研究篇
北方农村既有居住建筑节能改造
□ 北京市可持续发展促进会 赵岩 叶建东□ 北京市科学技术委员会 邢永杰
本文针对北方采暖地区农村能源问题，在广泛调研和数据分析的基础上，开展节能改造研究与示范，确立了既有居住建筑节能改造的技术路线。深入研究了适用于农村的建筑节能技术体系并进行了实验项目的建设，通过对实验项目的测试并结合模拟数据进行综合评价，该技术方案总体节能效果达到５０％以上。该技术方案成本适中、易于施工、节能效果明显，对减轻农民采暖负担，提高农民生活水平，缓解我国能源压力，改善农村整体环境都有重要意义。
建筑节能与新能源利用是保证我国实现城乡可持续发展的重要工作。在城市建筑节能方面，我国从“九五”开始，历经十几年，已经初步形成了相应的科研、标准、推广和政策体系。相比之下，农村建筑节能和新能源利用从起步时间、国家投入、科研力量等方面都远不及城市。长期以来，由于农村能源消费总量在社会能源消费总量中所占的比例较低，农村能源问题一直不被重视，对农村能源消费水平、特点和利用技术等方面缺乏系统的调查研究。2006年初，北京市可持续发展促进会联合清华大学对我国北方采暖地区进行入户实地测试调研发现，农村地区存在室内舒适性差、采暖能耗高、能源利用水平低等问题。另外，随着经济水平的提高，商品能源消耗比例日趋增大，秸秆等生物质能源首先成为被替代对象，这无疑增加我国能源供应压力。根据商品能源宏观统计结果估算，我国农村地区商品能耗占到我国建筑总能耗的35%～40%，如此庞大的能源消耗数量彻底颠覆以往人们对农村能耗的错误观点。此调研分析结果得到相关政府部门的高度重视，“十一五”期间，农村节能和新能源建设成为我国社会主义新农村建设的重要项目之一。
值得注意的是，我国农村无论在人口数量、生活水平、教育程度、文化背景等都有其鲜明的特点，建筑节能和能源建设不能简单照搬城市模式，与国外一些农村发展模式不具可比性，无任何参照样本，因此我国农村能源建设必须立足于本国特点，探索一条具有中国特色的农村可持续发展之路。摸清农村整体能源利用状况及特点、找出主要问题根源、研究未来发展策略及适宜性技术开发等都是亟待研究和解决的问题，本文通过对农村能源问题的全面了解，深入探究根本性原因，找出真正符合农村特点的
能源环境发展策略、技术及切实可行的推广模式。
建筑节能是提高农民居住质量的重要途径
为充分掌握北京市农村地区能源利用以及农民居住质量等情况，从2006年6月开始，北京市可持续发展促进会和清华大学联合对北京郊区农村的能源消费情况、能源利用技术以及农民居住质量等问题进行了详细调研，调研主要针对居民家庭能源消费、农村建筑节能、农村能源利用技术和农宅的建设、居住等方面。根据调研数据进行分析，北京农村能源利用及建筑能耗呈现如下特点：
1、农村居民家庭能源消费以商品能源为主，随着农民经济水平的逐步提高，秸秆等可再生能源首先成为被替代的对象，如今农民已经基本丢弃其本有的资源优势。
图１ 北京市农村能源消费结构
2
、采暖用能是农村能源消费的主要部分，采暖能源消耗量
建设科技
节能
下乡
占到总能源消耗量的60%。温两种，其各自优缺点见表1：
表１ 外墙内保温和外墙保温特点比较
图２ 北京市各区县农村每户能源消耗量
3、农村家庭采暖能源消费支出成为农民较大的经济负担。平均家庭能源消费支出在2900元左右，占到了大部分家庭年收入的10%~15%。采暖是主要的能源消费去向。
4、农村建筑缺乏保温措施，室内舒适度较差。缺乏良好的保温措施是导致农村住宅的建筑能耗高，室内舒适性差的直接原因。据调研数据显示，目前，农村住宅建筑单位面积采暖耗煤量达33.5 kg标准煤，约为城市建筑采暖耗煤量指标的3倍。但舒适性远差于城镇住宅建筑，超过一半的家庭室内平均温度低于15℃， 最低温度甚至达到零度以下。
综述，由于北京农村住宅没有采取保温措施，房屋门窗的密闭性差，使得农村住宅普遍存在着建筑能耗高、能源利用率低以及舒适性差等问题。而农村住宅的建筑围护结构保温性能差造成的能耗过高是北京农村能源问题的关键所在。因此，解决农村能源问题，应从改善建筑围护结构保温性能入手，降低建筑能耗，提高住宅冬季舒适度，减少农村家庭能源消费支出，最终实现提高农民生活质量的最终目标。
