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1、河北工业大学硕士学位论文寒冷地区农村住宅节能技术研究姓名：张延路申请学位级别：硕士专业：建筑技术科学指导教师：王殿池20081101 河北工业大学学位论文 i寒冷地区农村住宅节能技术研究 摘寒冷地区农村住宅节能技术研究 摘 要要 随着全球能源问题的日益严重，建筑节能技术和可持续能源的利用已经成为全世界各个国家住宅发展的趋势。在我国寒冷地区农村住宅中，普遍存在着围护结构保温性能差、能耗大、室内热舒适差等问题，给农民生活质量的提高和生活环境的改善都造成很大的影响。为了改变这一现状，本文在总结吸取以往研究成果的基础上，根据地区的实际情况，从围护结构保温技术、太阳能利用两个方面对住宅进行总体性和系统性
2、的优化。本文对我国寒冷地区农村住宅进行了调查，首先介绍了寒冷地区农村住宅的能耗现状，并对其进行了分析。然后从采用新型墙体材料、采用外保温技术、提高窗户的热工性能、加强窗户夜间保温和屋面保温方面进行研究，期望能够使围护结构达到理想的保温效果。本文还探讨了太阳能技术在寒冷地区农村住宅中的应用。通过调查研究，发现如果寒冷地区农村住宅运用适宜节能措施、并充分利用太阳能资源，可以使寒冷地区农村住宅成为低能耗、高舒适的住宅，并期望论文对寒冷地区新农村住宅建设提供一定的借鉴意义。关键词：关键词：寒冷地区，农村住宅，节能技术 河北工业大学学位论文 iiRESEARCH ON THE SAVING ENGERY
3、 TECHNOLOGY OF RURAL RESIDENCE IN COLDE AREA ABSTRACT With the worlds growing energy,building energy-saving technology and sustainable energy use in all countries around the world has become a residential development.Chinas cold in the rural residential areas,the prevalence of poor performance envel
4、ope insulation,heating cycle length,energy consumption,indoor thermal comfort poor,the peasants to improve the quality of life and living environment have improved a great impact.In order to change the status quo,the paper summed up the lessons in the past on the basis of research results,based on t
5、he realities on the ground,from the envelope insulation technology,the use of solar energy for both residential general and systematic optimization.This article investigates Chinese rural residence in cold area,first introduced the energy consumption of residence in cold rural area the status quo,an
6、d analyzed.And then using the new wall material,thermal insulation using technology to improve the thermal performance of windows,insulation to strengthen the windows at night and look into the issue of roof insulation,building envelope can look forward to achieve the desired effect of the insulatio
