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城镇化进程中农户建筑的太阳能利用——以杭州市为例
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内容提示：以杭州农村地区三镇九村的民居现状及用能模式的调研为基础资料,对杭州地区的太阳能资源进行评估,探讨该地区农村住宅建筑太阳能利用的有效模式,以促进农村城镇化进程中可再生能源适宜性利用技术的开发,推动农村住宅建筑节能减排工作的开展。
根据《城市蓝皮书》,至2008年末,我国城镇化率达到45.7%,拥有6.07亿城镇人口。在如此快速的城镇化进程中,能源(包括电、煤、石油、燃气等)需求的巨大增长对生态环境产生了强大压力,使能源短缺成为当前的突出问题[1]。目前,农村能源消费以煤和生物质能为主,占消费总量56%以上的农村生活用能有55%来自秸秆和薪柴等生物质能直接燃烧,对农业生产和农村生活环境的威胁较大,并且能源的利用效率低,而新能源的开发又相对滞后[2]。在所有的能耗当中,建筑能耗占有相当大的比重,由于农村住宅的自建性特点,大多数住宅建筑缺乏专业指导,成为高能耗建筑。因此,在农村城镇化进程中,可再生能源,尤其是一些低成本的技术在建筑领域的开发利用有很大潜力。太阳能是一种可持续利用的清洁能源,有效利用太阳能可以大大降低建筑能耗。本研究以杭州农村住宅建筑为研究对象,选取山地、平原、水乡三种类型的九个村进行调研,根据其建筑现状、用能模式,结合对杭州地区太阳能辐射气象资料的研究,探讨该地区农村住宅建筑太阳能利用的有效模式。（参考《建筑中文网》）
一 杭州农村调研
1.调研村概况此次调研的三镇九村,分别是建德梅城镇(水乡型)的姜山村、龙泉村、滨江村,桐庐分水镇(山地型)的保安村、武胜村、百岁村,萧山临浦镇(平原型)的三峰村、浦二村、苎东村。其地理位置见图1。
2.农村住宅建筑现状
根据调研,目前各村内大部分住宅建于上世纪末至本世纪初。建筑形式丰富,住房多为2-3层独立小楼,部分是一层平房。使用面积大多为150-250平方米,朝向结合地形为南偏东或南偏西,住宅的体形系数较大,都在0.5以上。围护结构一般无保温隔热措施,仍以砖混结构为主,墙体多为240毫米实心砖,内外抹面,条件较好的贴面砖。平屋顶和坡屋顶都有,多采用木质或铝合金单层玻璃窗。图2为部分调研村农居现状照片。
3.农村用能模式及能耗特点
本研究对上述3个镇的9个村进行了现场调查。从每个村中随即抽取50个农户进行入户问卷调查。共发放450份问卷,经回收统计有效问卷412份,问卷有效率达到91.7%。通过调查得到杭州地区农村住宅用能模式及能耗的特点如下:第一,农村用能普遍以液化气为主,使用率均达到90%以上,其次为木材,而传统的生物质能如秸秆的使用率不到一半。可见,目前杭州地区农村用能已经快速转变成以商品能源为主的格局,采暖、做饭等炉具简陋,能效很低,缺少高效的能源利用技术与设备,污染较为严重。
第二,随着农民生活水平的提高,有半数以上的农户家中拥有空调。空调耗能约占建筑总耗能的一半以上,且呈上升趋势。
夏季,新建住房的热舒适性相对较好,而居住在老房子里的人则认为室内较热,只有极少数人认为室内很热,难以居住。
冬季,农村住宅室内昼夜温差较大,一般农户都会采用各种取暖方式,以空调为主,但是属于山地丘陵地区的桐庐县的农户较多采用火炉取暖,占40%。另外,仍有不少农户在冬季不采用任何采暖方式,只是加大衣着量以抵御寒冷。
可见,目前农村住宅的热舒适性普遍较差,提高舒适性必然导致能耗的急速上升,即使有些住户能耗不高也是以牺牲热舒适性为代价的。