就外墙主体部位而言，外保温和内保温墙体的传热系数相同，即它们的保温性能无异，但采用内保温方式时，室内潮气渗透在保温材料表面或进入材料内部，都将产生结露凝霜现象显著变化。外墙外保温能够消除热桥的影响，比内保温容易控制墙面裂缝，不占用有效建筑使用面积，施工时不会影响住户正常使用，旧房改造时应优先采用。
综合考虑保温性能和其他参数，成本相对较低的胶粉聚苯颗粒保温体系、聚苯板保温体系和岩棉保温体系比较适合目前北方农村地区的建筑现状和经济水平。
北方农村建筑围护结构热性能改善技术
适合北方农村地区的建筑围护结构热性能改善技术主要包括如下三个方面：一、外墙保温体系，降低外墙传热系数；二、屋顶保温措施，降低屋顶散热；三、门窗的保温措施，降低门窗传热和冷风渗透量；四、被动式太阳能利用技术，采用可再生能源提供部分采暖负荷。
本文所述技术方案的选择遵循以下原则：
——适合在农村地区推广应用，在经济上普通农村居民能够承受；
——推广模式不照搬照抄城市，而是符合农村发展现状和农村建筑节能的需求；
——工艺技术简单，普通农民可以自己组建施工队伍，不需专业培训；
——工艺技术所需材料容易获得，所需施工器具简便； ——所选用的工艺技术应用的效果较好，应具备良好的社会效益和经济效益。
１、外墙保温体系
外墙保温体系按照保温层位置可以分为外墙外保温和外墙内保
图３ 岩棉保温体系施工
１、基材 ２、界面砂浆 ３、胶粉聚苯颗粒４、抗裂砂浆 ５、耐碱玻纤网格布
６
、
抗裂砂浆卡 ７
、
涂料饰面层（底涂、腻子、涂料）
图４ 胶粉聚苯颗粒保温体系示意
建设科技
研究
篇
３、门窗保温措施
门窗是围护结构中的重要部件，具有采光、通风、装饰等多种功能，门窗传热系数大，空气交换量多 ，能量损失大，是建筑节能的重要环节也是薄弱环节，必须采取有效的措施改善门窗的保温隔热性能。门窗保温的目的是减少门窗冷风渗透及传热损失。
更换质量好的双层玻璃塑钢门窗可以大大改善门窗的热工性能，减少传热和冷风渗透热损失，但是造价相对较高，适于在经济条件较好的地区推广使用。
应用保温隔热窗帘是提高窗户保温性能的一种比较简单的方法，加装保温窗帘增大了传热热阻，减小了夜间室外和室内的辐射换热。此外，加装保温窗帘可以降低冷风渗透热负荷，减少冷风渗透引起的热损失。
图５ 膨胀聚苯板保温体系示意
图８ 保温窗帘
４．被动式太阳能利用
图６ 膨胀聚苯板保温体系施工
２、屋顶保温措施
屋面是一个散热量很大的地方，因此屋面的保温也是非常重要的。北方农村住宅平屋顶和坡屋顶都有应用。适于农村屋顶保温改造方案主要有两种：胶粉聚苯颗粒外置保温层和吊顶内铺设保温包。胶粉聚苯颗粒外保温体系和墙体的胶粉聚苯颗粒保温体系一致，其施工工艺可参考胶粉聚苯颗粒外墙外保温体系。吊顶内铺设保温包的方式相对简单，只要把胶粉聚苯颗粒保温包铺设在吊顶上即可。但要求吊顶上有足够的铺设空间，并在吊顶上均匀铺设，防止产生明显冷桥。
农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，农村的大气透明度也较高，日照条件较好，具备利用太阳能采暖的良好条件。被动式采暖技术能够有效利用太阳能为建筑物提供部分冬季采暖负荷，减少商品能源的使用。北方农村地区适用方案包括直接受益窗、被动式阳光间、屋顶空气集热系统等。改善农宅围护结构热性能是被动式技术应用的前提；被动式阳光间和直接受益窗应具备有效的夜间保温措施，可以大幅度提高太阳能采暖效果。
图７ 吊顶铺设聚苯颗粒保温包 图９ 被动式阳光间
建设科技
节能
下乡
技术方案节能效果测试及评价
建筑节能改造最直观的效果有两个：一是室内温度提高，舒适性更好；二是节省采暖用煤。这两方面的效果是此消彼长的关系，室内温度提高得多，节省采暖用煤就减少；如果保持室内相同的温度，节省采暖用煤就会更多。经过对实验项目的测试，节能改造效果如下：