7、n.This article also discussed the solar energy technology in cold regions in rural residence applications.Through investigation and study,found that if rural residence in cold area regions suitable for use of energy-saving measures and make full use of solar energy resources will enable the rural re
8、sidence in cold area into the low-power,high comfort of home,paper look forward to the regions of the new housing construction rural residence in cold area to provide a reference significance.Key Words:Cold Area,Rural Residence,Energy Saving Technology 河北工业大学学位论文 1第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 课题来源及研究背景 1.1 课题来
9、源及研究背景 1.1.1 课题来源 1.1.1 课题来源 本课题来源于二七年十月科技部、建设部、国土资源部、教育部、国家标准委共同制定的“十一五”国家科技支撑计划重大项目农村住宅规划设计与建设标准研究所属第十个子课题村镇住宅建筑设计标准研究。本项目重点围绕村镇规划技术、农村住宅建筑设计技术、村镇住宅标准、村镇住宅建设标准与技术集成模式示范等研究内容发布的 21 个课题。本文所选该项目中的一部分寒冷地区农村住宅节能设计技术作为研究对象，通过对寒冷地区农村住宅进行调查研究，实施节能技术，并对实施节能技术前后，住宅室内热环境舒适度做对比完成本论文。1.1.2 研究背景 1.1.2.1 世界能源背景
10、1.1.2 研究背景 1.1.2.1 世界能源背景 70 年代初石油危机出现以后，能源问题倍受世界各国重视，纷纷进行研究，采取对策，但并未根本解决。70 年代末，能源问题被列为人类面临的四大问题之一（其他为粮食、人口、环境三大问题）。三十多年来经过各国多方探索，能源问题的严峻形势逐渐清晰起来。世界能源形势的特点首要是消费的飞速增长。20 世纪是世界人口增长较快的世纪，据联合国统计，从本世纪初到 70 年代中期世界人口增长约为之前的 1.5 倍，但同期能源消耗却增加了 10 倍。占能源消耗总量的 3/4 以上，其中石油、天然气、核能等优质能源更要占到 4/5。如果按人均能源消费计算，发达国家超过
11、发展中国家 10 倍或更多。占世界人口 3/4 的发展中国家的工业化和人民生活水平亟待提高，世界能源总消耗量的变化趋势仍将有增无减（参见表 1-1a、表 1-1b）1。能源生产的形势同样不容乐观。世界能源组织在 70 年代末及以后对全世界能源资源储量的估计是：煤可以开采 200 年，石油 30 年，天然气 50 年，铀 40 年。也就是说常规能源的资源已经面临枯竭。70 年代以来节约和开发新能源的工作在全世界有比较大的进展。新的非常规能源的开发由于种种原因在短期内难于缓解当前的能源问题。许多国家都把注意力集中在常规能源的节约上，也取得比较明显的效果。“节能”已经被称为煤炭、石油、天然气、核能之
12、外的第五大能源。寒冷地区农村住宅节能技术研究 2 表 1.1a 根据 1975 年联合国关于世界能源生产、消费与人口关系统计资料综合 Table 1.1a On the basis of the Stat.about the worlds energy produce.Consumption and population in 1975 美国 加 拿大 英国 法国匈 牙利 苏联日本巴西墨 西哥 埃及 阿尔及利亚 中国印度人均能耗量（吨油当量/人）7.28 8.59 3.06 3.593.044.753.081.111.240.61 1.06 0.560.27表 1-1b1985 年人均耗能 T
