鄉(xiāng)村建筑熱環(huán)境與節(jié)能技術理論研究項目摘要

我國鄉(xiāng)村建筑能源與環(huán)境問題是關系到我國國計民生的重大問題。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，極大地制約了農村的整體可持續(xù)發(fā)展，至今缺少鄉(xiāng)村建筑室內熱環(huán)境營造的系統(tǒng)化理論支持，導致在節(jié)能技術的研究割裂了建筑與系統(tǒng)、以及不同系統(tǒng)之間的有機聯(lián)系，使得低品位能源很難得到合理利用。因此，通過本項目研究，將從系統(tǒng)集成的角度，以最大化利用自然能源為目標，建立單體農宅熱環(huán)境營造系統(tǒng)的分析和評價新模型和模擬平臺，并基于此理論框架，開發(fā)創(chuàng)新型實用性技術以及合理的技術集成優(yōu)化方案，在滿足農戶生活水平提高和社會經(jīng)濟發(fā)展對建筑環(huán)境的舒適要求基礎上，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，實際應用至新農村建設中，具有現(xiàn)實意義。同時，研究結果有助于建立鄉(xiāng)村建筑的節(jié)能標準，推進我國新農村建設的低碳化發(fā)展。

在國家自然基金的支持下，課題組針對鄉(xiāng)村建筑熱環(huán)境與節(jié)能技術的若干科學問題展開了為期四年的深入研究，如期完成預定研究內容，取得了以下主要結論和重要發(fā)現(xiàn)： （1）建立以最大化利用自然能源為出發(fā)點的農宅室內熱環(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，把自然能源被動式利用的分析與常規(guī)能源主動式利用的分析合一，清晰展示各種過程的熱濕轉換關系，可以進行各類能源綜合可利用性的定量模擬及評價。 （2）基于我國能源低碳化發(fā)展戰(zhàn)略，農村能源環(huán)境現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，提出北方采暖“零煤耗”農宅理念。結合我國農村住宅形式、農民生活模式、經(jīng)濟水平、資源條件等因素，提出了以滿足符合農民生活需求的室內熱環(huán)境為前提，以建筑本體節(jié)能為基礎，以可再生能源為主要能源供應形式的低碳化發(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能源供熱末端設備，論證了太陽能空氣集熱系統(tǒng)、新型對流炕采暖末端在北方農宅的適用性，建立科學模型對設備性能進行優(yōu)化，并通過示范工程測試設備的實際運行性能。 （4）根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)當?shù)貧夂?、資源條件與室內熱環(huán)境需求的關系，研發(fā)了一種熱濕調節(jié)功能的輕質混凝土保溫隔熱材料，對材料的物理力學性能與熱工性能最佳配方技術進行計算與實驗，對材料的熱濕遷移過程的進行了理論研究，并且開發(fā)了實際應用的高效節(jié)能輕質混凝土保溫隔熱板、砌塊、現(xiàn)澆構件材料、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)境改善機理，通過耦合ENVI-met和EnergyPlus模擬軟件，建立并驗證了室外微環(huán)境對建筑能耗影響的模擬方法；進行鄉(xiāng)村住宅熱環(huán)境實測，分析自然通風對室內熱環(huán)境的降溫效果和改善機理；對自然通風、外窗遮陽、混合通風等室內熱環(huán)境控制技術進行模擬優(yōu)化；建立綜合運用被動式降溫技術的示范工程，實測降溫節(jié)能效果。 研究成果在農村建筑節(jié)能標準制定、相關技術集成、政策建議等方面發(fā)揮了重要作用。 2100433B

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

但10年時間，人類的經(jīng)濟、社會活動及其觀念、訴求會發(fā)生變化，尤其在中國。期間，中國的GDP增長了2.4倍，鋼產量增長2.9倍，水泥產量增長了2.5倍，說明期間建筑業(yè)（房地產）成為中國國民經(jīng)濟的支柱，加之城市化的進展，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上減排CO2的承諾。這10年，幾乎年年召開國際氣候會議，對全球氣候變化的學術觀點，不同發(fā)展階段國家的歷史責任，不同國家的減排義務與承諾，爭議、指責、妥協(xié)、平衡一直不斷，快速發(fā)展中的中國一直是焦點。

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“氣候變化”、“節(jié)能減排”的廣泛關注，生態(tài)城市、綠色建筑、建筑節(jié)能、低碳建筑已成為建筑學教學的重要內容，也是建筑設計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)濟和生活水平的提高，人們對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。在計劃經(jīng)濟時代，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，室內熱舒適性很差。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和居民生活水平的提高，居民改善室內熱舒適的訴求日漸增強。現(xiàn)實是，在長江中下游地區(qū)，在既有住房中，居民自發(fā)地使用采暖設備迅速普及，但伴隨著的是能源消耗的增加，而且因為以往房屋及其墻體和門窗并未考慮保溫設計，以致采暖設備使用的效果并不理想。如何在普通住宅中采用被動式建筑設計，改善維護結構熱工性能，在改善室內熱舒適的同時，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，整個中國東部平原地區(qū)，從南到北氣溫都很高，改善夏季室內熱舒適也是民眾的訴求。這些年來，夏天室內采用空調降溫已十分普及，空調能耗迅速增長。這涉及建筑夏季防熱設計和圍護結構傳熱性能。技術也是活躍的因素，建筑節(jié)能技術，可再生能源（太陽能、風能、生物質能等）技術，建筑材料、部品（如門、窗）和設備的改進，建筑性能和能耗計算機模擬技術，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理論，也應對著上面這些變化，并對未來作出展望。

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，退休也有數(shù)年，這次再版，修改工作更是劉念雄獨自完成，所以《建筑熱環(huán)境》第2版的作者其實應該是劉念雄一人，名至實歸。

秦佑國

鄉(xiāng)村建筑作為鄉(xiāng)村社會重要的物質基礎之一，無疑是鄉(xiāng)村社會改造過程中一個必須關注的重要因素和社會問題。鄉(xiāng)村設計，作為一個解決鄉(xiāng)村建筑問題的重要手段，在新的歷史機遇期賦予了它更多的新內涵。所以，《設計改變鄉(xiāng)村：安徽三瓜公社鄉(xiāng)村建筑與設計探索》中所說的設計，不再只是單一的建筑創(chuàng)意與企劃上的思辨性問題，而是一個綜合的復雜的社會性問題。其核心意義在通過鄉(xiāng)村的設計，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、城市規(guī)劃、建筑環(huán)境與設備等相關專業(yè)作為教材和教學輔導書之用，也適合土木建筑類專業(yè)技術人員作為參考資料用。 本書系統(tǒng)地介紹了建筑熱環(huán)境的基礎知識及其在設計上的應用，反映了近年來清華大學建筑學教學改革的成果。作者基于人、技術、設計和未來四方面進行分析和闡述，并結合了建筑學學生的特點，基礎部分著重說明物理概念，簡化了繁雜的數(shù)學推導，目的是使學生更好地掌握營造舒適、健康、高效的建筑熱環(huán)境的理念和相關知識。