中国家由于对能源问题的严重性认识不足，在建筑上都存在不同程度的能源浪费。发达国家有雄厚的经济力量和高度的工业技术常因之产生建筑用能标准偏高偏疏。发展中国家由于技术和管理上的落后使得能源利用效率低下、建筑单位面积能耗指标高。长期以来建筑上浪费的能源数量是巨大的。二十几年的调查研究首要的成果是使人们认识到建筑节能已经刻不容缓，同时也向人们展示了建筑节能的巨大潜力。美国加拿大西欧东欧苏联日本澳洲拉美中东非洲中国东南亚总计人口（百万人）214233671062551112132410929283913063967%5.40.69.32.76.42.80.58.22.77.421.132.9100能源产量（百万吨油当量）13651804463201106257828110023063992235730%23.83.17.85.619.30.41.44.917.55.37.03.9100能源消费量（百万吨油当量）17271951201401102234073299971203882596123%28.23.219.66.516.75.61.24.91.62.06.34.2100人均消费量（吨/人）8.18.53.33.84.03.13.50.90.90.40.50.21.5河北工业大学学位论文31.1.2.2我国能源现状2004年我国建筑能耗占社会总能耗的18.8%，见表1-2，各类建筑的能耗特点及发展趋势叙述如下。面积（亿m2）能耗状况农村生活用能(不包括非商品能)2400.4亿吨标煤/年，900亿度电/年北方城镇采暖651.3亿吨标煤/年住宅用电952600亿度电/年一般公共建筑501500亿度电/年大型公共建筑5900亿度电/年城镇建筑非采暖用能总量1505000亿度电/年能耗总量标煤1.7亿吨，站2004年总煤耗的12%；电力5900亿度，站2004年电力消费量的27%表1.2[2]我国的建筑能源消耗分类和现状Table1.2ThesortandactualityofChineseenergyconsumeofarchitecture表1-2中，采暖采用吨标煤做能耗计量单位，这是因为我国采暖目前以煤为主要能源。采暖热源主要是热电联产厂、集中供热锅炉房，以及分散的末端采暖方式。这三类热源方式都折合为标煤。除了采暖以外，其他的建筑能耗有电力、燃气、燃煤、燃油，以及城市构成。大型公共建筑7%农村20%北方采暖40%城市住宅21%一般公共建筑12%图1.1[2]各类建筑能耗所占比例Fig.1.1Theproportionofarchitectureenergyconsumption（1）北方建筑采暖能耗由表1-2可以看出，我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%，为建筑能源消耗的昀大组成部分。单位建筑面积采暖能耗折合标准煤均为20kg/(m2·年)，为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的1～1.5倍。建筑采暖需热量与体型系数、围护结构保温性能和换气次数有关。与发达国家相比，我国建筑体量大，及体型系数较小，