13、able 1.1b Every year everyone consume energy 在全世界日益增长的能源消耗中，无论是工业发达国家还是发展中国家，建筑能耗都是国家总能耗中比较重大的一项。建筑能耗包括建材生产、建筑施工、建筑日常运转及建筑拆除等项目的能耗。其中比重最大（约占 80%以上）的是建筑日常运转能耗（主要是采暖、空调、热水、照明、电器等用能）即住宅和公共建筑中的日常能耗或称“民生能耗”。近年来国外发表的统计资料表明，发达国家的建筑能耗占国家总能耗的 4048%。70 年代中期联合国统计欧美 12 国“民生耗能”约占总能耗的 1/3。70 年代后期日本的建筑能耗占全国能耗的 30%
14、，其中“民生耗能”为 20%。70 年代初丹麦建筑日常能耗占全国总能耗为 2030%。苏联末建筑师介绍 80 年代末苏联建筑耗能占全国总能耗的 25%，并估计全世界建筑能耗占总能耗的比重的 37%。以上数字大致可以说明建筑能耗在整个能源问题中的地位。它同时也表明了建筑能耗的比重与国家工业化，国民生活水平之间的关系。随着各国工业化和人民生活水平的提高，住宅、民用建筑的发展，建筑耗能的比重将越来越大。因此许多国家都把建筑节能尤其是节约建筑日常运转能耗作为节能工作的重点。在能源危机出现之前，不论是发达国家还是发展中国家由于对能源问题的严重性认识不足，在建筑上都存在不同程度的能源浪费。发达国家有雄厚的
15、经济力量和高度的工业技术常因之产生建筑用能标准偏高偏疏。发展中国家由于技术和管理上的落后使得能源利用效率低下、建筑单位面积能耗指标高。长期以来建筑上浪费的能源数量是巨大的。二十几年的调查研究首要的成果是使人们认识到建筑节能已经刻不容缓，同时也向人们展示了建筑节能的巨大潜力。美国 加拿大 西欧东欧 苏联日本 澳洲 拉美 中东非洲 中国 东南亚 总计人口（百万人）214 23 36710625511121 324109292 839 13063967%5.4 0.6 9.32.76.42.80.58.22.77.4 21.1 32.9100能源产量（百万吨油当量）1365 180 44632011
16、0625 78 2811002306 399 223 5730%23.8 3.1 7.85.619.30.41.44.917.55.3 7.0 3.9 100能源消费量（百万吨油当量）1727 195 1201401102234073 29997 120 388 259 6123%28.2 3.2 19.66.516.75.61.24.91.62.0 6.3 4.2 100人均消费量（吨/人）8.1 8.5 3.33.84.03.13.50.90.90.4 0.5 0.2 1.5 河北工业大学学位论文 31.1.2.2 我国能源现状 1.1.2.2 我国能源现状 2004 年我国建筑能耗占社会
17、总能耗的 18.8%，见表 1-2，各类建筑的能耗特点及发展趋势叙述如下。面积（亿 m2）能耗状况 农村生活用能(不包括非商品能)240 0.4 亿吨标煤/年，900 亿度电/年 北方城镇采暖 65 1.3 亿吨标煤/年 住宅用电 95 2600 亿度电/年 一般公共建筑 50 1500 亿度电/年 大型公共建筑 5 900 亿度电/年 城镇建筑 非采暖用能 总量 150 5000 亿度电/年 能耗总量 标煤 1.7 亿吨，站 2004 年总煤耗的 12%；电力 5900 亿度，站 2004 年电力消费量的 27%表 1.22我国的建筑能源消耗分类和现状 Table1.2 The sort a
18、nd actuality of Chinese energy consume of architecture 表 1-2 中，采暖采用吨标煤做能耗计量单位，这是因为我国采暖目前以煤为主要能源。采暖热源主要是热电联产厂、集中供热锅炉房，以及分散的末端采暖方式。这三类热源方式都折合为标煤。除了采暖以外，其他的建筑能耗有电力、燃气、燃煤、燃油，以及城市构成。大型公共建筑7%农村20%北方采暖40%城市住宅21%一般公共建筑12%图 1.12各类建筑能耗所占比例 Fig.1.1The proportion of architecture energy consumption（1）北方建筑采暖能耗 由表
19、 1-2 可以看出，我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的 40%，为建筑能源消耗的最大组成部分。单位建筑面积采暖能耗折合标准煤均为 20kg/(m2年)，为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的 11.5 倍。建筑采暖需热量与体型系数、围护结构保温性能和换气次数有关。与发达国家相比，我国建筑体量大，及体型系数较小，冬季大部分建筑的换气次数较低，这些都有利于减少建筑需热量；但我国建筑围护结构保温不良，部分漏风严重，综合效果，我国冬季建筑需热量与同纬度发达国家相当。而实际建筑采暖能耗包括建筑采暖需热量、供热系统损失和热源损失。我国集中供热系统和热源效率不高，综合起来在 55%以下，导致我国实际建筑
