太阳能热利用系统的长期监测与节能减排效益评价-何涛

太阳能热利用系统长期监测与节能减排效益评价中国建筑科学研究院 何涛 张昕宇 郑瑞澄国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京） 黄祝连 邓昱 张磊 摘要 介绍了太阳能热利用主要的几种系统形式，分析了太阳能热利用系统的性能与运行参数的关系，提出了典型热利用系统的监测评估方案，用于太阳能热利用系统的监测和性能评价。关键词 太阳能热利用 监测 节能减排效益评价 一、问题的提出随着常规能源的价格日益高涨，太阳能等可再生能源的利用日益受到重视，但是投资建设太阳能热利用系统，其节能效果究竟如何，能否达到设计要求，急需一套科学、实用、可行的方法进行测试和评估。本文将在介绍太阳能热利用系统形式的基础上，分析系统性能与运行参数的关系，提出了典型热利用系统的监测评估方案，用于太阳能热利用系统的监测和性能评价。但是对于如何评价太阳能热利用系统还存在着一些技术难点：1.太阳能热利用系统主要评价指标的确定。选取合理的指标来评价太阳能热利用的节能性能、常规能源替代量、系统效率和经济性等是目前研究的重点。2、由于我国的幅员辽阔，气候多样，建筑形式多样，太阳能热利用系统形式多样，因此需要统一系统评价指标的测试方法，保证相关评价指标的一致性。 3、太阳能保证率的计算评价方法； 4、系统效率的计算评价方法； 5、系统常规能源替代量的计算评价方法。二、太阳能热利用系统形式太阳能热利用系统主要包括两部分，一部分是太阳能集热系统，一部分是末端用热系统，根据末端用热系统的不同，分为太阳能热水系统、太阳能采暖系统和太阳能空调系统。一般情况下，热水负荷是全年性负荷，采暖负荷和空调负荷是季节性负荷，因此常见的太阳能热利用系统除了太阳能热水系统是负荷比较单一之外，其他形式的太阳能热利用系统都是热水和采暖或空调的复合系统，太阳能热水系统由太阳能集热系统、供热水系统和辅助热源系统组成，用热水温度一般为4055；太阳能热水采暖复合系统，系统由太阳能集热系统、供热水系统、采暖系统和辅助热源系组成统，采暖系统末端一般采用辐射换热为主的散热系统，工作温度4060；太阳能热水、采暖和空调复合系统，系统由太阳能集热系统、热力驱动的冷水机组、采暖空调末端系统、辅助热源或者辅助冷源系统，热力驱动的吸收式冷水机组需要供热温度要在80以上。三、太阳能热利用系统性能与运行参数的关系分析太阳能热利用系统性能与集热器工作特性有着密切的关系，式（1）为太阳能集热器热性能公式， （1）式中：集热器工作效率，无量纲； 测试得出的集热器特性参数，归一化温差为0时集热器的工作效率，无量纲，； 测试得出的集热器特性参数，集热器热损系数，W/；其中 集热器工质进口温度，；环境空气温度，；太阳辐照度，W/。从集热器的热性能公式可以知道，太阳能集热器的工作效率与集热器工质进口温度、环境空气温度和太阳辐照度有关，确定太阳能集热系统所在地之后，环境空气温度和太阳辐照度即为定值，而集热器工质进口温度与末端用热系统所需温度的关系密切相关，末端用热温度越高，集热器工质进口温度会越高，集热器的工作效率会降低，得到太阳能的热量越少，反之，末端用热温度降低，集热器工质进口温度也随之降低，集热器的工作效率会提高，得到太阳能的热量越多。表1为一个集热器在不同形式太阳能热利用系统在相同气候工作条件下集热器归一化温差和集热器工作效率的变化。表1不同形式太阳能热利用系统在相同气候工作条件下集热器归一化温差和集热器工作效率的变化系统性式 参数末端系统工作温度（）归一化温差（W/）设计工况下的效率冬季夏季冬季夏季太阳能泳池加热系统270.0550.00330.5450.664太阳能生活热水加热系统500.1130.04170.4130.576太阳能地板辐射采暖系统400.088-0.470-太阳能空调系统（吸收式冷水机组）95-0.1167-0.403从上表可以看出，夏季工况条件下，末端工质工作温度最高的太阳能空调系统在95时工作效率为0.403，末端工质工作温度最低的太阳能泳池加热系统在27时工作效率为0.664，同一个集热器在不同工端工质工作温度下，集热器工作效率相差0.26。