装配式超低能耗绿色新农宅体系研究
摘要：本文阐述的“装配式超低能耗绿色新农宅体系”是装配式建筑技术、被动房技术和清洁能源技术的有机结合，既节能环保又舒适宜居，是新农村建设的发展方向。
装配式采用“SZ系列绿色轻型钢结构装配式建筑体系”，被动房采用“NCC 纳米微孔硅酸盐相变蓄能自保温材料”，清洁能源采用“太阳能空气能复合源热泵三联供系统”，主要指标：装配化率>95%，节能率>92%，COP>3.5，达到国际先进水平。
下载论文网 关键词：装配式 超低能耗 新能源 农村住宅 中图分类号：TU375 文献标识码：A Research on Prefabricated and New Green Rural Housing System with Ultra— Low Power Consumption Qi Shenghui1，Jiang Haihong2，Wang Heng3，Xiong Yue3，Zhao Yang3（1.Shandong Energy Saving Technology Research Institute，Dezhou 253000，Shandong，China；2.Beijing Tianyi New Energy Technology Co.， Ltd.；3.Beijing Shanzhu Technologies Inc，Beijing 100000，Beijing，China） Abstract：In this paper， “prefabricated and new green rural housing system with ultra—low power consumption”is the organic integration of prefabricated technology， passive house and clean energy； this system is not only energy conservation and environmental protection， but also comfortable and livable， which are the new development of the new rural construction. The prefabricated housing using “SZ series of green light steel structural prefabricated building system”， passive house conditions established by applying NCC（Nano—cellular air Crete high effi ciency self—thermal insulation systems， clean energy using “solar energy compound heat source with triplex pump supply system”. The main indicators： prefabricated rate>95%， energy saving rate>92%， COP>3.5， which are all reached advanced international standards. Key words：Prefabricated ultra—low energy consumption new energy rural housing 1 引言 本文所述“?b配式超低能耗绿色新农宅体系”，实质上是指装配式被动式节能屋（德语：Passivhaus ）。
笔者认为“被动式”的称谓容易产生歧义，称之为“超低能耗”更为确切。
超低能耗住宅起源于20世纪90年代的德国著名金融中心城市法兰克福。
主要通过住宅本身的构造做法达到高效的保温隔热性能，并利用太阳能和家电设备的散热为居室提供热源，减少或不使用主动供应的能源，或采用清洁的可再生能源。
被动式节能屋的概念适用于世界各地，只是根据当地气候条件，建筑结构材料的用量会有所差异。
寒冷地区关心的是保温，炎热地区更关心的是隔热，例如遮阳、通风等。