经过建筑节能改造，建筑物热工性能有了大幅度提高，室内温度提高了5~10℃，舒适性有了很大的改善。表２ 改造前后围护结构热工性能对比
计算和模拟，结果如下表所示：耗热量指标下降了一半左右，综合节能率在45%～61%之间，节能效果非常明显。表３ 改造前后采暖能耗比较
从经济性来说，典型农宅采用岩棉、聚苯板或胶粉聚苯颗粒，屋顶铺设保温包，加装保温窗帘的总体改造整体成本在8000～10000元左右，5～7年左右的时间就可以收回成本。
示范和推广
2006年6月～2008年6月，北京市可持续发展促进会在房山区、门头沟区和怀柔区陆续进行了既有农宅节能改造示范工程，节能减排和室内舒适性改善效果明显，得到了村民的认可并引起政府相关部门的高度重视。目前既有农宅节能改造工程已经列入《北京市新农村“三起来”工程建设规划(2009—2012年) 》，2009～2012年，北京市郊区县将累计进行既有农宅改造9万户。截至2012年，北京市既有农宅改造将累计减少煤耗约22万吨，折合人民币约1.5亿元，减少CO 2排放62万吨。
农宅围护结构热性能改善技术具有良好的普适性，适用于我
图１０ 典型农户节能改造室温变化（２００７年１月２８日～２００７年２月３日）
国北方农村地区，随着既有农宅节能改造的推进，其社会效益必将持续惠及我国整个北方地区。若按照现有农村生活能耗水平估算，采用该技术可使我国北方地区每年采暖能耗减少0.5亿吨标准
对改造农户2006年和2007年采暖季进行的统计表明，进行保温改造后农户采暖耗煤量均有明显下降，平均比2006年度低1/3左右（见图11）。
煤，折合500亿人民币，减少CO 2排放1.4亿吨左右，具有非常明显的经济、社会和环境效益。
结语
本文采用的农村既有居住建筑节能改造方案投资适中，技术成本低，材料易于获得，所需工器具及施工方法简便，节能效果明显，能够为农民所接受，改造成本适合北方农村的经济发展水平和社会发展需求，研究成果适于在广大农村地区进行推广示范。
农村建筑节能的最终目标是让农民自己认识到农村建筑节能的重要性，愿意为节能建筑多做投入，并在建筑的使用过程中逐
图１１ 改造前后采暖耗煤量比较
室温升高5~10℃的同时，采暖耗煤量下降了三分之一。为对建筑节能效果进行综合评价，利用建筑模拟软件DeST-h 进行了
渐收回投入并获得更多的收益。因此，要结合各地农村的特点和经济发展状况，让农民看到实实在在的好处和效果，充分调动起积极性，农民才有可能积极地参与建筑节能，才能促进农村建筑
节能进一步发展和普及。
建设科技
研究篇
北方农村既有居住建筑节能改造
□ 北京市可持续发展促进会 赵岩 叶建东□ 北京市科学技术委员会 邢永杰
本文针对北方采暖地区农村能源问题，在广泛调研和数据分析的基础上，开展节能改造研究与示范，确立了既有居住建筑节能改造的技术路线。深入研究了适用于农村的建筑节能技术体系并进行了实验项目的建设，通过对实验项目的测试并结合模拟数据进行综合评价，该技术方案总体节能效果达到５０％以上。该技术方案成本适中、易于施工、节能效果明显，对减轻农民采暖负担，提高农民生活水平，缓解我国能源压力，改善农村整体环境都有重要意义。
建筑节能与新能源利用是保证我国实现城乡可持续发展的重要工作。在城市建筑节能方面，我国从“九五”开始，历经十几年，已经初步形成了相应的科研、标准、推广和政策体系。相比之下，农村建筑节能和新能源利用从起步时间、国家投入、科研力量等方面都远不及城市。长期以来，由于农村能源消费总量在社会能源消费总量中所占的比例较低，农村能源问题一直不被重视，对农村能源消费水平、特点和利用技术等方面缺乏系统的调查研究。2006年初，北京市可持续发展促进会联合清华大学对我国北方采暖地区进行入户实地测试调研发现，农村地区存在室内舒适性差、采暖能耗高、能源利用水平低等问题。另外，随着经济水平的提高，商品能源消耗比例日趋增大，秸秆等生物质能源首先成为被替代对象，这无疑增加我国能源供应压力。根据商品能源宏观统计结果估算，我国农村地区商品能耗占到我国建筑总能耗的35%～40%，如此庞大的能源消耗数量彻底颠覆以往人们对农村能耗的错误观点。此调研分析结果得到相关政府部门的高度重视，“十一五”期间，农村节能和新能源建设成为我国社会主义新农村建设的重要项目之一。
