贛南農(nóng)村地區(qū)農(nóng)宅用能現(xiàn)狀及優(yōu)化研究

黃涵榮 陳志毅

(江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 引言

隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡劣，氣候和能源是全球人類共同面對的一大難題。節(jié)約建筑能源是極其重要的一環(huán)。到2018年農(nóng)村住宅面積為229億m2，占全國總建筑面積的38.1%，說明了我國農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能的急迫性。隨著農(nóng)民生活水平和經(jīng)濟收入的增長，農(nóng)村居民對農(nóng)宅的要求在逐漸增高，采暖降溫所消耗的能源也在增加。本文主要通過研究贛南農(nóng)村地區(qū)用能情況的現(xiàn)狀，找出影響因素，再對其進行節(jié)能優(yōu)化的策略分析。

1 贛南地區(qū)農(nóng)宅用能現(xiàn)狀分析

贛南農(nóng)村地區(qū)具有豐富的可再生能源優(yōu)勢，大量的生物質(zhì)能以及太陽能，本次調(diào)研主要了解農(nóng)村地區(qū)對資源的使用情況，以及各農(nóng)宅中用能情況及趨勢。

1.1 能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

在調(diào)研前期的準(zhǔn)備階段，筆者對贛南農(nóng)村地區(qū)主要用能行為進行統(tǒng)計，分別為熱水用能、炊事用能、采暖用能、照明用能、降溫用能以及家電用能，維持這些用能行為的主要能源方式有太陽能、電能、天然氣、煤炭、薪柴這五種方式，通過對農(nóng)戶家庭進行用能情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前階段農(nóng)村家庭主要以電能和天然氣能為代表的商品能為主要能源結(jié)構(gòu)，其中太陽能主要以太陽能熱水系統(tǒng)為主，僅有兩家村民采用了光伏發(fā)電系統(tǒng)，整體能源結(jié)構(gòu)較為單一，且薪柴、煤炭等能源熱效率低，有害氣體排放大，不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

1.2 能源使用現(xiàn)狀

通過計算居住者年齡和維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗之間的關(guān)系，來判斷贛南地區(qū)鄉(xiāng)村能源的使用現(xiàn)狀，本次調(diào)研過程中所選取的家庭平均年齡為家庭常住人口的平均年齡值。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以得到耗電量與平均年齡之間的關(guān)系函數(shù)，其中維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗(y)與家庭平均年齡(x)之間的關(guān)系如下：

y=-8.498 5x+633.56，

R2=0.538 6。

根據(jù)對圖1,圖2的分析可知隨著家庭常住人員的平均年齡越小的時候，維持建筑室內(nèi)熱環(huán)境舒適度所消耗的電能越多，而在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)常住人口為兩個老人的民居中往往電費更少，根據(jù)筆者觀察和訪談，發(fā)現(xiàn)主要原因是老年居住者在面對寒冷或者炎熱天氣的時候往往采用多穿衣服或者火炕等方式來調(diào)節(jié)自身的熱舒適度，且部分老人會舍不得開空調(diào)，而年輕人恰恰相反，喜歡通過空調(diào)或電暖爐等來滿足熱舒適的要求。這也說明了隨著贛南農(nóng)村地區(qū)新老一輩的交替，農(nóng)村居民對于建筑能耗的需求也在逐步增加，家庭平均年齡與用電能耗之間維持著負相關(guān)。

同時分析居民的年收入與建筑能耗之間的關(guān)系也能判斷贛南地區(qū)鄉(xiāng)村能源的使用現(xiàn)狀，居民年收入是指一戶農(nóng)宅家庭所有成員的收入總和，由于調(diào)研過程中村民存在含糊和記憶偏差的可能，因此選取千元為計數(shù)單位，在排除了一些可能的虛假數(shù)據(jù)后整理所得，根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)可以得到耗電量與居民年收入之間的關(guān)系函數(shù)，其中維持舒適室內(nèi)熱環(huán)境所用能耗(y)與家庭年收入(x)之間存在線性關(guān)系如下：

y=-3.153 5x+119.39，

R2=0.749 3。

通過贛南地區(qū)農(nóng)宅家庭年收入和維持建筑室內(nèi)熱舒適度所耗費的電能之間的關(guān)系(如圖3，圖4所示)顯示分析。可以看到現(xiàn)在一半左右的農(nóng)民的家庭總收入處于5萬元以下，一半左右的家庭收入超過5萬元，家庭生活水平處于小康的狀態(tài)，對電能的使用也較為多，且當(dāng)耗電量接近一個數(shù)值，例如夏季400度～500度電的時候，經(jīng)濟的收入增加對其的影響就變小了。筆者在調(diào)研訪談的時候?qū)^富裕家庭進行了解，發(fā)現(xiàn)他們基本每個臥室都配置了空調(diào)，而大部分覺得冷或熱的時候都會使用空調(diào)進行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，這也是耗電量大的主要原因，而收入較低的家庭一般都舍不得使用電能來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度?？傊?，村民家庭的年收入與年耗電量之間有著很強的正相關(guān)聯(lián)系。