四、典型太阳能热利用系统监测评估方案监测是评估的基础，对于太阳能热利用系统，太阳能集热系统是相同的，区别是不同的末端用热系统的温度不同，太阳能集热系统的评价主要包括太阳能集热系统效率和贮热水箱热损系数。太阳能集热系统效率为太阳能集热系统有用得热量与同一测试期间内投射在太阳能集热器上日太阳辐照能量之比。本指标用于评价太阳能集热系统的性能，计算公式见式（1）： （1）式中：集热系统效率，%；太阳能集热系统得热量，MJ;对于短期测试，测量贮热水箱的温升即可，长期测试需要安装相应测试仪表，此时按下式计算： （2）式中水的密度，kg/m3；水的比热容，J/（kgK）；集热系统循环水量，m3； 进出口温差，。太阳能集热器采光面积，m2；太阳能集热器采光面上的太阳能辐照量，MJ/m2；贮热水箱平均热损系数是表征贮热水箱保温性能的参数，该值反应贮热水箱保温性能的好坏，计算公式见式（3）： （3）式中：贮热水箱热损系数，W/K;水的密度，kg/m3，水的比热容，J/（kgK）；贮热水箱容水量，m3;降温时间，s；开始时贮热水箱内水温度，；结束时贮热水箱内水温度，；降温期间平均环境温度，；针对三种典型的不同末端类型太阳能热利用系统，提出监测评估方案如下：1.太阳能热水系统监测评估方案太阳能热水系统的评价指标包括太阳能热水保证率，太阳能热水系统效率，系统常规能源替代量等指标。图1为典型的太阳能热水系统监测方案原理图。图1 太阳能热水系统监测方案原理图太阳能热水系统保证率为太阳能部分提供的热量与同一测试期间热水系统提供的热量的比值。本指标用于评价太阳能热水系统的节能效果，计算公式见式（4）： （4）式中：系统太阳能保证率；系统消耗的热量，MJ；辅助热源提供的热量，MJ；太阳能热水系统效率为太阳能热水系统提供的热量与同一测试期间消耗常规能源的比值。计算公式见式（6）： （6） 式中：太阳能热水系统效率；主要设备运行所消耗的能量，包括水泵等设备，MJ；太阳能热水系统系统常规能源替代量计算与系统采用的辅助能源形式有关，根据上面的分析太阳能系统提供的热量为（），则系统的常规能源替代量应用式（7）计算： （7）式中：太阳能热水系统系统常规能源替代量，MJ；辅助热源加热效率；如果采用电为辅助热源，按我国当年单位kwh煤耗直接折算为标准煤。如果采用其他形式的辅助热源，则按热值相等的原则折算为相应的标准煤。2.太阳能热水采暖系统监测评估方案太阳能热水采暖系统的评价指标通常应包括两部分，一部分是非采暖季节，系统满足热水需求时的评价指标，此时同太阳能热水系统监测评估方案，一部分是同时有采暖和热水需求时的评价指标，包括太阳能热水、采暖系统保证率，太阳能热水、采暖系统效率，系统常规能源替代量等指标。图2为典型的太阳能热水、采暖系统监测方案原理图。图2 太阳能热水、采暖系统监测方案原理图太阳能热水采暖系统保证率为太阳能部分提供的热量与同一测试期间热水系统提供的热量和采暖耗热量的比值。计算公式见式（8）： （8）式中：太阳能热水、采暖系统太阳能保证率；系统消耗的热量，包括热水系统耗热量和采暖系统耗热量，MJ；太阳能热水采暖系统效率为太阳能热水、采暖系统提供的热量与同一测试期间消耗常规能源的比值。计算公式见式（7）： （9）式中：太阳能热水、采暖系统效率；系统常规能源替代量计算同太阳能热水系统计算方式相似，但是应分为两个部分，一个是非采暖季节仅提供热水时与太阳能热水系统的系统常规能源替代量计算相同，一部分是系统同时提供热水和采暖用热要求时的常规能源替代量，计算公式见式（10） （10）式中：太阳能热水采暖系统常规能源替代量（采暖季）,MJ则太阳能热水采暖系统常规能源替代量为，折算成标准煤的算法同太阳能热水系统。3.