也就是说，超低能耗房屋的个性特点是由当地气候条件决定的。
大力发展被动式超低能耗建筑，是我国城乡住房建设可持续发展的必由之路。
随着国民经济的发展，中国人的能源消耗标准，已接近发达国家平均水平，能源消耗总量是巨大的。
建筑节能作为世界公认的三大节能减排的主要领域之一，潜力最大。
所以，发展被动式超低能耗建筑，对世界的能源消耗，减少全球温室气体排放和气候变化意义重大。
就现阶段我国产业化现代化水平，在城市推广“被动式高层住宅”是完全可能的，并且城市清洁能源已得到普遍推广。
顺应时代发展，在中国全面建设社会主义新农村的今天，推广被动式超低能耗建筑，正逢其时。
发展农村清洁能源，形成清洁、经济、自给自足的新农村能源体系显得尤为重要。
诚然，装配式超低能耗建筑的造价，要比普通建筑高一些（约500元）。
但是，较之全国各地实行财政补贴在农村推行“煤改电”或“煤改气”的政策，推广装配式超低能耗建筑，更为经济合理。
限于篇幅，本文仅对“装配式超低能耗绿色新农宅体系的研究”作概念性的简单介绍，仅供参考。
2 国内外农村住宅现状 发达国家由于经济和科技发展较快，通过相应的低碳节能法律法规的出台、节能环保新技术材料应用、政府对农村住宅建筑补贴等方式，使低碳节能的农村住宅建筑得到了大面积的推广及应用。
在德国、瑞典、日本、美国等国家，住宅整体居住水平较高，房屋抗震、防风、耐久、节能、环保性能优越，尤其在建筑工业化方面，其工业化率基本已达到70%以上。
我国农村常住人口约6亿人，农村住房建筑面积约240亿平方米，由于缺乏明确的建筑规范要求，农村住宅仍旧游离在众多建造法规之外，建设随意、设计不规范、建造质量参差不齐、居住舒适性和实用性较差。
大量的建筑资源浪费、较高的建筑能耗、严重的建筑污染、较多的建筑垃圾均已成为阻碍农村住宅发展的重要因素。
3 农村住宅能源利用现状 我国农村住宅能耗大，能源浪费现象十分严重，调研发现90%的农宅没有保温隔热措施。
特别是我国北方地区，住宅室内保温性能差，建筑的使用周期内在能源消耗较大。
2015年，农村住宅的商品能耗为2.13亿吨标煤，占建筑总能耗的25%，其中电力消耗高达2060亿kWh。
与发达国家相比，我国住宅外墙能耗是他们的2.6～3.6倍，屋顶能耗是3.2～4.2倍，外窗耗能是1.4～2.0倍，门窗空气渗透量是3～6倍，总能耗是2～3倍。
从全国农村住宅建筑用能的消费结构可以看出，整个北方地区农宅冬季供暖能耗总量已经达到1.05亿吨标煤，其中，煤炭约为7800万吨标煤，供暖能耗约占生活总能耗的53.6%，部分省份的供暖能耗所占比例达到了60%以上。
虽然煤改电、煤改气已开始推行，但农村燃煤量还是十分巨大的，也是造成区域大气污染、温室气体排放、PM2.5增加的重要因素。
改善农村住宅是我国建筑节能、环境保护与可持续发展的焦点问题，是当前我国新农村建设、全面实现小康社会过程中必须予以解决的难题。
4 装配式超低能耗绿色新农宅建筑体系 装配式超低能耗绿色新农宅建筑体系是一种包含冷弯薄壁型轻钢结构，新型结构保温防火装饰一体化维护墙体，可实现超低能耗运行，辅助新能源应用，适用于一般农村住宅的绿色新型建筑体系。
所有构、部件全部标准化、模块化，工厂制造、现场装配。
该体系可在建筑全寿命周期内，最大限度地实现节能、节地、节水、节材，保护环境并减少污染，并全面改善农村居住条件。
以装配式、超低能耗、新能源的全新发展理念，引领绿色新农宅的发展方向，将建筑工业化普及至农村，真正从改善居住环境出发，为“三农”问题解决提供全新思路。
4.1 装配式建筑应用 装配式建筑是实现建筑工业化的核心技术体系。
与发达国家相比，我国建筑工业化程度较低，不到5%。
2016国务院办公厅《关于大力发展装配式建筑的指导意见》出台，要求将力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。
推广装配式建筑是有效降低建筑能耗、推进建筑新型工业化的重要载体，是未来建筑业的必然发展趋势，见图1。
