西北鄉村傳統民居節能與太陽能供暖技術應用案例

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西北鄉村傳統民居節能與太陽能供暖技術應用案例西北地區冬季氣候寒冷、持續時間長，建築建造技術落後、節能水平低，建築室內居住環境差，難以滿足現階段西北鄉村人民的居住需求。

目錄

一、背景

西北地區冬季氣候寒冷、持續時間長，建築建造技術落後、節能水平低，建築室內居住環境差，難以滿足現階段西北鄉村人民的居住需求。相比東部及城市地區，西北鄉村住區分散、能源供給體系不完善、經濟與環境承受力不同，傳統城市高成本、集約化建築宜居環境營造技術難以應用於我國西北鄉村。隨着「新型城鎮化」、「美麗鄉村建設」等宜居村鎮方針政策的出台，西北鄉村居住建築環境提升成為了必然趨勢。眾所周知，西北地區太陽能資源豐富，在西北傳統民居建築節能的基礎上，充分利用豐富的太陽能來改善當地冬季建築室內環境是最佳選擇。

西北鄉村地區建築熱工水平普遍較低，導致直接採用太陽能設備供暖存在初投資大、能耗高、推廣難等現實難題。針對西北地區建築層數低、且冬季居民室內活動軌跡在時間和空間上存在一定規律，本項目因地制宜地提出了西北鄉村民居太陽能熱利用與節能技術體系。建築圍護結構差異化高效保溫、低成本被動太陽能技術、分時分區主動太陽能供暖技術互補集成，實現了西北鄉村建築冬季室內平均溫度大於15°C以上、系統初投資和運行費用降低一半以上的目的，為西北鄉村低成本民居建築太陽能熱利用與節能技術提供了借鑑與參考。

二、應用案例

1.項目概述

西北鄉村傳統民居太陽能熱利用與節能技術由西安建築科技大學研究設計，已成功應用於陝西省咸陽市禮泉縣、長武縣等鄉村地區，該項目於2015年投入運行。從實際運行效果來看，直接受益窗、雙層節能窗、厚重型保溫牆體等低成本建築本體節能技術可實現節能效果提升一倍以上；分時分區主動太陽能供暖系統相比傳統供暖系統，系統規模和運行能耗降低一半，室內平均溫度大於15°C以上，可滿足西北鄉村建築冬季室內熱環境基本需求。

2.主要效益

項目總建築面積500m2，供暖面積約為150m2；自2015年運行以來，根據系統實際運行數據進行測算，系統年供熱量約為47GJ，相當於年節煤量約為3.0噸，二氧化碳減排約為2.1噸，年節約運行費用0.5萬元。該項目在最大化降低系統初投資和運行費用的同時，提升了西北鄉村建築室內宜居水平，具有良好的社會、經濟效益。

三、技術要點

1. 西北鄉村建築平面布局及圍護結構熱工優化

西北鄉村傳統建築以獨立式單體建築為主，體形係數大，建築外圍護無保溫結構等原因，造成冬季室內空氣溫度過低而影響室內熱舒適性。針對該問題，結合當地氣候條件、建築文化、建築功能分區等特徵，確定了聯排式平面布局模式，最大化減小了外圍護結構面積；採用厚重建築牆體，克服了現有鄉村普通磚牆熱惰性低、傳熱係數大導致的室內溫度波動大等問題；增設圍護結構外保溫，提高建築整體保溫性能。

2. 被動太陽能建築組合設計原理與技術方法

遵循「建築保溫基礎、被動太陽能優先」的基本原則，提出了西北鄉村被動太陽能建築組合設計原理與技術方法。其中臥室、客廳採用大面積雙層玻璃外窗+內窗簾保溫，晝間可最大化利用太陽能，夜間提高外窗整體保溫性能。利用建築性能模擬與優化設計等方法，建立了被動太陽能建築組合優化設計方法，計算分析確定了最優窗牆面積比、附加陽光間進深。

3. 西北鄉村建築分時分區熱環境調控技術與設計方法

依據西北村鎮人群長期熱適應機理，結合村鎮建築臥室、客廳、衛生間等功能特徵提出了分時分區太陽能採暖系統設計方法。其中，考慮到睡眠時間段人體活動區域有限，臥室在夜間睡眠時間段僅床體局部區域供暖；堂屋在晝間活動時間段全空間供暖。通過系統仿真與優化設計等方法，確定了太陽能集熱、蓄熱系統容量規模。

四、應用前景

本項目針對西北鄉村地區特有的生活生產方式、建築熱工現狀、資源分布情況，建立了西北鄉村建築從建築規劃設計、圍護結構高效保溫、被動式太陽能技術、主動太陽能系統、定向輸配系統的全鏈條節能技術體系，在滿足建築室內熱環境需求同時，投資成本可降低一倍以上，實現了建築採暖近零能耗運行。根據我國鄉村建築面積初步估算，我國鄉村總建築面積約為229億平方米，其中西北鄉村建築面積預計約為50億平方米以上，年節約標準煤約為500億kg以上。該項目為我國西北鄉村建築節能與太陽能供暖提供了經驗與方法，為推動我國新型城鎮化建設快速發展提供了有力保障。