周宇飛，申繪芳，易子浩，倪一飛（浙江農(nóng)林大學(xué)土木工程系，浙江 杭州 311300）

從“十九大”以來(lái)，農(nóng)村住宅的節(jié)能工作一直是新農(nóng)村建設(shè)工作的重要組成內(nèi)容之一。但是，我國(guó)的農(nóng)村住宅節(jié)能工作開展依然進(jìn)度緩慢。根據(jù)前期調(diào)查得知，已有農(nóng)村住宅多數(shù)未嚴(yán)格采取節(jié)能措施，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能差，采暖制冷效率低，從而導(dǎo)致建筑耗能巨大[1]。浙江省新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)宅的全生命周期各階段所消耗能耗所占比重各不同，其中，建筑運(yùn)行維護(hù)及更新階段所消耗的能耗最多，為 62 %，而建筑運(yùn)行維護(hù)及更新階段所消耗的能耗大都由不同住戶用能行為所引起[2]。因此，根據(jù)住戶的用能行為研究農(nóng)宅能耗研究可為相關(guān)能源政策的制定提供有力的理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)推動(dòng)建筑節(jié)能減排工作將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 調(diào)查方法

前期研究成果發(fā)現(xiàn)，在浙江省農(nóng)宅的全年使用能源消耗中，夏季的用電量占了全年用電量的 43.71 %，冬季的用電量占了全年用電量的 29.15 %，冬季的能耗遠(yuǎn)低于夏季。因此，在考慮節(jié)能減排的措施時(shí)，主要以夏季的節(jié)能減排為主[3]。

為模擬農(nóng)宅能源消耗的過(guò)程，選取浙北地區(qū)的杭州市和浙西地區(qū)的衢州市等部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展了關(guān)于住戶用能行為的數(shù)據(jù)調(diào)研。在所調(diào)研的鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，采用實(shí)地入戶走訪和問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方式，重點(diǎn)調(diào)查了農(nóng)宅住戶夏季空調(diào)的用能行為，以期獲得其夏季用能行為特征，從而進(jìn)行典型性農(nóng)宅的空調(diào)能耗模擬，進(jìn)一步具體研究不同建筑環(huán)境因素對(duì)建筑能耗的影響。

問(wèn)卷調(diào)查的主要內(nèi)容包括家庭的基本信息、農(nóng)宅的建筑信息、家庭的用能信息、住戶的夏季降溫設(shè)備的使用、住戶通風(fēng)習(xí)慣等用能生活方式。

2 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

2.1 農(nóng)宅的基本信息

本次調(diào)查采樣了浙江省杭州市和衢州市的獨(dú)棟農(nóng)宅，共計(jì) 28 戶。農(nóng)宅的建筑面積多在 200 m2以上，此類占樣本數(shù)的 79%。建筑的朝向以南北向?yàn)橹?，此類占樣本?shù)的 96%。戶型結(jié)構(gòu)多為四室二廳，此類占樣本數(shù)的 59%。家庭人口結(jié)構(gòu)多為 3 ～ 6 人，此類占樣本數(shù)的 93%。

2.2 住戶用能行為分析

所調(diào)研的衢州市村鎮(zhèn)在夏季降溫期中，42% 的農(nóng)戶在 6月開始使用降溫設(shè)備， 42% 的農(nóng)戶選擇在 7 月開始使用降溫設(shè)備。有 83% 的用戶選擇在 9 月結(jié)束使用降溫設(shè)備。常用的降溫設(shè)備為電空調(diào)和電風(fēng)扇，但是電空調(diào)并非處于始終開啟狀態(tài)。其中，50% 的農(nóng)戶電空調(diào)使用時(shí)長(zhǎng)為 5 ～ 8 h/d，55% 左右的農(nóng)戶空調(diào)開啟行為是“覺(jué)得熱了開，人離開房間就關(guān)”。夏季天氣炎熱，一般 14:00 時(shí)室外溫度達(dá)到最高點(diǎn)，早上和夜晚溫度較低。但因農(nóng)戶白天需外出勞作，居家時(shí)間短，且為節(jié)約電費(fèi)而選擇忍受，只有到了夜晚，成員基本都回家時(shí)才會(huì)選擇開啟空調(diào)以保證舒適的睡眠環(huán)境。92%的農(nóng)戶對(duì)降溫方式表示滿意。在寒冷季節(jié)，有 33% 的農(nóng)戶選擇在 12 月開啟采暖設(shè)備，25% 的農(nóng)戶選擇在 1 月開啟采暖設(shè)備，42% 的農(nóng)戶選擇 3 月結(jié)束使用采暖設(shè)備。常用采暖設(shè)備為電暖器、電熱毯等，偶爾選擇開空調(diào)。50% 的農(nóng)戶對(duì)采暖方式表示滿意， 42% 的農(nóng)戶表示采暖方式的滿意度一般。