将装配式建筑引入新农宅体系，采用结构安全可靠，抗震性能优越，高性价比的SZ系列绿色轻型钢结构装配式建筑体系（SHANZHU series of green light steel structural prefabricated building system，SZ系列），应用 BIM 进行模块化设计，把模型单元用“搭积木”的方式进行拼装，建造速度快，受气候条件制约小，节能、节水、节地幅度可达到 92%、60%、20%，减少建筑垃圾 80%，且能节约人工 60% 以上。
建筑质量可靠，利于环境保护，其综合性价比可以与任何形式的建筑结构形式相PK，完全满足农村住宅需求。
4.2 新材料技?g应用 世界发达国家，特别是欧美，已把每平方米零能耗作为未来的建筑节能目标。
装配式、集成化建筑、墙体自保温、防火保温装饰一体化、结构保温一体化、结构防火保温一体化、结构防火保温装饰一体化，以及超低能耗被动式绿色建筑是我国建筑行业的技术热点和发展趋势。
其中的技术关键之一是找到一种适合中国国情特色、绿色环保、防火安全的围护墙体材料。
绿色新农宅体系选用的NCC（NanoCellular air—Concrete）纳微孔硅酸盐气凝土自保温墙体材料，具有A级防火，根除火灾隐患，保温隔热性能优异等特点，内、外墙均可使用，耐候耐水性耐冻融循环，性价比高，经济实用，能耗低，在生产、施工和使用整个过程中均无有害污染物质释放。
由于自身优异的保温性能，无需另做外墙保温施工，大大节省保温材料费用和施工成本，见表1、表2，图2。
4.3 新能源技术应用 目前农村地区还在大量使用燃煤、秸秆等作为能源供给，给区域环境造成了强烈的影响，也是京津冀地区雾霾的主要成因。
因此，在推广建筑本体节能的同时，辅助清洁新能源的使用，是对提升农村住宅品质，改善区域环境十分有利的措施。
绿色新农宅体系根据单一空气源热泵、单一太阳能热泵及多换热器切换式太阳能一空气双热源热泵的优缺点，提出了一种新型的太阳能―空气复合热源热泵系统（Solar—Air Composite Heat Source Heat PumpSystem，SACHP），实现了对空气、太阳能两种可再生能源的综合利用和优势互补，尤其适合我国寒冷地区城镇住宅和乡村独立住宅空调采暖及卫生热水需求，对改善生态环境，引领新农村住宅环境建设，提供了一种可行的技术方法。
将SACHP系统与装配式农宅相结合，有效解决了能源供给问题，结合建筑本体保温性能优势，每年的运行成本极低，只需将新能源作为启动能源与补充能源即可完全满足三北地区供暖需求，新能源系统的应用为节约能耗，改善农村住宅环境提供了可靠保障，见图3。
5 绿色新农宅体系实施案例分析 5.1单体建筑技术方案 建筑方案以三北地区气候特点和满足现代乡村住宅主要使用功能为设计出发点，强调对新能源的利用，以超低能耗为原则，选择适宜的建造技术和合理的空间布局，从而达到美丽乡村建设标准。
根据农村居住特点，本次设计将农宅的功能空间分为三大部分：主要满足日常生活起居的居住空间、方便农机农具仓储的生活辅助空间和机械设备放置的生产服务空间。
结合装配式建筑标准化、模块化设计特点，及北方地区农村住宅特色，设计样板户型为两层，一层面积125平方米，二层为120平方米，总建筑面积245平方米，可满足4—6口人居住，八度抗震设防。
整个建筑方案完全体现了装配式、超低能耗、新能源的绿色新农宅设计宗旨，满足新农宅体系要求，同时可作为北方农宅标准进行推广应用。
5.2造价指标 案例户型设计，主体采用冷弯薄壁型钢混凝土组合梁板+冷弯薄壁型组合方管柱的板柱框架结构，维护墙体采用纳米微孔硅酸盐结构保温防火装饰一体化墙体，外墙厚度200mm，内墙120mm，屋面板采用纳米微孔硅酸盐复合板，屋架为轻钢屋架，楼梯为预制钢楼梯，窗为三层玻璃塑钢保温窗，外门为防盗不锈钢门，内门为木质门。
屋面搭载太阳能光伏集热板，同时配备太阳能―空气复合热源热泵系统。
造价计算主要包括主体钢结构、楼板及屋面板、内外墙、门窗、外装饰、屋顶装饰、水电管线、人工费、机械费，见表3。
注：主要材料及制作费用向相关厂家询价并参考《北京市工程造价信息》2017年第4期计取；安装过程中的人工费、机械费依据建筑工程人工工时、施工机械台时费及有关计价规定估算。
不含各项税费及各类取费，不含运费及保管费；以上报价均为正负零以上主体结构，毛坯房。
案例户型总面积为245平方米，合计建造总价约为36.7万元。
如按传统建造方式，总造价约为28万—30万左右。