太阳能热水采暖空调系统监测评估方案太阳能热水采暖空调复合系统的评价指标通常应包括三部分，一部分是非采暖和非空调季节，系统满足热水需求时的评价指标，此时同太阳能热水系统评价指标，一部分是同时有采暖和热水需求时的评价指标，此时同太阳能热水、采暖系统评价指标，第三部分是同时有空调需求和热水需求时的评价指标，包括太阳能热水、空调系统保证率，太阳能热水、空调系统效率，系统常规能源替代量等指标。图3为典型的太阳能热水采暖空调系统监测方案原理图。图3典型的太阳能热水采暖空调系统监测方案原理图太阳能热水空调系统保证率为太阳能部分提供的热量与同一测试期间热水系统提供的热量和空调用热量的比值。计算公式见式（11）： （11）式中：太阳能热水空调系统太阳能保证率；系统消耗的热量，包括热水系统耗热量和空调系统耗热量，MJ；太阳能热水空调系统效率为太阳能热水空调系统提供的热量与同一测试期间消耗常规能源的比值。计算公式见式（12）： （12）式中：太阳能热水空调系统效率。系统常规能源替代量计算同太阳能热水系统计算方式相似，但是应分为三个部分，一个是非采暖季节仅提供热水时与太阳能热水系统的系统常规能源替代量计算相同，一部分是系统同时提供热水和采暖用热要求时的常规能源替代量，这两部分常规能源替代量计算同太阳能热水采暖系统常规能源计算，第三部分同时有热水空调需求时常规能源替代量，热水工况时的常规能源替代量计算同太阳能热水系统常规能源替代量计算，计为;对于太阳能空调工况时的常规能源替代量计算，应将太阳能提供的空调用热量乘以热力驱动的冷水机组的热力COP（如溴化锂吸收式冷水机组的热力COP通常为0.7）折算成制冷量，再将制冷量按常规电制冷机组的制冷系统折算成相应的耗电量，按我国当年单位kwh煤耗直接折算为标准煤，即为空调工况的常规能源替代量,计为，则太阳能热水采暖空调系统常规能源替代量为。六、小结1.太阳能热利用系统性能与运行参数、系统采用辅助能源形式有关，应结合运行参数和辅助能源类型对系统性能进行评价。2.可以根据本文提出的监测评估方案对太阳能热利用系统进行评价。何涛 男 1974年7月 高级工程师 北京市北三环东路30号 100013 本研究项目受到“十一五”国家科技支撑计划项目（项目号：2006BAJ04A05，2006BAJ04A03）资助。 华北地区典型农宅采暖能耗模拟及节能分析北京建筑工程学院 董海广,许淑惠摘要 对华北地区农村住宅进行实地调查，用DeST-h模拟软件对新、旧两种典型的农村住宅进行了冬季采暖能耗的模拟计算。设计了几种节能改造方案，并对各种方案做了节能敏感性分析，提出适合华北地区使用的外窗类型和选择原则，探讨了各种围护结构的保温性能在降低采暖能耗中的作用大小，并对新、旧住宅的保温性能进行了对比，总结出农村住宅的节能改造意见。关键词 能耗模拟 DeST-h 节能改造 保温 农村住宅 1 引言随着中国经济的发展，农民收入水平逐步提高，农村建筑能耗已经成为我国建筑节能不可忽略的问题，特别是农村商品能消耗量呈现快速上升的趋势。2007年我国农村建筑面积为240亿m2，占全国总建筑面积的56%，总耗电量为900亿度/年1。1995年我国农村生活用煤为8611万吨标准煤，到2005年，增加到16684万吨标准煤2，是1995年的1.94倍，平均年增长率为3.4%。根据2008年中国统计年鉴中20012008年逐年煤炭平衡表中数据进行分析，农村生活用能消耗的煤炭已经占我国煤炭生产量的10.8%。减少农村商品能耗，降低农村生活用商品能总量，改善农村住宅环境状况，提高农村能源利用效率，实现农村的可持续发展成为新农村建设的一个重要方面。我国学者对严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷的建筑节能与保温方面进行了研究3-5，对农村住宅的节能与保温有参考意义。近年来，农村住宅环境状况，已引起人们的重视，太阳能技术与吊炕技术在农村住宅中得到推广应用，并有学者对农宅建筑能耗进行模拟分析，提出改进措施67。本文主要通过对华北地区的农宅用能情况进行研究，提出改善华北地区农村住宅的节能措施。