超低能耗农宅围护结构热工参数研究

中国建筑科学研究院有限公司

邓琴琴，宋波，张圣楠，于跃洋，陈刚

1986年我国发布了第一部建筑节能标准JGJ26—1986《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》，从此我国开始了建筑节能的标准化进程。经过30多年的发展，我国建筑节能标准逐渐完善。我国建筑节能标准从北方供暖地区城市居住建筑起步，逐步扩展到南方夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和公共建筑，建筑节能标准实现了从节能率30%、节能率50%到节能率65%三步走的跨越。目前标准又发展到了一个新阶段，GB/T51350—2019《近零能耗建筑技术标准》(以下简称“近零标准”)于2019年9月1日正式实施，旨在提升建筑室内环境品质和建筑质量，降低用能需求，推动可再生能源建筑应用，引导建筑逐步实现近零能耗。但上述建筑节能标准内容绝大多数适用于城市建筑，农村建筑相关标准发展相对缓慢。为提升农宅建筑节能水平，国家标准GB/T50824—2013《农村居住建筑节能设计标准》(以下简称“节能标准”)于2013年5月1日正式实施。随着经济发展和生活水平的不断提高，农村居民对室内热环境高品质的需求必然会越来越高，即使农宅达到节能标准要求，农村建筑节能潜力依然较大。

在标准推动下，近几年国内陆续涌现出零能耗建筑、近零能耗建筑、被动式超低能耗建筑等示范工程，农村地区也开始有发展被动式超低能耗建筑的趋势。但目前这些概念还处于发展初期，相关技术路线尚不明确。对于农宅而言更是如此，农宅的节能标准发展路线是否沿用城市标准也一直是行业内的热点讨论问题。目前我国仅少部分省市出台或即将出台农村超低能耗农宅方面的相关标准，比如北京市于2018年3月19日颁布了《北京市超低能耗农宅示范项目技术导则》，河北省即将发布《农村低能耗居住建筑节能设计标准》。部分学者关注了装配式超低能耗农宅体系，以及关中地区和西部地区的低能耗建筑模式等相关问题，但被动式超低能耗技术在农村地区还未得到推广与应用。主要由于我国幅员辽阔，地域宽广，受气候、人文、历史、资源、经济等因素的影响，农村地区建筑节能有别于城市被动式超低能耗建筑设计技术体系，设计行业需要立足农宅的基本现状，在传承当地农村特色风格的前提下，研究适合农宅的被动式超低能耗节能发展技术路线。

2018年9月6日，住房和城乡建设部总工程师陈宜明在咸阳市召开了农村被动式低能耗建筑技术座谈会，指出农村被动式低能耗建筑工作要以“辅以太阳能热利用的农村低能耗住房试点”为定位，以“清洁供、节约用”为目标，遵循“起点适当提高、技术先进可行、成本增量合理、村民受益明显、预留提升空间”5个基本原则，推动建筑节能和绿色建筑工作创新发展。

在此背景下，T/CECS739—2020《超低能耗农宅技术规程》(以下简称“超低能耗规程”)已于2020年8月8日发布，2021年1月1日起将正式实施。该规程共分7章和1个附录，主要内容包括总则、术语、基本规定、选址与建筑设计、围护结构、能源系统与设备、采光与照明等。重点围绕选址、建筑设计、外墙、外门窗、屋面、断热桥处理、建筑气密性等围护结构，新风热回收系统、太阳能利用系统、空气源热泵系统、生物质供能系统、多能互补系统等能源系统，供暖供冷末端设备、采光与照明等方面进行规定适用于新建、扩建及改建农宅的超低能耗建设的设计、施工、验收和运行维护。因此，从整体上看，研究超低能耗农宅有需求、有方向，具有重要意义。
1 分析原则
    若农宅按照现行近零标准中围护结构参数要求设计，所需围护结构保温层厚度较大，更重要的是增加了超低能耗农宅的建造成本，给农村带来了更多经济压力。农宅与城市居住建筑有所不同，没有集中供暖设施，且不是所有生活房间均需供暖，通常为卧室和起居室局部供暖，可随时启停。参考《近零能耗建筑技术标准》中超低能耗居住建筑的定义，超低能耗规程中给出了超低能耗农宅的定义，即是指建筑能耗水平应较同一气候区基准节能农房建筑能耗水平降低50%以上的农宅。基准节能农房是指符合现行国家标准GB/T50824—2013《农村居住建筑节能设计标准》相关围护结构热工性能要求的农宅。
本文基于超低能耗农宅的定义，针对不同气候区，以当地典型农宅模型为基础，将围护结构参数分别按节能标准要求和超低能耗农宅要求来设计，通过对比农宅负荷指标来探讨超低能耗农宅的外围护结构热工参数限值。
2 典型模型
    以寒冷地区3个典型农宅模型为例，房屋主体朝向坐北朝南。3个模型分别为1层、2层和3层农宅，其中1层农宅建筑高度为3.5m，建筑面积约100m2;2层农宅建筑总高度为7m，首层、2层高度均为3.5m，建筑面积约300m2;3层农宅建筑高度共10.8m，1层、2层和3层高度分别为3.5m、3m、4.3m，建筑面积约450m2。农宅模型如图1所示，不同标准下寒冷地区农宅围护结构主要材料及厚度设计值如表1所示。

图1 典型农宅模型平面图(以寒冷地区为例)
表1 不同标准下寒冷地区农宅围护结构主要材料及厚度设计值

3 模拟分析

根据节能标准，寒冷地区节能标准农宅主要房间冬季室内温度设定为14℃，换气次数取.5h-1;而寒冷地区超低能耗农宅主要房间冬季室内设计温度设定为18℃，换气次数不大于0.6h-1。寒冷地区某市供暖时间为11月15日到次年3月15日，围护结构参数设定如表1所示，与现行标准对比结果如表2所示。经建筑能耗模拟软件DeST模拟计算后，农宅全年累计热负荷指标以及节能率如表3所示。
从表3结果分析可知，3个农宅模型按表1超低能耗农宅围护结构热工参数设定，全年累计热负荷能降低50%以上，均达到超低能耗规程要求，且2～3层农宅节能效果更好;在满足农宅热负荷指标降低50%的要求下，可适当调整降低围护结构的设定参数，以保证农宅设计的经济性更优。