杭州市村鎮(zhèn)在夏季降溫期中， 44% 的農(nóng)戶在 6 月開始使用降溫設(shè)備， 44% 的農(nóng)戶選擇在 7 月開始使用降溫設(shè)備，83% 的用戶選擇在 9 月結(jié)束使用。常用的降溫設(shè)備為電空調(diào)和電風(fēng)扇。其中，67% 的農(nóng)戶電空調(diào)使用時(shí)長(zhǎng)為 5～ 8 h/d。44% 左右的農(nóng)戶選擇“覺(jué)得熱了開，人離開房間就關(guān)”，31% 的農(nóng)戶選擇“感覺(jué)熱了開，過(guò)一會(huì)室內(nèi)涼快了就關(guān)”。大部分人們對(duì)降溫方式表示滿意。在冬季采暖期， 38% 的農(nóng)戶在 12 月開啟采暖設(shè)備，37% 的農(nóng)戶 2 月結(jié)束使用供暖設(shè)備，31% 的農(nóng)戶常在 3 月結(jié)束采暖。常用采暖設(shè)備為壁掛空調(diào)、電熱毯等。58% 的農(nóng)戶表示對(duì)采暖方式滿意， 33% 的農(nóng)戶表示采暖方式的滿意度一般。

3 住戶用能行為影響農(nóng)宅能耗模擬分析

3.1 研究方法

選取杭州市（浙北地區(qū)）和衢州市（浙西地區(qū)）的典型性戶型農(nóng)宅為載體，結(jié)合上述數(shù)據(jù)分析結(jié)果所得住戶的用能行為特征，利用能耗模擬軟件全年負(fù)荷計(jì)算及能耗分析，對(duì)實(shí)體住戶的能耗進(jìn)行模擬。

所選農(nóng)宅 a 為杭州地區(qū)的農(nóng)宅， 2010 年建成，住宅戶型為三室一廳，建筑面積為 124 m2。所選農(nóng)宅 b 為衢州地區(qū)的農(nóng)宅， 2004 年建成，住宅戶型為二室一廳，建筑面積為 83 m2。農(nóng)宅的平面圖如圖 1 所示。

圖1 農(nóng)宅平面圖

3.2 模擬參數(shù)設(shè)置

（1）氣象參數(shù)設(shè)置。在進(jìn)行能耗模擬研究時(shí)，選取Chinese Standard Weather Data（CSWD）氣象數(shù)據(jù)庫(kù)中浙江省衢州市、杭州市氣象文件進(jìn)行氣象參數(shù)的輸入。CSWD 數(shù)據(jù)是以中國(guó)氣象信息中心氣象資料室收集的全國(guó)270 個(gè)地面氣象站，基于 1971 ～ 2003 年的實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)編制而成，其可為建筑熱環(huán)境及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)模擬分析提供全面可靠的基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)[4]。因此該氣象文件可較好地反映浙江省內(nèi)地區(qū)的氣候特點(diǎn)，并為獲得較為理想的模擬結(jié)果提供了一定保障。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置。模擬建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的信息如表 1 所示。

表1 模擬建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)信息匯總

（3）建筑分區(qū)用途參數(shù)設(shè)置。選用常見(jiàn)的家用分體式空調(diào)作為夏季制冷降溫設(shè)備。外窗遮陽(yáng)則根據(jù)建筑物實(shí)際選用的遮陽(yáng)措施進(jìn)行具體的設(shè)置。不同于其他一些能耗模擬軟件只需使用遮陽(yáng)系數(shù)進(jìn)行遮陽(yáng)措施的設(shè)置方式，某全年負(fù)荷計(jì)算及能耗分析軟件的這一處理方式使得遮陽(yáng)措施對(duì)模擬對(duì)象能耗的影響更加接近于實(shí)際情況。

（4）用能行為參數(shù)設(shè)置。根據(jù)上述用能行為特征的分析，對(duì)農(nóng)戶的夏季用能行為相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行一般常用模式設(shè)置，具體的電空調(diào)相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表 2 所示。

表2 臥室的空調(diào)開關(guān)和通風(fēng)行為的參數(shù)設(shè)置

3.3 模擬結(jié)果分析

（1）區(qū)域差異對(duì)能耗的影響。根據(jù)以上參數(shù)設(shè)定，利用某全年負(fù)荷計(jì)算及能耗分析軟件進(jìn)行農(nóng)宅的能耗模擬。結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，杭州地區(qū)的農(nóng)宅全年能耗為 3.924 4 kWh/m2。其中，夏季能耗最高為 8 月 1.126 0 kWh/m2。衢州地區(qū)的農(nóng)宅全年能耗為 5.007 4 kWh/m2，其中，夏季能耗最高為 7月，即 1.616 4 kWh/m2。以上模擬能耗數(shù)據(jù)基本上與實(shí)際用電量相差不大，可反映農(nóng)宅的實(shí)際能耗用量。