2 华北地区农村住宅现状2009年冬季，我们对华北地区15个地方的农村进行用能情况调查，从调研的情况看，华北地区农村住宅主要的特点及主要问题：（1）外墙传热系数大，热损失严重目前华北农村新建房屋外围护结构65%采用370mm实心砖，35%采用240mm实心砖，其中95%无任何外保温措施，只有5%的外墙加外保温层。旧住宅中有四分之三的外墙使用240mm实心砖+土坯，纯土坯墙现已少见。屋顶一般为平屋顶和坡屋顶两种，平屋顶占到四分之三。出于美观要求，新建房屋中三分之一有吊顶，材料以石膏板为主。（2）地面和屋顶无保温措施农村住宅的地面和屋顶基本未采取保温措施，部分仅考虑到地面防潮的要求。坡屋顶住宅屋顶以砖瓦材料为主，近十年的新建住宅中大部分平屋顶住宅使用水泥预制板或现浇混凝土结构，冬季屋顶有结露现象，影响室内环境。旧住宅和少部分新建平屋顶住宅使用木制结构屋顶，透气性和保温性较好。（3）外窗传热系数大，密闭性不好，保温效果差华北地区农村住宅各种外窗构成比例为：单层玻璃46%，双层玻璃37.4%，纸糊2%，半玻璃半纸糊4.6%；木窗占五分之三，其它大多为铝合金窗。木窗基本都由当地木工加工定做，使用一段时间后容易发生形变，造成较大的缝隙，冬季冷风渗透现象严重，其它类型窗户因未采取很好的密封措施，也存在这种现象。（4）采暖效率低，能耗大，室内温度低在华北地区冬季，相当多的农户全家集中到一两间卧室中生活以减少采暖用能。目前农村新建住宅，98%采用土暖气采暖，每户商品煤消耗约为13kg/天，2%采用空调器采暖。旧式住宅每户平均有两个蜂窝煤炉取暖，每户商品蜂窝煤消耗约为7kg/天。采暖室内平均温度10-12左右。耗煤量高达30-40千克标准煤/m2，为城市采暖能耗的1.52倍。（5）室内外环境污染严重农村新建住宅室内环境比较好。旧式住宅室内环境比较差，一般煤炉采用薄铁皮烟筒向外排烟，室内烟气较重。冬季烹饪有30%农户采用秸秆，60%农户采用煤炉，10%农户采用罐装煤气。由于炉具、灶具设计不合理，燃烧效率低，造成室外空气环境的严重污染。因此，根据华北地区农村住宅的特点，提高传统采暖方式的采暖效率，降低能耗，同时提高各种可再生资源的使用效率，推广新能源，新技术找到采暖问题的解决方案是当前农村建筑节能的重点。下面对华北农村典型住宅的既有建筑及其几种节能改造方案进行模拟能耗分析，提出农村住宅的节能改造措施。3 农村既有住宅及节能改造方案从华北农村住宅中选取新、旧两栋具有代表性的实际住宅作为基准建筑，在此基础上进行节能改造，对基准建筑和节能改造后的建筑进行能耗分析。农村住宅有正方与厢房之分，厢房中很少有人员活动，故本文只针对提供居民主要休息活动场所的正房进行能耗模拟和节能改造的研究，对于厢房仅考虑其对正房的遮阳效果，不作为采暖计算对象。3.1 基准旧住宅及节能改造方案选取有四间正房和两间厢房的农村住宅为基准旧住宅，屋顶为平屋顶，正房层高3.3米，厢房层高3米，建筑平面图如图1所示，外墙为内外120mm红砖中间夹220mm土坯，内表面抹灰10mm，传热系数为0.769W/(m2K)，屋顶为木制结构，上铺苇箔、麦秆、粘土、抹灰、水泥砖，传热系数为1.631W/(m2K)，外窗为3mm单层玻璃木窗，传热系数为5.9 W/(m2K)，外窗尺寸见图1，无遮阳措施。根据旧住宅围护结构的特征，采用的节能改造方案为：（1）更换外窗；（2）屋顶保温；（3）增加吊顶。 图1 基准旧住宅建筑平面图 图2 基准新住宅建筑平面图3.2 基准新住宅及节能改造方案基准新住宅的正房与东侧厢房相连，东厢房作为冬季供暖的土暖气放置房间，屋顶为平屋顶，正房层高3.8米，厢房层高3.5米，建筑平面图如图2所示，外墙为内外370mm红砖外墙，内表面抹灰10mm，传热系数为0.969W/(m2K)，屋顶为预制水泥板结构，传热系数为3.0W/(m2K)，外窗为3mm单层玻璃木窗，传热系数为5.9W/(m2K)，外窗尺寸见图2，南侧有1.5m外挑屋檐作为遮阳设施。新住宅在外观上虽比旧住宅美观很多，但外墙和屋顶传热系数都远高于旧住宅，保温效果反而不如旧住宅，故提出的节能改造方案为：（1）更换外窗；（2）屋顶保温；（3）外墙保温；（4）增加吊顶；（5）南向设附加阳光间；（6）改善门窗的密封性，减小通风量。