鄉(xiāng)村建筑熱環(huán)境與節(jié)能技術(shù)理論研究

在國家自然基金的支持下，課題組針對(duì)鄉(xiāng)村建筑熱環(huán)境與節(jié)能技術(shù)的若干科學(xué)問題展開了為期四年的深入研究，如期完成預(yù)定研究內(nèi)容，取得了以下主要結(jié)論和重要發(fā)現(xiàn)： （1）建立以最大化利用自然能源為出發(fā)點(diǎn)的農(nóng)宅室內(nèi)熱環(huán)境營造分析新方法和模型，把建筑的分析與系統(tǒng)的分析合一，把自然能源被動(dòng)式利用的分析與常規(guī)能源主動(dòng)式利用的分析合一，清晰展示各種過程的熱濕轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以進(jìn)行各類能源綜合可利用性的定量模擬及評(píng)價(jià)。 （2）基于我國能源低碳化發(fā)展戰(zhàn)略，農(nóng)村能源環(huán)境現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，提出北方采暖“零煤耗”農(nóng)宅理念。結(jié)合我國農(nóng)村住宅形式、農(nóng)民生活模式、經(jīng)濟(jì)水平、資源條件等因素，提出了以滿足符合農(nóng)民生活需求的室內(nèi)熱環(huán)境為前提，以建筑本體節(jié)能為基礎(chǔ)，以可再生能源為主要能源供應(yīng)形式的低碳化發(fā)展策略。 （3）開發(fā)適合北方地區(qū)鄉(xiāng)村建筑的低成本、高效太陽能及生物質(zhì)能源供熱末端設(shè)備，論證了太陽能空氣集熱系統(tǒng)、新型對(duì)流炕采暖末端在北方農(nóng)宅的適用性，建立科學(xué)模型對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行優(yōu)化，并通過示范工程測試設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行性能。 （4）根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)當(dāng)?shù)貧夂颉①Y源條件與室內(nèi)熱環(huán)境需求的關(guān)系，研發(fā)了一種熱濕調(diào)節(jié)功能的輕質(zhì)混凝土保溫隔熱材料，對(duì)材料的物理力學(xué)性能與熱工性能最佳配方技術(shù)進(jìn)行計(jì)算與實(shí)驗(yàn)，對(duì)材料的熱濕遷移過程的進(jìn)行了理論研究，并且開發(fā)了實(shí)際應(yīng)用的高效節(jié)能輕質(zhì)混凝土保溫隔熱板、砌塊、現(xiàn)澆構(gòu)件材料、透水材料體系。 （5）研究夏熱冬暖地區(qū)鄉(xiāng)村建筑室外熱環(huán)境改善機(jī)理，通過耦合ENVI-met和EnergyPlus模擬軟件，建立并驗(yàn)證了室外微環(huán)境對(duì)建筑能耗影響的模擬方法；進(jìn)行鄉(xiāng)村住宅熱環(huán)境實(shí)測，分析自然通風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的降溫效果和改善機(jī)理；對(duì)自然通風(fēng)、外窗遮陽、混合通風(fēng)等室內(nèi)熱環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化；建立綜合運(yùn)用被動(dòng)式降溫技術(shù)的示范工程，實(shí)測降溫節(jié)能效果。 研究成果在農(nóng)村建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制定、相關(guān)技術(shù)集成、政策建議等方面發(fā)揮了重要作用。 2100433B

我國鄉(xiāng)村建筑能源與環(huán)境問題是關(guān)系到我國國計(jì)民生的重大問題。由于鄉(xiāng)村建筑節(jié)能和新能源利用工作在起步時(shí)間晚、國家投入、科研力量、推廣力度等方面都較為落后，極大地制約了農(nóng)村的整體可持續(xù)發(fā)展，至今缺少鄉(xiāng)村建筑室內(nèi)熱環(huán)境營造的系統(tǒng)化理論支持，導(dǎo)致在節(jié)能技術(shù)的研究割裂了建筑與系統(tǒng)、以及不同系統(tǒng)之間的有機(jī)聯(lián)系，使得低品位能源很難得到合理利用。因此，通過本項(xiàng)目研究，將從系統(tǒng)集成的角度，以最大化利用自然能源為目標(biāo)，建立單體農(nóng)宅熱環(huán)境營造系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)新模型和模擬平臺(tái)，并基于此理論框架，開發(fā)創(chuàng)新型實(shí)用性技術(shù)以及合理的技術(shù)集成優(yōu)化方案，在滿足農(nóng)戶生活水平提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)建筑環(huán)境的舒適要求基礎(chǔ)上，大幅度減少常規(guī)能源消耗和溫室氣體排放。最終通過示范工程等手段，實(shí)際應(yīng)用至新農(nóng)村建設(shè)中，具有現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，研究結(jié)果有助于建立鄉(xiāng)村建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)我國新農(nóng)村建設(shè)的低碳化發(fā)展。

《建筑熱環(huán)境》出版到今天已有10年了。10年對(duì)于建筑熱環(huán)境的客體——“自然氣候”和主體——“人”都是極為短暫的時(shí)間，不會(huì)發(fā)生什么大變化。自然氣候具有長時(shí)間尺度的統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性，作為生物體的人，進(jìn)化的時(shí)間尺度以萬年計(jì)。建筑熱環(huán)境的物理學(xué)基礎(chǔ)——“傳熱學(xué)”，那是科學(xué)的真實(shí)，不會(huì)改變。