第三,部分农户开始利用可再生能源,最普遍的是太阳能热水器,使用率达到72%,但利用效率还有待提高。
综上所述,杭州地区农村住宅为高能耗建筑,且热舒适性普遍较差,迫切地需要利用可再生能源来减少常规能源的使用。由于太阳能是一种高效、无污染的可再生能源,且容易获得,因此,加大农村太阳能的利用量可以迅速、有效地提高居民室内的舒适性,并能降低建筑能耗,缓解过快城镇化带来的能源和环境问题。《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》中,也明确提出了在村镇住宅中应大力推广太阳能建筑。因此,应根据杭州地区的实际情况,发展适宜的太阳能利用模式。
二 杭州地区农村住宅太阳能利用模式
1.杭州地区太阳能资源评估
杭州所在的浙江省东临东海,丘陵地区占全省总面积的70%以上。受海洋和丘陵两种地形的影响,浙江地区雨云较多,对太阳辐射有较大影响。浙江省各地的太阳总辐射呈现出自西北向东南方向递增的趋势。
由于杭州农村地区没有逐日太阳辐射参数,因此在本研究中,利用杭州典型气象年数据,依据《太阳能资源评估方法》(QX/T89-2008)对杭州地区太阳能资源进行评估[3]。
(1)太阳能资源丰富程度评估
图3为典型气象年全年各月太阳辐射量,从而计算出年太阳总辐射量约为4329MJ/m2,即年太阳总辐射量为1202kWh/(m2·a)。按表1进行评判,杭州市的太阳能资源丰富程度等级属于资源较贫乏。
表2为杭州全年各季节太阳辐射量的比例,可以看出,4-9月份,太阳能辐射占全年70%以上,日照辐射量相对较高。
(2)太阳能资源利用价值评估太阳能资源利用价值的评估以各月日照时数大于6小时的天数为指标,来反映一天中太阳能资源的利用价值。一天中日照时数若小于6小时,其太阳能一般没有利用价值。全年日照时数如图4所示,全年各月日照时数大于等于6小时的天数见图5所示。
由图5可知,各月的太阳日照时数大于等于6小时的天数为273天,因此杭州地区的太阳能利用价值中等,其中5-9月的利用价值相对较高。
2.杭州农村住宅太阳能利用模式的可行性分析
根据农村住宅建筑的形式特点,可以用于点式低层建筑的太阳能利用类型及技术。经济适宜性分析见表3。
根据以上对杭州地区太阳能资源的评估可知,虽然杭州地区年太阳能辐射总量不高,但5-9月的太阳辐射量、日照时数以及日照时数不小于6小时的天数相对较多,这恰恰是杭州地区一年中最热的几个月。因此,从气象数据来看,表3中用于和主要用于夏季的太阳能空调和家用太阳能热水器的利用价值较高,而太阳能低温地板辐射采暖技术虽然有室内舒适性高及环保等优点[4],但在杭州地区冬季太阳辐射量不充足的情况下,要发挥同样的用途,其集热面积要比北方大很多,能效比不高,故建议杭州农村地区冬季采暖选择被动式太阳能技术。
因此,基于太阳能资源评估和技术经济性综合考虑,杭州地区农村住宅普遍适用的太阳能利用模式为太阳能热水系统提供洗澡及生活用水,被动式太阳房则可用来冬季采暖。
三 家用太阳能热水器
目前,杭州农村家用太阳能热水器的使用已经较为普遍,且多为真空管集热器式。建议在推广使用时注意以下几点[5]:
第一,在选择产品的容量和型号时,农村沐浴标准按每人40升计算,一般选择人均6-8支管,真空管长度180厘米以上,这样才能保证有充足的用水量,可洗澡又可洗菜、洗碗、洗脸等。
第二,建造之前应事先设计太阳能热水供热采暖器的安装位置,输水管道预留穿线孔,管道布局及管道保温等环节宜与建筑一体化设计。安装位置最好选择在洗手间的对应屋顶,可以减少造价,又能缩短出热水的时间。
第三,太阳能集热器应摆放在前方和上方无任何遮挡物体的屋顶,朝向以正南或正南偏西10%为好。
四 被动式太阳房技术策略
1.杭州农村地区被动式太阳房的建造优势[6]