4 冬季采暖能耗模拟和节能敏感性分析采用建筑能耗模拟软件DeST-h模拟以上两种住宅在节能改造前后的冬季采暖能耗，计算中室内人员、灯光、设备、通风量的设定均按农村居民的生活习惯设置。4.1 基准旧住宅及其节能改造的能耗模拟分析4.1.1 更换外窗华北地区属于寒冷地区，夏季炎热湿润、冬季寒冷干燥，日照率大，冬季供暖期（四个月左右）长于夏季供冷期（两个月左右），该地区住宅建筑的冬季供暖能耗远高于夏季供冷能耗，尤其对于农村住宅来说，夏季几乎不用空调，主要以冬季采暖为主，故外窗的选择以高透射率低传热系数玻璃为最好的选择7。本文选择了三种传热系数不同的外窗作为节能改造的备选玻璃窗来进行住宅冬季采暖能耗的模拟，模拟结果如下表1所示。各种不同的玻璃窗构造不仅在传热系数和太阳得热系数上有差异，在密封性能上同样有所不同，通风量的大小就会不一样，这样就会造成冬季的冷风渗透量不同，故本文在计算更换外窗后的采暖能耗时，分考虑外窗的通风性能差别与不考虑通风性能差别两种情况，使用各种外窗时的住宅采暖能耗如图3所示。从表1和图3中可以看出高透射率低传热系数的玻璃窗的节能效果最好，玻璃窗的密封性能对采暖能耗也有较大的影响，密封性能良好的高透射率低传热系数玻璃窗可使采暖能耗降低17.4%，节能效果非常可观。表1 基准旧住宅采用不同外窗结构后采暖能耗模拟比较玻璃窗构造窗传热系数太阳得热系数采暖季热负荷指标采暖节能率不考虑通风考虑通风不考虑通风考虑通风W/(m2K)SHGCW/m2%木窗3mm单玻5.90.7431.9031.900.00.0中空9mm双玻3.10.72230.4727.504.513.8三层玻璃2.30.51330.9327.933.012.4高透低辐射玻璃1.70.72229.3426.358.017.44.1.2 屋顶保温和增加吊顶本文中外墙和屋顶保温均采用聚苯板作为保温材料，以便于分析研究住宅的采暖能耗随保温层厚度的变化规律，模拟结果如图4所示，从图中可以看出当保温层厚度比较薄时采暖能耗降低的速率比较迅速，当保温层厚度达到5060mm时，采暖能耗降低的速率开始变小，此时外墙传热系数为0.480.42W/(m2K)，降低速率变化的原因分析为屋顶传热系数的降低随保温层厚度的增加亦变得缓慢，故不可盲目地增加保温层的厚度，应考虑改造成本与运行成本的经济性分析8。 图3 旧住宅采用各种外窗时的住宅采暖能耗比较 图4 住宅采暖能耗随保温层厚度的变化建筑节能改造时增加屋顶保温成本较大，且难以施工，故不作为建筑节能改造的推荐方式。本例中增加7mm的石膏板吊顶即可使采暖热负荷指标从31.9 W/m2降到29.75 W/m2，节能率6.7%，相当于在屋顶增加20mm的聚苯板保温，如在吊顶上另作保温措施，可取得很好的保温效果且施工难度低。另外，如将此旧住宅的土坯外墙换为37砖外墙，采暖热负荷指标将达到35.03 W/m2，增加能耗9.8%，可见土坯外墙比37砖外墙具有更好的保温作用，故对旧住宅的外墙可不考虑保温。4.2 基准新住宅及其节能改造的能耗模拟分析4.2.1 更换外窗对于新建住宅本文选择了四种传热系数不同的外窗作为节能改造的备选玻璃窗来进行住宅冬季采暖能耗的模拟，模拟结果如下表2和图5所示，从中同样可以看出各种玻璃窗在华北这种寒冷地区使用时的保温性能差别，依然是高透射率低传热系数的玻璃窗保温性能最好，由于新住宅的南向外窗面积比旧住宅大，故更换外窗的节能效果更加明显，节能率最大达27.2%，农村住宅选用双层中空高投射Low-e玻璃窗是最好选择，如受经济条件限制可选用双层中空普通玻璃窗9。