20、采暖能耗量偏高。（2）城镇住宅和一般公共建筑 我国的城镇住宅除采暖外的住宅能耗（照明、炊事、生活热水、家电、空调），除炊事外的住宅能耗折合用电量为 1030kWh/(m2年),炊事能耗折合用电量约为 5kWh/(m2年)（按照等效电法折算）。住宅能耗约占我国全年供电量的 12%。除采暖外的一般公共建筑能耗主要包括照明、空调和办公室电器等用电能耗，单位面积用电量在 2060kWh/(m2年)之间，约占我国全年供电量的 7%。目前这两类建筑的能耗水平低于发达国家（见表 1-3），这主要是由建筑运行使用模式不同而造成的。寒冷地区农村住宅节能技术研究 4 住宅kWh/(m2年)(含炊事)一般公共建筑
21、kWh/(m2年)中国（2004 年）27 30 美国（2003 年）97 318 日本（2003 年）-303 德国（2003 年）73-表 1.32中美日德四国住宅与一般公共建筑除采暖外的能耗对比 Table 1.3The proportion of the energy consumption expect heating in China USA Japan and Germany（3）大型公共建筑 大型公共建筑指单体面积超过两百平方米，并采用中央空调的公共建筑。其用能设备包括空调、照明、办公设备、电梯等多个系统。我国大型公共建筑单位建筑面积的耗电量为 70300kWh/(m2年)，为
22、住宅的 515 倍，是建筑能源消耗的高密度领域。尽管该类建筑目前的用电水平与欧美发达国家相当，但调查结果表明这类建筑能源浪费现象较严重，具有巨大的节能潜力。（4）农村建筑能耗 我国农村建筑面积约为 240 亿 m2，总耗电约 900 亿度/年，生活用标准煤 0.4 亿吨/年。我国农村建筑面积占全部米用建筑的 60%，而目前我国农村的煤炭、电力等商品能源消耗量很低，这是由于薪柴、秸秆、干粪等生物质能源在农村建筑能中占很大比重。（5）长江流域新增采暖面积 长江流域新增采暖需求带来的能耗增长不容乐观。预计到 2020 年，长江地区将有 50 亿 m2左右的建筑面积需要采暖。目前这一地带不少地区正在积
23、极筹建各种集中供热系统，已解决冬季采暖需求。如果该地区照搬北方集中供热的采暖模式，将导致采暖用煤大幅度增加，于将年新增采暖能耗 0.60.8吨标煤，是目前我国北方建筑年采暖能耗的一半左右。这将给我国带来沉重的能源供应压力。照此发展下去，不仅影响长江流域的城市建设和能源供应，还会加剧我国能源供应紧缺的状况。总之，我国目前建筑能耗特点可概括为：（1）北方建筑采暖能耗高、比例大，应为建筑节能的重点；（2）住宅及一般公共建筑与发达国家相比能耗上处在较低水平，但有明显的增长趋势；（3）大型公共建筑能源浪费严重，节能潜力大，新建建筑中此类建筑的比例显增长趋势；（4）农村建筑能耗低，非商品能源仍占较大部分，
24、目前有逐渐被商品能源替代的趋势，需引起足够的重视；（5）长江流域大面积居住建筑新增采暖需求，必须找到有效的解决方案，否则将成为沉重的能源负担。1.1.2.3 我国农村住宅现状背景 1.1.2.3 我国农村住宅现状背景 随着城市化进程的加快，我国建筑行业面临着资源、能源、环境等方面的严重问题。我国农村目前民用建筑面积 240 亿 m2,占全国总的建筑面积的 60%，有 9.1 亿人生活在农村。农村居住建筑节能更是落后，建筑能耗达到同等气候条件发达国家的 5 倍以上，具体表现在以下几个方面：(1)没有节能意识。受我国传统思想的影响，多数农民朋友对我国国情的认识是地大物博，认为我国的能源取之不尽，用
25、之不竭，没有意识到我国乃至全世界的能源问题有多么严重。所以也就很少关心农村建筑中的节能问题。(2)节能技术缺乏。农民朋友们很少懂得从多个方面采取节能措施。比如平房建筑的体形系数本来 河北工业大学学位论文 5就较城市的多层建筑大，在同等保温条件下能耗就比城市多层建筑多 10%30%，再加上围护结构过于单薄，外墙大部分是 240mm 厚砖墙，屋顶几乎没有任何保温隔热措施，门窗大都是大玻璃门，大玻璃窗，窗墙面积比一般大于 0.5，本身就不利于保温隔热，许多农民朋友为了省钱大都选用十分劣质低价的门窗材料，使农村居住建筑的保温隔热性能更是雪上加霜。(3)建筑构造技术较为落后，能源利用率偏低。其中经济落后