被动式太阳房结构简单、造价低、维修量小,很适合农村住宅使用。不仅对于新建建筑,在既有建筑改造时也可以建设被动式太阳房。根据调研,杭州农村地区进行被动式太阳房改造及建设有以下优势。
(1)自然气候
虽然杭州地区的太阳能不算充足,但从空气洁净程度来看,农村比城市受到的环境污染小,大气中所含的灰尘等杂质少,大气的透明度要高于城市。再者,冬季降雨相对较少,有利于被动式太阳房的采暖。
(2)建筑选址
农民在住宅基址的选择上,有很明显的“环境选择”倾向。在水乡村,民居靠近水源,且多位于河流交汇处,交通便利,河流阶地不仅有肥沃的耕作土壤,而且能避免受洪水侵袭;在山地村,一般选择向阳坡。
一 杭州农村调研
1.调研村概况此次调研的三镇九村,分别是建德梅城镇(水乡型)的姜山村、龙泉村、滨江村,桐庐分水镇(山地型)的保安村、武胜村、百岁村,萧山临浦镇(平原型)的三峰村、浦二村、苎东村。其地理位置见图1。
2.农村住宅建筑现状
根据调研,目前各村内大部分住宅建于上世纪末至本世纪初。建筑形式丰富,住房多为2-3层独立小楼,部分是一层平房。使用面积大多为150-250平方米,朝向结合地形为南偏东或南偏西,住宅的体形系数较大,都在0.5以上。围护结构一般无保温隔热措施,仍以砖混结构为主,墙体多为240毫米实心砖,内外抹面,条件较好的贴面砖。平屋顶和坡屋顶都有,多采用木质或铝合金单层玻璃窗。图2为部分调研村农居现状照片。
3.农村用能模式及能耗特点
本研究对上述3个镇的9个村进行了现场调查。从每个村中随即抽取50个农户进行入户问卷调查。共发放450份问卷,经回收统计有效问卷412份,问卷有效率达到91.7%。通过调查得到杭州地区农村住宅用能模式及能耗的特点如下:第一,农村用能普遍以液化气为主,使用率均达到90%以上,其次为木材,而传统的生物质能如秸秆的使用率不到一半。可见,目前杭州地区农村用能已经快速转变成以商品能源为主的格局,采暖、做饭等炉具简陋,能效很低,缺少高效的能源利用技术与设备,污染较为严重。
第二,随着农民生活水平的提高,有半数以上的农户家中拥有空调。空调耗能约占建筑总耗能的一半以上,且呈上升趋势。
夏季,新建住房的热舒适性相对较好,而居住在老房子里的人则认为室内较热,只有极少数人认为室内很热,难以居住。
冬季,农村住宅室内昼夜温差较大,一般农户都会采用各种取暖方式,以空调为主,但是属于山地丘陵地区的桐庐县的农户较多采用火炉取暖,占40%。另外,仍有不少农户在冬季不采用任何采暖方式,只是加大衣着量以抵御寒冷。
可见,目前农村住宅的热舒适性普遍较差,提高舒适性必然导致能耗的急速上升,即使有些住户能耗不高也是以牺牲热舒适性为代价的。
第三,部分农户开始利用可再生能源,最普遍的是太阳能热水器,使用率达到72%,但利用效率还有待提高。
综上所述,杭州地区农村住宅为高能耗建筑,且热舒适性普遍较差,迫切地需要利用可再生能源来减少常规能源的使用。由于太阳能是一种高效、无污染的可再生能源,且容易获得,因此,加大农村太阳能的利用量可以迅速、有效地提高居民室内的舒适性,并能降低建筑能耗,缓解过快城镇化带来的能源和环境问题。《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》中,也明确提出了在村镇住宅中应大力推广太阳能建筑。因此,应根据杭州地区的实际情况,发展适宜的太阳能利用模式。
二 杭州地区农村住宅太阳能利用模式
1.杭州地区太阳能资源评估
杭州所在的浙江省东临东海,丘陵地区占全省总面积的70%以上。受海洋和丘陵两种地形的影响,浙江地区雨云较多,对太阳辐射有较大影响。浙江省各地的太阳总辐射呈现出自西北向东南方向递增的趋势。