采用装配式超低能耗绿色新农宅略高于传统建造方式，但保温、安全、节能环保及舒适性，是传统农宅无法比拟的。
5.3节能减排指标 根据《中国建筑节能年度发展研究报告2016》，农宅热负荷为120瓦/平方米，按照案例户型节能92%设计指标测算，热负荷约为15瓦/平方米，每天需热能约1296千焦/平方米供暖热量。
经测算采用空气源热泵，运行耗电1度电，可产生3倍热能，即产生1296千焦的热量，需用电0.12度。
如案例户型245平方米，供暖用电30度/天。
根据案例户型屋面设置的80平方米光伏发电系统，每日可提供约40度电，完全满足供暖用电。
依此，装配式超低能耗绿色新农宅体系，采暖不消耗高品位能源，完全没有采暖费，农民每年每户可节省1000—2000元采暖开销。
根据测算，采用装配式超低能耗绿色新农宅体系，每平方米建筑每年可节省供暖用燃煤30公斤，折合成标准煤21公斤，减少52.5公斤CO2排放，减少0.3公斤PM2.5，减少14.3公斤粉尘，减少1.58公斤SO2，减少0.79公斤氮氧化物，见表4。
根据上述测算，北京市在采暖期空气中PM2.5含量平均可减少70μg/m3，早中晚三餐峰值可减少150—250μg/m3，按照《环境空气质量指数（AQI）技术规定》意味着空气质量平均提高一个等级，例如PM2.5含量从200μg/m3下降到130μg/ m3，可由中度污染，下降到轻度污染。
6 绿色新农宅建筑体系应用推广意义 6.1 减少PM2.5及温室气体排放 农村的燃煤是造成雾霾的源?^之一，如果北方农村都实现了零煤耗，环北京的雾霾也会有极大改善。
在三北地区、环京津冀的2+26个城市及全国，推广绿色新农宅建筑体系，对减少PM2.5及温室气体排放，将会有极大帮助。
三北地区（西北、华北、东北）每年可减少PM2.5排放153万吨，温室气体排放5亿吨；环京津冀地区2+26个重点城市，每年可减少PM2.5排放97万吨，温室气体排放3亿吨；全国240亿平方米农村住宅，如果均能应用绿色新农宅体系，每年可减少PM2.5排放223万吨，温室气体排放7.3亿吨。
6.2 节能效果显著 伴随城市化进程加速，农村常住人口逐年减少，但农村住宅的商品能耗一直居高不下，主要还是由于农村住宅品质较差，尤其是北方地区，采暖期能耗更是占据了总耗能的60%左右。
如果均能应用绿色新农宅体系，三北地区（西北、华北、东北）每年可节约标准煤5580万吨；环京津冀地区2+26个重点城市，每年可节约标准煤3420万吨；全国240亿平方米农村住宅，每年可节约标准煤1亿吨。
6.3 对农村扶贫工作意义重大 绿色新农宅体系应用将有效改善农民居住环境，同时，可极大地降低农村燃煤现状，充分应用太阳能、空气能等新能源，加之建筑本体的超低能耗、装配式的建筑工艺应用，从建筑全生命周期降低综合能耗。
据报道，今年北京市在农村地区煤改电户数为67.4万，由财政承担的工程投资246.3亿元，此外，每户农民尚需自行投资1万多元，每户平均总投资近5万元，以后每个采暖季还至少需要2000元。
如果将这笔费用补贴装配式超低能耗绿色新农宅建筑，既减少了财政补贴，又节约农民的支出，会收到比“煤改电”或“煤改气”更高的社会经济和生态效益。
7 结论与建议 本文在近百项具有自主知识产权的装配式建筑、新材料和新能源专利技术的基础上，结合我国“三北”地区和京津冀2+26城市圈农村气候和人文条件，研究设计了系列装配式超低能耗绿色新农宅体系。
在上述地区推广装配式超低能耗绿色农宅，对于改善农村居住条件，节能减排是十分经济合理的。
更有利于社会主义新农村建设，实现“绿色、环保、节能、减排”的经济转型。
特建议从以下几个方面予以支持： 第一，对装配式政策支持和引导方面。
新农村改造补偿政策；装配式建筑奖励政策；被动式建筑奖励政策；清洁采暖财政补贴政策和电价优惠政策等。
第二，市场推广方面。
第三，标准和评价体系方面。
制定装配式超低能耗绿色新农宅体系的装配化标准；制定装配式超低能耗绿色新农宅体系的被动房标准；制定装配式超低能耗绿色新农宅体系的新能源消耗标准；制定装配式超低能耗绿色新农宅体系的标准图集。
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