26、是农村低能耗生态住宅推广最大的制约因素。因此研究和探索一种前期投入少，回报周期短，又符合生态节能要求并提能高居住舒适度的低能耗生态住宅是十分必要。(4)目前农村主要以薪柴和秸秆为生活燃料，这类燃料的利用率很低，热效率一般仅 10%左右。即使采用节能灶，利用率也不到 30%。大量的灶台余热以烟气、热辐射等形式向环境传播，造成巨大的热量损失和资源浪费，并增加了对环境的污染。13 1.2 本课题研究目的与意义 1.2 本课题研究目的与意义 近年来，人们对居住舒适度的要求日益提高，但由于能源利用率很低，建筑能耗迅速增长，已大大超过了能源增长的速度，能源供应紧张已严重制约了经济建设和人民生活水平进一步提
27、高，建筑节能成为长期而紧迫的战略任务。开展建筑节能，有着巨大的社会经济效益，还可以改善室内热环境，减少空气污染，提高人民居住环境水平，并带动相关产业和经济性和持续发展。经济的发展依赖于能源的发展，需要能源提供动力，能源短缺对经济发展是一个根本性的制约因素。要可持续的发展经济，不能仅仅依靠“开源”，还要积极的“节流”。比如，仅仅采暖用能一项，就已占到能源总能耗的 10%左右，这还不包括制冷和照明用能。如果达到国家要求的节能 50%的标准，就能够产生巨大的社会效益和经济效益。矿物燃料燃烧所排放的烟尘等颗粒物以及和氮氧化合物都会危害人体健康，是许多疾病产生的根源；还会造成环境酸化，酸雨会破坏森林，损
28、坏建筑物；而产生的会造成地球温室效应，对地球环境造成巨大的破坏。在寒冷地区的农村，冬季采暖期大气污染超标的根本原因就是采暖燃煤排放的污染物。可见，如果采暖能耗不能大幅度降低下来，大气环境指标不仅不可能改善，而且还会越来越恶化。因此，为了改善大气环境，也必须抓紧节能工作。开展建筑节能，还可以改善室内环境，是室内环境不仅稳定，而且更舒适，进而大大提高居住环境的水平。在我国当前建筑能耗中，约有 55%为采暖能耗，是建筑能耗最主要的部分。也是浪费最为严重和节能潜力最大的部分。农村相对于城市来说，住宅建筑设计水平及施工工艺水平均较为落后。由此导致了在高能耗下室内热舒适度达不到人体正常舒适度要求。特别是位
29、于严寒及寒冷地区的北方农村，这种情况极为突出。虽然当前我国建筑节能工作已取得了很大成就，但是这些工作主要是面向城市的。农村在设计施工水平、住区人口密度、建筑物密度以及作息习惯等方面与城市存在差别很大。不可以照抄照搬城市的节能技术经验，更不可以将已在城市证明是失败的做法应用在农村的建设中。唯有深入调查，并与当地实际情况相结合，本着实事求是的原则，来深入探讨适合于农村的节能做法。本文对寒冷地区农村住宅能耗现状进行了调查研究，希望可以找到解决寒冷地区农村住宅能耗大，室内热舒适度低的问题。是寒冷地区农村住宅从围护结构保温隔热技术、太阳能利用两个方面得到总体性和系统性的优化。寒冷地区农村应当充分利用当地
30、的炉渣等工业废料，改用新型墙体材料等，来改善寒冷地区农村住 寒冷地区农村住宅节能技术研究 6 宅围护结构的状态。窗户的保温隔热性能的好坏，对寒冷地区农村住宅的影响很大。本文从提高窗户的气密性，玻璃的选用，窗框材料的选用以及窗墙比等方面进行研究，期望能够使窗户达到理想的保温隔热效果。太阳能是一种绿色环保能源，在寒冷地区农村住宅中应用具有替代常规能，减轻经济负担和保护环境的优势。本文介绍了太阳能热利用系统，太阳能制冷系统，太阳能干燥系统和其他太阳能系统，是寒冷地区农村住宅能够更好的对太阳能进行利用，解决能源短缺问题，提高生活质量。河北工业大学学位论文 7第二章 国内外建筑节能研究现状 第二章 国内
31、外建筑节能研究现状 随着现代社会的不断发展，我国新建建筑如雨后春笋般飞速建设，建筑能耗也随着建筑增多而增加，据调查建筑能耗约占总能耗的 40%。然而当今世界能源短缺已经成为世界四大危机之一，对于我国来说，如何借鉴国外先进的节能技术来发展我国的建筑节能事业是必须也是必要的。2.1 国外建筑节能研究现状 2.1 国外建筑节能研究现状 2.1.1 制定建筑节能政策、规定促进节能工作 2.1.1 制定建筑节能政策、规定促进节能工作 世界能源危机以来，在建筑节能实践和科学研究的基础上，许多国家已经先后对建筑节能工作制订了不同程度的政策、规定。这些政策、规定主要从两方面入手。一方面是对建筑设计、建造在能耗