1.3 生物質(zhì)能使用現(xiàn)狀

在調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)贛南地區(qū)大部分農(nóng)村家庭都還維持著農(nóng)耕和養(yǎng)殖家禽的情況，在調(diào)研數(shù)據(jù)中能夠發(fā)現(xiàn)大約87%的人還保留著農(nóng)耕，而剩余的13%的農(nóng)戶中部分選擇將農(nóng)田用于蔬菜大棚的培育，極少數(shù)農(nóng)戶則將農(nóng)田荒廢了。58%的農(nóng)戶還養(yǎng)殖著家禽，在對剩余人進行采訪發(fā)現(xiàn)不養(yǎng)殖家禽的原因，主要是由于家禽糞便較難處理，遠不如去市場買劃算，所以不再飼養(yǎng)?，F(xiàn)在贛南鄉(xiāng)村對稻谷秸稈的處理基本還是采用燒毀的方式，這種方式不僅會破壞農(nóng)田的結(jié)構(gòu)，降低來年的收成，同時也會造成大量有害氣體排放。

2 贛南地區(qū)農(nóng)宅節(jié)能優(yōu)化策略研究

2.1 農(nóng)宅圍護結(jié)構(gòu)策略研究

通過比較幾種非透明圍護結(jié)構(gòu)與室內(nèi)熱環(huán)境的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)影響保溫墻的保溫層厚度和傳熱系數(shù)與室內(nèi)熱環(huán)境有關(guān)，保溫墻在20 mm時和50 mm時性價比最高，再厚保溫性能增加但是性價比降低了，非透明圍護結(jié)構(gòu)的朝向、窗墻比以及傳熱系數(shù)是影響室內(nèi)熱舒適性的主要因素，其中窗墻比與傳熱系數(shù)和室內(nèi)熱環(huán)境成正相關(guān)[2]，農(nóng)宅開窗方向的優(yōu)先程度為南向>北向>西向>東向。農(nóng)村地區(qū)屋頂分為平屋頂和坡屋頂兩種主要形式，坡屋頂保溫隔熱性能與水泥砂漿保溫屋面的性能相差不大，如果單考慮建筑室內(nèi)熱環(huán)境的舒適程度，那么采用EPS保溫屋面、XPS保溫屋面或稻谷秸稈保溫屋面最佳。

2.2 農(nóng)宅平面和形體策略研究

研究建筑平面與形體對建筑室內(nèi)熱環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)在農(nóng)宅南面加建聚乙烯薄膜陽光間能夠滿足在1月、2月寒冷季節(jié)內(nèi)額外30%的時間達到室內(nèi)舒適溫度，額外30%的時間達到室內(nèi)舒適相對濕度。農(nóng)宅的體形系數(shù)與建筑全年為滿足室內(nèi)熱舒適度所消耗能量成負相關(guān)，且夏季體形系數(shù)的相關(guān)性要小于冬季的體形系數(shù)。建筑朝向?qū)ㄖ覂?nèi)平均溫度的影響幅度在1 ℃以內(nèi)，相對濕度影響幅度在3%以內(nèi)，影響性較小，建筑在正南北朝向時室內(nèi)溫度最佳，正西北最差，建筑在正南方向時室內(nèi)濕度最佳，正東西方向次之，正北方向濕度最差，所以建筑朝向在正南方向最適宜。

2.3 可再生能源策略研究

基于贛南農(nóng)村地區(qū)空閑地面積大，用能結(jié)構(gòu)較為單一且環(huán)境不友好的基礎(chǔ)上提出的可再生能源策略，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)、生物質(zhì)能固縮系統(tǒng)以及生物質(zhì)能氣化系統(tǒng)，都是通過改變農(nóng)戶的用能結(jié)構(gòu)來達到節(jié)能效果，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)的前期成本遠高于其他三類，但是后期經(jīng)濟效益和節(jié)能減排效益也大大領(lǐng)先；太陽能熱水系統(tǒng)作為一種在農(nóng)村已經(jīng)較為普及的節(jié)能策略，在節(jié)能效益方面較其他有所不足，但該系統(tǒng)操作簡單，實用，維修方便[3]；性價比最高的可再生能源節(jié)能策略是生物質(zhì)能固縮技術(shù)，前期投入低，回收成本時間快，但在實施階段較為麻煩，需要通過農(nóng)戶合作的形式才能較好實現(xiàn)效果；生物質(zhì)能氣化策略相較其他可以產(chǎn)生提高農(nóng)田產(chǎn)能的額外收益，能與多種生產(chǎn)方式相結(jié)合，較適應(yīng)農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展需求[4]。

3 結(jié)語

通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)贛南地區(qū)農(nóng)宅現(xiàn)階段處于一個能源效率低下、用能結(jié)構(gòu)單一的狀態(tài)，需對它進行合理的優(yōu)化策略設(shè)計，才能滿足村民日漸增加的收入和生活水平提升所帶來的能耗增長的需求。