表2 基准新住宅采用不同外窗结构后采暖能耗模拟比较玻璃窗构造窗传热系数太阳得热系数采暖季热负荷指标采暖节能率不考虑通风考虑通风不考虑通风考虑通风W/(m2K)SHGCW/m2W/m2%木窗3mm单玻5.90.7840.4040.400.00.0木窗6mm单玻5.70.7437.3437.347.67.6中空9mm玻璃3.10.72234.5331.8214.521.2三层玻璃2.30.51334.6730.6014.224.3高透低辐射玻璃1.70.72232.1429.4120.427.2图5 新住宅使用各种外窗时的住宅采暖能耗比较4.2.2 屋顶和外墙保温由于新住宅的屋顶和外墙传热系数均较大，故需在屋顶和外墙均设保温，在以下模拟计算时新住宅外窗改选用双层中空普通玻璃，以避免外窗热损失过大对分析结果的影响，其它设置依照基准新住宅的参数，新住宅采暖能耗随保温层厚度的变化如图6所示。 图6 住宅采暖能耗随保温层厚度的变化 图7 住宅节能改造的采暖能耗比较从图6中可以看出对屋顶作保温的节能敏感性最大，其次是北墙，原因是屋顶的传热系数最大，作保温后传热系数的变化也最大，另外屋顶和北墙的面积较大，做相同厚度的保温减少的热损失较大。东墙、西墙及南墙的面积较小，作保温后对整个建筑的采暖能耗影响较小，但东墙和西墙分别对东卧室和西卧室的采暖能耗有明显的影响。屋顶的保温层厚度同样是达到5060mm时，采暖能耗降低的速率开始明显变小，此时的屋顶传热系数是0.550.48W/m2，可见5060mm保温层厚度，传热系数0.48W/m2左右，是随屋顶保温层的增加采暖能耗降低的一个变缓区域。北墙的保温层厚度达到4050mm，传热系数为0.450.40W/m2时，采暖能耗降低的速率开始明显变小，而另外三面墙的拐点则是在10mm左右，且这三面墙的变化曲线基本重合。新住宅在不作保温时的冬季采暖热负荷指标远高于旧住宅，人们在提高住宅的美观同时却忽略了住宅的能耗，室内居住热环境得不到提高，如新住宅中使用双层窗并在外墙尤其是屋顶上作些保温可以显著提高其保温效果，减少采暖能耗，减少住宅的使用成本。4.2.3 其它节能改造方案新住宅增加吊顶、设附加阳光间、减小通风量三种节能改造方案的采暖能耗如图7所示。农户出于美观要求一般在新建住宅中均采用了吊顶，使用密闭性好传热系数低的吊顶材料也可取得非常好的节能效果，本例中使用7mm的石膏板做吊顶即可达到15.8%的采暖节能率。针对大多数新建住宅均有南向1.5m左右的外挑屋檐，可沿屋檐的外缘在南向增设附加阳光间，可以收到冬季保暖夏季遮阳的效果，还可阻挡外界灰尘，在笔者的实际调查中，有附加阳光间的居民对此都有非常满意的评价。本例中增设附加阳光间可以达到15.4%的采暖节能率，节能效果明显。在夏季应注意开启附加阳光间的外窗，增加里面的通风换气次数，否则会有小型温室的作用，使室内温度偏高。对于密封性不好的外窗，使用密封胶封闭门窗缝隙，减小冬季冷风渗透，以非常低的成本即可取得比较可观的节能效果，本例中将室内最大通风量从5次/h降低到2次/h，即可达到8.7%的采暖节能率。本文模拟计算结果与实际调查结果基本一致，部分节能改造方案已在新建住宅中使用。5 结论1 北方地区农村住宅选用外窗时以高透射率低传热系数的外窗为最佳，具体来说双层中空高投射Low-e玻璃窗是最好选择，如受经济条件限制可选用双层中空或三层中空普通玻璃窗来代替，外窗的密封性能也对采暖能耗有重要影响。2 旧住宅的外墙保温性较好，对其进行节能改造时重点是改善其外窗的隔热性能和密封性，其次可在屋顶进行保温或增设吊顶，均可收到明显的节能效果。3 相对于旧住宅，新住宅的外墙和屋顶传热系数均较大，进行节能改造时首选增设吊顶并在屋顶作保温，其次是在北墙作保温，如果新住宅的外窗是单层窗，也宜改为双层窗。4 借鉴旧住宅外墙保温性较好的优点，充分利用农村当地的农业资源，在将建的农村住宅中可考虑使用由两层砖墙中间加土坯或碎石块以及利用麦秆、稻草加工成的轻质墙板等材料组成的复合墙体，在屋顶的水泥或混凝土楼板上增设由麦秆、稻草组成的保温层。5 新住宅可充分利用外挑屋檐，增设南向附加阳光间，可收到冬季保暖夏季遮阳的效果，节能率可达15.4%。6 随着保温层厚度的增加采暖能耗降低的速率逐渐变小，使用聚苯板保温，屋顶保温层厚度达到5060mm，传热系数在0.48 W/m2左右时，采暖能耗降低的速率开始明显变小，当使用其它保温材料时同样会在传热系数达到0.48W/ m2时，出现采暖能耗降低速率的变缓现象；对于北墙变缓区域则为5060mm，传热系数为0.450.40W/m2；东、南、西三面外墙采暖能耗速率曲线的拐点在10mm附近，可见只需稍作保温即可。