32、上加以限制，另一方面是对节能建筑的鼓励、支持包括财政上的资助、优惠等等。这些政策、规定在一定程度上能够反映这些国家建筑节能工作的进展。许多政策、法令已经取得显著的社会和经济效益，产生广泛的影响。以下举一些例子：法国在第一次石油危机的翌年就颁布法规，对新建筑的能耗加以限制，是新建住宅的采暖能耗减少了 25%。1982 年颁布的第二次法规又作了更为严格的规定从而再次获得 20%的经济效益。同时自 1980年开始就招收的三次法规的准备。1989 年开始实施第三次法规，按照新法规的要求将基本上不增加投资的情况下在节约 25%的采暖、热水能耗。立法者也为建筑工作者提供种种方便条件，并且配合开展节能宣传。
33、在此同时在政府主持下先后共完成了 40 座中等城市的旧房节能改造。总的情况是：自 1974年以来法国住房面积增加了约 14%，而建筑能耗几乎没有增长，在建筑节能政策上是比较成功的。美国是一个大国，他们除了全国性、统一性的建筑节能规定之外，政府也鼓励各州因地制宜，制定各自的具体节能规定。其中占全国人口 1/10 的加利福尼亚州是一个较有代表性的实例。加州地处美国西南部临太平洋东岸，南北长达 965 公里，东西向狭窄。西部有漫长的海岸线，州内包括了沿海平原、山地、内陆谷地和沙漠等各种地形，海拔自海平面直到 4400m 以上，因此该州将本州划分为 16 个气候区，并分别规定其各自的采暖（包括制冷）能
34、耗限制。加州自 1975 年即开始试行节能规定，1977 年正式实行后建筑能耗降低了 25%。1983 年又作了新的规定，新规定的住宅能耗只有 1977年以前所建房屋的 60%，规定中对住宅和办公、医院、旅馆、工厂等居住建筑是区别对待的。他们的方法是先建一批限定热好的“高能效住宅”分别试测“高能效住宅”和旧建筑的能耗，进行比较分析，然后才据以确定住宅的能耗标准。规定也是比较灵活的，它允许设计者采取各种类型的构造，并且提供如何达到符合规定能耗的计算方法。德国在 1976 年通过了第一部节能法规EnEG，联邦政府被授权制订建筑物保温、采暖及室内通风设备及工业用水设备所应达到的标准等。1977 年，
35、德国第一部建筑节能法规WSVO开始实施。在这个法规里，限制了建筑物的外围护结构、热损失量。建筑师在设计建筑物时必须提供严谨的建筑物能耗计算证书，以证明建筑物满足节能规范的标准。从那时起，德国禁止建设能耗超标的建筑。1982 年，德国政府又将建筑节能标准在以前的基础上提高了 25%。1995 年，公布了新的建筑节能法规 WSVO95，寒冷地区农村住宅节能技术研究 8 在 1982 年的基础上再次提高了 30%，并限制每平米的建筑能耗。2002 年 2 月，德国又实行了新的建筑节能规 范WnEV2002。这一节能规范体现了德国最新建筑节能技术成果，有很强的实际操作性。一些发达国家过去采暖标准偏高，
36、为了节能已经降低了采暖温度（由 25降到 2022）。根据日本的经验，住宅采暖温度每降低 1可以节约燃料 10%，仅此一项就可以得到可观的效益。另有一些国家除了对建筑物围护结构作出规定之外，对建筑物的内外管道也加以限制。例如英国 985 年的建筑规范在第三节中规定，必须对热水箱保温，要求水箱表面热损失不超过 90W/m2,并且为此提供了各种型号的专用保温设备。在另一项中又规定，凡管道通过非采暖房间有热损失时也必须加以保温，规定保温材料的导热系数不大于 0.04590W/mK(厚度等于管道外径，最大厚度 40mm)。规范还向设计、建造者指出，在对房屋墙体进行节能改造时可能出现的问题，如某些部位可
37、能产生冷的结露等，并提出处理原则。日本是工业发达国家，但居住条件与欧美国家相比还有相当差距，民生耗能量比重不大。因此日本建筑节能政策的特点是以较少的能耗取得比较舒适的居住条件，既兼顾节能与人民生活水平的提高而不采取单纯限制的作法，这是符合他们国情的。许多国家在开始推行节能建筑师都给予资助或政策上的优惠。如美国在 1978 年就开始对实行住宅隔热措施的工程给予补助或无息贷款。70 年代后期，美国新英格兰地区决定对装置太阳能或风能系统的房屋免征十年财产税，而美国的财产税是相当高的。另外一些国家和企业已经投资建成了不少实验性或示范性的节能建筑和住宅。有的国家在建筑节能宣传工作中还包括对居民进行居住行