（2）樓層和朝向的差異對(duì)能耗的影響。根據(jù)以上參數(shù)設(shè)定及能耗分析軟件的結(jié)果，選取衢州地區(qū)的農(nóng)宅能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行具體研究，對(duì)同一建筑物同一位置的不同高度臥室的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，隨著樓層高度的增加，在相同的面積下，其分區(qū)溫度也在不斷上升，導(dǎo)致其冷負(fù)荷也相應(yīng)增加。選取杭州地區(qū)的農(nóng)宅能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的研究，對(duì)同一建筑物同一樓層的不同朝向臥室的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，在面積相似的情況下，窗戶朝南的臥室自然室溫會(huì)明顯高于朝北的臥室，即使是在夜晚其分區(qū)溫度差異也較大。這與白天陽(yáng)光的照射有直接關(guān)系，直接造成其冷負(fù)荷顯著地增加。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)用材差異對(duì)能耗的影響。在前期的研究中發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)用材對(duì)建筑的能耗有著顯著的影響[5-7]，這在本研究中也得到了驗(yàn)證。選取衢州地區(qū)的農(nóng)宅，設(shè)置不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料（分別為多孔磚和加氣混凝土砌塊），其他設(shè)置參數(shù)都不變，結(jié)果數(shù)據(jù)顯示如表 3 所示。在該農(nóng)宅中，照明設(shè)備的全年能耗不變，但空調(diào)設(shè)備的能耗卻有較大變化。采用加氣混凝土砌塊為外墻主要材料的農(nóng)宅夏季能耗只是采用多孔磚為外墻材料的農(nóng)宅夏季能耗的 72.22 %，顯著減少了 27.78 %，節(jié)能效果較為明顯。

表3 杭州地區(qū)農(nóng)宅的不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)用材的（臥室）冷負(fù)荷表

（4）差異原因分析。對(duì)比以上浙北和浙西地區(qū)的農(nóng)宅能耗數(shù)據(jù)，分析得到產(chǎn)生能耗差異的原因如下所示。① 區(qū)域及氣候差異，特別是夏季。衢州地區(qū)全年平均氣溫為 16.3～ 17.4 ℃，夏季平均氣溫為 27.6 ～ 29.2 ℃，夏季最高氣溫為 41.8 ℃，夏季高溫天數(shù) 40 ～ 55 d。杭州地區(qū)全年平均氣溫為 15.9 ～ 17.0 ℃，夏季平均氣溫為 19.0 ～ 27.0 ℃，夏季最高氣溫 39.8 ～ 42.9 ℃，夏季高溫天數(shù) 40 ～ 55 d。②住戶用能行為差異。衢州地區(qū)的空調(diào)開關(guān)時(shí)長(zhǎng)少于杭州地區(qū)1 h 左右，衢州地區(qū)的空調(diào)設(shè)定溫度高于杭州地區(qū)，衢州地區(qū)在空調(diào)關(guān)閉后的通風(fēng)換氣次數(shù)高于杭州地區(qū)。③ 農(nóng)宅的樓層及房間布置差異。杭州地區(qū)農(nóng)宅的臥室南北朝向均有，且數(shù)目一致。衢州地區(qū)農(nóng)宅臥室朝南的數(shù)量高于朝北的數(shù)目。④ 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)用材差異如表 4 所示。

表4 衢州地區(qū)農(nóng)宅外圍護(hù)結(jié)構(gòu)用材差異

外墻傳熱系數(shù) K 值對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)境與建筑能耗有顯著的影響。外墻 K 值越小，全年單位耗冷量、全年單位耗熱量以及全年單位總耗量越小，采暖與制冷度小時(shí)數(shù)越少（南向除外）[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）分別對(duì)衢州市、杭州市某農(nóng)宅同一建筑物同一位置的不同高度臥室進(jìn)行對(duì)比。調(diào)研結(jié)果顯示，雖然不同區(qū)域建筑的面積、劃分不同，但在一棟建筑中層數(shù)越高，區(qū)間溫度越大，預(yù)測(cè)冷負(fù)荷越大。對(duì)同一建筑物同一高度的不同位置臥室進(jìn)行對(duì)比。調(diào)研結(jié)果顯示，面積相似的情況下，窗戶朝陽(yáng)的臥室自然室溫在白天會(huì)高于北部的臥室。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)可知，農(nóng)村住宅中，1 F 常是活動(dòng)場(chǎng)所，2 F 及以上常為居住場(chǎng)所。一棟農(nóng)宅的臥室相對(duì)較多，一般窗戶朝南、北的臥室都有。因此，在修建農(nóng)宅的時(shí)候建議農(nóng)村建筑住宅臥室相對(duì)富余的情況下，在夏季選擇層數(shù)較低、窗戶朝北面的臥室居住，由此，夏季空調(diào)能耗會(huì)相對(duì)較低。

（2）通過(guò)分析圖像可知，同一建筑如果采用不同的外墻材料將會(huì)導(dǎo)致能耗不同。以磚墻和加氣混凝土墻為例，在相同建筑中，照明、設(shè)備的全年能耗不變，但空調(diào)能耗中加氣混凝土外墻能耗只有磚墻全年能耗的 72.22 %。因此，建議在修建農(nóng)宅外墻時(shí)盡量選擇加氣混凝土墻等能盡量減少能耗的材料。