由于杭州农村地区没有逐日太阳辐射参数,因此在本研究中,利用杭州典型气象年数据,依据《太阳能资源评估方法》(QX/T89-2008)对杭州地区太阳能资源进行评估[3]。
(1)太阳能资源丰富程度评估
图3为典型气象年全年各月太阳辐射量,从而计算出年太阳总辐射量约为4329MJ/m2,即年太阳总辐射量为1202kWh/(m2·a)。按表1进行评判,杭州市的太阳能资源丰富程度等级属于资源较贫乏。
表2为杭州全年各季节太阳辐射量的比例,可以看出,4-9月份,太阳能辐射占全年70%以上,日照辐射量相对较高。
(2)太阳能资源利用价值评估太阳能资源利用价值的评估以各月日照时数大于6小时的天数为指标,来反映一天中太阳能资源的利用价值。一天中日照时数若小于6小时,其太阳能一般没有利用价值。全年日照时数如图4所示,全年各月日照时数大于等于6小时的天数见图5所示。
由图5可知,各月的太阳日照时数大于等于6小时的天数为273天,因此杭州地区的太阳能利用价值中等,其中5-9月的利用价值相对较高。
2.杭州农村住宅太阳能利用模式的可行性分析
根据农村住宅建筑的形式特点,可以用于点式低层建筑的太阳能利用类型及技术。经济适宜性分析见表3。
根据以上对杭州地区太阳能资源的评估可知,虽然杭州地区年太阳能辐射总量不高,但5-9月的太阳辐射量、日照时数以及日照时数不小于6小时的天数相对较多,这恰恰是杭州地区一年中最热的几个月。因此,从气象数据来看,表3中用于和主要用于夏季的太阳能空调和家用太阳能热水器的利用价值较高,而太阳能低温地板辐射采暖技术虽然有室内舒适性高及环保等优点[4],但在杭州地区冬季太阳辐射量不充足的情况下,要发挥同样的用途,其集热面积要比北方大很多,能效比不高,故建议杭州农村地区冬季采暖选择被动式太阳能技术。
因此,基于太阳能资源评估和技术经济性综合考虑,杭州地区农村住宅普遍适用的太阳能利用模式为太阳能热水系统提供洗澡及生活用水,被动式太阳房则可用来冬季采暖。
三 家用太阳能热水器
目前,杭州农村家用太阳能热水器的使用已经较为普遍,且多为真空管集热器式。建议在推广使用时注意以下几点[5]:
第一,在选择产品的容量和型号时,农村沐浴标准按每人40升计算,一般选择人均6-8支管,真空管长度180厘米以上,这样才能保证有充足的用水量,可洗澡又可洗菜、洗碗、洗脸等。
第二,建造之前应事先设计太阳能热水供热采暖器的安装位置,输水管道预留穿线孔,管道布局及管道保温等环节宜与建筑一体化设计。安装位置最好选择在洗手间的对应屋顶,可以减少造价,又能缩短出热水的时间。
第三,太阳能集热器应摆放在前方和上方无任何遮挡物体的屋顶,朝向以正南或正南偏西10%为好。
四 被动式太阳房技术策略
1.杭州农村地区被动式太阳房的建造优势[6]
被动式太阳房结构简单、造价低、维修量小,很适合农村住宅使用。不仅对于新建建筑,在既有建筑改造时也可以建设被动式太阳房。根据调研,杭州农村地区进行被动式太阳房改造及建设有以下优势。
(1)自然气候
虽然杭州地区的太阳能不算充足,但从空气洁净程度来看,农村比城市受到的环境污染小,大气中所含的灰尘等杂质少,大气的透明度要高于城市。再者,冬季降雨相对较少,有利于被动式太阳房的采暖。
(2)建筑选址
农民在住宅基址的选择上,有很明显的“环境选择”倾向。在水乡村,民居靠近水源,且多位于河流交汇处,交通便利,河流阶地不仅有肥沃的耕作土壤,而且能避免受洪水侵袭;在山地村,一般选择向阳坡。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201012/14635.htm
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