38、为的建筑节能教育，是很有远见的做法，值得重视。2.1.2 以改进外围护结构为中心的节能工作 2.1.2 以改进外围护结构为中心的节能工作 由于采暖、空调能耗在建筑日常运转能耗以至整个建筑能耗中比重很大，外围护结构热工性能的改进就自然成为许多国家建筑节能工作的重点。改进外围护结构热工性能通常是利用新的保温材料并已取得了明显的效果。目前对外围护结构热工性能的要求已经反映在许多国家的政策上、规定上，其中丹麦是一个较显著的例子。丹麦地处北欧，冬季平均气温 2.9，全年供热，采暖温度 1820.丹麦在 1977 年和 1982 年两次修改规范限定建筑物各部位热损失值。1982 年规范（BR-82）还对建
39、筑各部位材料、构件作了具体的规定。规范的特点是强调热损失的综合效果，即在各部位热损失总和不超过规范规定计算所得总和的条件下，允许各部位采取不同措施，规范已经促进了各种高效保温材料和各种复合墙体、墙板的利用及对旧建筑的改造，国家的能耗大大降低，取得了显著的经济效益。外围护结构的改进包括窗的改进。国外对窗的节能主要从两方面着手。其一是从窗的构造（二层或三层窗），密闭性能和玻璃或其他透过材料上研究改进。另一方面是从窗和墙、地板面积比例上研究窗的合理面积。不少国家对窗的构造、面积已有规定。如俄罗斯规定只准在某些地区使用单层窗，而有些地区（设计温度为-31或更低）则应使用三层窗。限定住宅起居室、厨房窗面
40、积为墙面积的 15%。丹麦、瑞典限定窗面积为地板面积的 15%。英国限定公共建筑窗面积为地板面积的 25%，工业建筑为 15%等等。表 2-1，2-2a，2-2b 是英国和其他一些国家对建筑各部位的热工要求和对窗面积的规定，可供比较。在减少透过材料热损失、增加吸收太阳短波辐射和可控性的研究上也已经有了不少进展。出现了透明热反射膜和光致变色、热致变色等新的透过材料。美国能源部新开发的窗户涂层能通过光线而截留热量，使窗的保温性能提高一倍。对于窗的合理面积的研究已经在许多国家的建筑规范上列出，另外还进一步从外围护结构于整个建筑物的关系研究中提出体型系数等指标，建筑节能意识逐步进入到建筑设计 河北工业
41、大学学位论文 9方案中。单玻窗与单玻顶窗的最大面积 建筑类型 窗 顶窗 住宅 窗于顶窗总面积之和为总使用面积的 15%其他居住建筑（包括旅馆等）外墙面积的 25%屋顶面积的 20%办公室、商店等公共建筑 外墙面积的 35%屋顶面积的 20%工业建筑及仓库 外墙面积的 15%屋顶面积的 20%表 2.121985 年英国建筑节能规范对外围护结构保温的规定 Table 2.1The architecture criterion about outside protect structure in Britain in 1985 Table 2.2a 最大传热系数 U 值（W/m2K）住宅 其他建筑
42、 外窗 0.45 0.45 毗邻与室外的楼板 0.45 0.45 底层地面 0.45 0.45 屋顶 0.25 0.45 毗邻非采暖房间的墙与楼板 0.6 0.6 目前国外已建成了不少性能优良的“保温建筑”。北美地区已建成了两万多幢“超保温建筑”，大大降低了采暖能耗。事实证明通过外围护结构的改进，包括新建筑的改进与旧建筑的改造存在巨大的节能潜力。在目前和今后相当长的时期内都将如此。2.1.3 国外节能建筑调查 英国：“梦幻住宅”2.1.3 国外节能建筑调查 英国：“梦幻住宅”1998 年 9 月，英国一家非营利性组织建造了一栋名为“梦幻住宅”的示范性民居。这栋坐落在英国沃特福德市的特殊住宅：完
43、全木结构，前部由金属架构组成，从房子顶部呈坡状向地面斜挂下来，到一人多高处再垂直而下。房子侧面和后部木结构墙体质朴自然。环保、智能、节能是它的特色：住宅西南侧有一个大暖房，东北面是落地的百叶窗。大暖房保护住宅的热量不散发，接地百叶窗则可根据时令充分利用和吸收地表热能，确保卧室冬暖夏凉；地板层内的温度交换机提供室内热量，热源由热泵从地下提取，供应住宅所需全部热量的 3/4；节水设施则由一个分开的废水处理系统将洗浴用水排放到地下水箱，经生物处理后再用于冲洗马桶。同时卫生间安有双速水流控制装置，减少用水量；收集雨水的贮水池用于院的绿化灌溉和洗车，具有湿度敏感装置的灌溉机根据温度自动调节灌溉时间和水量
44、。德国：零能量房德国：零能量房 这是一套零能量住房，所需能量 100%靠太阳。房子向南开放的平面被设计为扇形，可以获得很高的太阳辐射能，墙面采用储热能力较好的灰沙砖、隔热材料和装饰材料，阳光透过保温材料，热量在灰沙砖墙中存储起来。房屋的热量白天通过窗户由太阳供给，夜间则由隔热材料和灰沙砖墙来提供。日本：用太阳能的大厦日本：用太阳能的大厦 日本冲绳县系满市市政厅，高 6 层，建筑面积 6143 平方米，因为采用了多种先进节能技术设备，整个大厦的一次能源消耗可减少 19%。大厦南立面和屋顶都装有大面积的太阳能光电板，这些光电板与其他结构相配合，能为水平和竖直两个方向遮阳。整个大厦的太阳能发电系统可