但10年時(shí)間，人類的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)及其觀念、訴求會(huì)發(fā)生變化，尤其在中國。期間，中國的GDP增長了2.4倍，鋼產(chǎn)量增長2.9倍，水泥產(chǎn)量增長了2.5倍，說明期間建筑業(yè)（房地產(chǎn)）成為中國國民經(jīng)濟(jì)的支柱，加之城市化的進(jìn)展，這10年中國蓋了上百億平方米的房子。能源消耗增長了1.85倍，小于GDP增長，說明單位GDP能耗降低，這是2009年中國政府在哥本哈根全球氣候大會(huì)上減排CO2的承諾。這10年，幾乎年年召開國際氣候會(huì)議，對(duì)全球氣候變化的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，不同發(fā)展階段國家的歷史責(zé)任，不同國家的減排義務(wù)與承諾，爭議、指責(zé)、妥協(xié)、平衡一直不斷，快速發(fā)展中的中國一直是焦點(diǎn)。

中國能耗總量已是世界第一，CO2排放世界第一，加之近年來全國霧霾頻發(fā)，環(huán)境惡化，引起政府和民眾對(duì)“氣候變化”、“節(jié)能減排”的廣泛關(guān)注，生態(tài)城市、綠色建筑、建筑節(jié)能、低碳建筑已成為建筑學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是建筑設(shè)計(jì)不可或缺的重要方面，許多著名建筑師都有以此作為創(chuàng)作理念的作品問世。

隨著經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高，人們對(duì)于建筑熱舒適的訴求也發(fā)生著變化。例如，長江中下游地區(qū)，屬于我國熱工氣候分區(qū)的“夏熱冬冷”地區(qū)，居住著幾億人口。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，住宅和民用建筑冬季都不供暖，傳統(tǒng)上，居民也沒有住房采暖的措施，室內(nèi)熱舒適性很差。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高，居民改善室內(nèi)熱舒適的訴求日漸增強(qiáng)?，F(xiàn)實(shí)是，在長江中下游地區(qū)，在既有住房中，居民自發(fā)地使用采暖設(shè)備迅速普及，但伴隨著的是能源消耗的增加，而且因?yàn)橐酝课菁捌鋲w和門窗并未考慮保溫設(shè)計(jì)，以致采暖設(shè)備使用的效果并不理想。如何在普通住宅中采用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)，改善維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，在改善室內(nèi)熱舒適的同時(shí)，降低能源消耗，成為夏熱冬冷地區(qū)建筑迫切需要解決的問題。

還有，中國的氣候特征，夏季，整個(gè)中國東部平原地區(qū)，從南到北氣溫都很高，改善夏季室內(nèi)熱舒適也是民眾的訴求。這些年來，夏天室內(nèi)采用空調(diào)降溫已十分普及，空調(diào)能耗迅速增長。這涉及建筑夏季防熱設(shè)計(jì)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱性能。技術(shù)也是活躍的因素，建筑節(jié)能技術(shù)，可再生能源（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等）技術(shù)，建筑材料、部品（如門、窗）和設(shè)備的改進(jìn)，建筑性能和能耗計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，這10年都有發(fā)展變化。

《建筑熱環(huán)境》再版修改，既有不變的基本原理和基礎(chǔ)理論，也應(yīng)對(duì)著上面這些變化，并對(duì)未來作出展望。

這本書初版的作者署名包括了我，但我只是編寫該書的發(fā)起者，提供了建筑與氣候方面的部分文字，該書絕大部分是劉念雄辛勤工作兩年完成的。我并沒有參與這門課程的教學(xué)，退休也有數(shù)年，這次再版，修改工作更是劉念雄獨(dú)自完成，所以《建筑熱環(huán)境》第2版的作者其實(shí)應(yīng)該是劉念雄一人，名至實(shí)歸。

秦佑國

鄉(xiāng)村建筑作為鄉(xiāng)村社會(huì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，無疑是鄉(xiāng)村社會(huì)改造過程中一個(gè)必須關(guān)注的重要因素和社會(huì)問題。鄉(xiāng)村設(shè)計(jì)，作為一個(gè)解決鄉(xiāng)村建筑問題的重要手段，在新的歷史機(jī)遇期賦予了它更多的新內(nèi)涵。所以，《設(shè)計(jì)改變鄉(xiāng)村：安徽三瓜公社鄉(xiāng)村建筑與設(shè)計(jì)探索》中所說的設(shè)計(jì)，不再只是單一的建筑創(chuàng)意與企劃上的思辨性問題，而是一個(gè)綜合的復(fù)雜的社會(huì)性問題。其核心意義在通過鄉(xiāng)村的設(shè)計(jì)，來改變鄉(xiāng)村的建筑；通過鄉(xiāng)村的建筑，來改變鄉(xiāng)村的生活。

本書適合高等院校建筑學(xué)、城市規(guī)劃、建筑環(huán)境與設(shè)備等相關(guān)專業(yè)作為教材和教學(xué)輔導(dǎo)書之用，也適合土木建筑類專業(yè)技術(shù)人員作為參考資料用。 本書系統(tǒng)地介紹了建筑熱環(huán)境的基礎(chǔ)知識(shí)及其在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，反映了近年來清華大學(xué)建筑學(xué)教學(xué)改革的成果。作者基于人、技術(shù)、設(shè)計(jì)和未來四方面進(jìn)行分析和闡述，并結(jié)合了建筑學(xué)學(xué)生的特點(diǎn)，基礎(chǔ)部分著重說明物理概念，簡化了繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，目的是使學(xué)生更好地掌握營造舒適、健康、高效的建筑熱環(huán)境的理念和相關(guān)知識(shí)。