7 本文仅从采暖能耗上对以上各节能改造方案进行了节能敏感性分析，提出了改造意见和外窗的选择原则，有待进一步深入进行改造费用与运行费用的经济性分析。 参考文献1 郑竺凌, 李永红, 杨旭东. 北京市农村住宅节能研究J. 建筑科学, 2008, 24(4):9-142 清华大学建筑节能研究中心. 中国建筑节能年度发展研究报告2009M. 北京: 中国建筑出版社, 2009.33 茅艳, 刘加平. 严寒地区住宅窗户节能技术J. 工业建筑, 2006, 36(01):11-134 张志强, 王昭俊, 廉乐明. 严寒地区居住建筑室内热舒适模拟研究J. 暖通空调, 2005, 35(09):11-145 鲍景卫, 沈致和. 夏热冬冷地区维护结构保温性能对能耗的影响J. 山西建筑, 2009, 35(32):240-2416 陈滨, 庄智, 杨文秀. 被动式太阳能集热墙和新型节能炕耦合运行模式下农村住宅室内热环境的研究J. 暖通空调. 2006, 36(02):20-247 蔡伟, 解国珍, 闫树龙, 吴刚, 张新兴. 新农村建筑中太阳能采暖技术的应用J. 安徽农业科学, 2007, 35(34):11177-111788 高建卫, 朱能, 叶建东. 北京农村地区居住建筑的适用节能措施分析J. 天津大学学报(社会科学版), 2009, 11(5):420-4239 刘宇宁, 陈超, 屈璐等. 玻璃窗在建筑节能中的作用及其特性分析J. 建筑热能通风空调, 2006, 25(6):80-84Heating Energy Simulation and Energy Saving Analysis of Typical Rural Housein Northern China AreasDong Haiguang, Xu ShuhuiSchool of Environment and Energy Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing, China, 100044Abstract: Based on a field investigation of the structure and heating energy consumption in winter of northern china rural houses, the heating energy consumption of typical new and old houses was simulated by DeST-h. Several methods of energy saving projects were designed and simulated the energy saving effects. These projects included windows arrangement and design principles, various isolation materials installed in roof, ceiling and walls. The energy saving effects of improvement in the design for the old and new rural houses were simulated and compared. The energy saving reconstruction principles of the rural houses are summarized.Keywords: energy consumption simulation, DeST-h, energy saving reconstruction, insulation, rural house 16