45、以为大厦提供约 12%的 寒冷地区农村住宅节能技术研究 10 用电量，同时由于遮阳的作用，大厦的空调负荷减少了 25%。大厦的中心部设有两个采光中庭，在保证自然采光的同时，大大强化了自然通风效果。Table 2.2b 河北工业大学学位论文 11美国：白金级建筑美国：白金级建筑 美国自然资源保护委员会办公楼是将 1917 年的老建筑改建而成的，建筑节能 55%，曾获得美国绿色建筑协会颁发的“LEED”(节能设计领先奖)白金级建筑。该建筑坐落于洛杉矶美丽的海滨，屋顶为浅色罩层，比周边楼宇温度低，降低了空调的能耗，同时也降低了屋顶的热岛效应。屋顶灯塔般的构造，将海上吹来的清新空气收入建筑中。建筑设计
46、了收集雨水系统，所有雨水都被收集、过滤、再利用。太阳能发电可提供建筑内 20%的电力需求，其他电能则采购于加州的风力发电市场，均为清洁能源。在自然光利用方面，采用了采光井、特种玻璃，室内照明设置了根据时光变化的调光装置，有效降低了照明能耗。改造过程中使用的建筑材料和制品都是无害的，多数新增加材料由其他旧建筑的废弃物转化或再加工制成，例如再生橡胶、再生玻璃、再生纤维制品等3。2.1.4 重视太阳能等新能源利用 2.1.4 重视太阳能等新能源利用 煤炭、石油和天然气等常规能源都是不可再生能源，它们一旦耗尽将无法再生。为保护环境以及实现可持续发展的要求，国外对于新能源的利用和开发极为重视。对于建筑用
47、能，各国政府积极开发风力、水力、太阳能以及生物能等多种可再生能源。在这方面进展较快的是被动式太阳房。美国受石油危机冲击很大，同时又具备丰富的太阳能资源和优越的技术条件，因此在这方面开始的比较早并且始终保持领先的地位。美国从 70 年代初以后及大量投资设立专职银行来资助推进这方面的科学研究。1975 年一年内美国新安装太阳能系统的建筑就超过了过去历年的总和。自 1976 年到 1986 年十年间，他们共建成了被动式太阳能采暖住宅 20 万幢，其他办公、商业等太阳能采暖公共建筑约 15 万幢。在总结经验的基础上编制了太阳房设计手册，为建筑师提供利用太阳能的设计手段等，已经形成了比较完整的太阳能建筑
48、设计、建造程序。欧洲，尤其是主要工业国家所在的中、西欧太阳能资源并不丰富，但也积极从事太阳能的开发利用，其中法国是较 图 2.13为美国自然资源保护委员会 有代表性的国家。洛杉矶办公室 Fig.2.1American natural resource protect committee office in LA 上面曾提到法国在 1974 年颁布了第一次热工法规，法规规定了每套住宅热损耗的上限，用系数 G表示：法国多雨但也有相当数量的日照，法规对此缺乏考虑，偏于简单。建筑师多开窗或开窗稍大就会违反法规而受罚，因此出现了一批小窗户建筑。1982 年颁布第二次热工法规就考虑了利用太阳能降低采暖能耗
49、的因素。新规定增加了热损耗上限系数 B：B=G（1-F）（W/m3C）寒冷地区农村住宅节能技术研究 12 式中 F 为无偿采暖系数。也就是说建筑师可以利用各种被动式太阳能采暖方法处理建筑的构配件增加 F 值来满足法规要求，从而得到设计上较大的灵活性。新法规比旧法规更为全面和严格，但由于他鼓励了建筑师的创造性，使之在 1974 年的基础上又降低了 20%的能耗。这一效益在很大程度上反映了他们在建筑中利用太阳能的成就。英国的住宅一般都是利用坡屋顶形式，通过在向阳的屋面上满布热板的方法解决采暖、热水供应，节约了大量的能源。德、美、日本、奥地利、意大利、瑞士等国也都先后制定了在乡村推广太阳能发电的计划
50、。图 2.24最大的太阳能发电建筑 日本 图 2.34 风力发电厂外景 Fig.2.2The biggist electricity produce by sun Fig.2.3Outside view of an electricity produce by wind 2.1.5 重视环境保护 2.1.5 重视环境保护 国外建筑节能工作的出发点和最终目的都在于改善城镇周边环境，加强环境保护和适应可持续发展的要求。国外有关调查表明，居民最关心的环境问题是三件事：一是要求有安静的居住环境；二是希望有悠闲的散步空地；三是渴望得到清新的空气。小城镇住宅针对居民的这些要求和愿望，展开环境建设。对于建筑