值得注意的是，我国农村无论在人口数量、生活水平、教育程度、文化背景等都有其鲜明的特点，建筑节能和能源建设不能简单照搬城市模式，与国外一些农村发展模式不具可比性，无任何参照样本，因此我国农村能源建设必须立足于本国特点，探索一条具有中国特色的农村可持续发展之路。摸清农村整体能源利用状况及特点、找出主要问题根源、研究未来发展策略及适宜性技术开发等都是亟待研究和解决的问题，本文通过对农村能源问题的全面了解，深入探究根本性原因，找出真正符合农村特点的
能源环境发展策略、技术及切实可行的推广模式。
建筑节能是提高农民居住质量的重要途径
为充分掌握北京市农村地区能源利用以及农民居住质量等情况，从2006年6月开始，北京市可持续发展促进会和清华大学联合对北京郊区农村的能源消费情况、能源利用技术以及农民居住质量等问题进行了详细调研，调研主要针对居民家庭能源消费、农村建筑节能、农村能源利用技术和农宅的建设、居住等方面。根据调研数据进行分析，北京农村能源利用及建筑能耗呈现如下特点：
1、农村居民家庭能源消费以商品能源为主，随着农民经济水平的逐步提高，秸秆等可再生能源首先成为被替代的对象，如今农民已经基本丢弃其本有的资源优势。
图１ 北京市农村能源消费结构
2
、采暖用能是农村能源消费的主要部分，采暖能源消耗量
建设科技
节能
下乡
占到总能源消耗量的60%。温两种，其各自优缺点见表1：
表１ 外墙内保温和外墙保温特点比较
图２ 北京市各区县农村每户能源消耗量
3、农村家庭采暖能源消费支出成为农民较大的经济负担。平均家庭能源消费支出在2900元左右，占到了大部分家庭年收入的10%~15%。采暖是主要的能源消费去向。
4、农村建筑缺乏保温措施，室内舒适度较差。缺乏良好的保温措施是导致农村住宅的建筑能耗高，室内舒适性差的直接原因。据调研数据显示，目前，农村住宅建筑单位面积采暖耗煤量达33.5 kg标准煤，约为城市建筑采暖耗煤量指标的3倍。但舒适性远差于城镇住宅建筑，超过一半的家庭室内平均温度低于15℃， 最低温度甚至达到零度以下。
综述，由于北京农村住宅没有采取保温措施，房屋门窗的密闭性差，使得农村住宅普遍存在着建筑能耗高、能源利用率低以及舒适性差等问题。而农村住宅的建筑围护结构保温性能差造成的能耗过高是北京农村能源问题的关键所在。因此，解决农村能源问题，应从改善建筑围护结构保温性能入手，降低建筑能耗，提高住宅冬季舒适度，减少农村家庭能源消费支出，最终实现提高农民生活质量的最终目标。
就外墙主体部位而言，外保温和内保温墙体的传热系数相同，即它们的保温性能无异，但采用内保温方式时，室内潮气渗透在保温材料表面或进入材料内部，都将产生结露凝霜现象显著变化。外墙外保温能够消除热桥的影响，比内保温容易控制墙面裂缝，不占用有效建筑使用面积，施工时不会影响住户正常使用，旧房改造时应优先采用。
综合考虑保温性能和其他参数，成本相对较低的胶粉聚苯颗粒保温体系、聚苯板保温体系和岩棉保温体系比较适合目前北方农村地区的建筑现状和经济水平。
北方农村建筑围护结构热性能改善技术
适合北方农村地区的建筑围护结构热性能改善技术主要包括如下三个方面：一、外墙保温体系，降低外墙传热系数；二、屋顶保温措施，降低屋顶散热；三、门窗的保温措施，降低门窗传热和冷风渗透量；四、被动式太阳能利用技术，采用可再生能源提供部分采暖负荷。
本文所述技术方案的选择遵循以下原则：
——适合在农村地区推广应用，在经济上普通农村居民能够承受；
——推广模式不照搬照抄城市，而是符合农村发展现状和农村建筑节能的需求；
——工艺技术简单，普通农民可以自己组建施工队伍，不需专业培训；
——工艺技术所需材料容易获得，所需施工器具简便； ——所选用的工艺技术应用的效果较好，应具备良好的社会效益和经济效益。
１、外墙保温体系
外墙保温体系按照保温层位置可以分为外墙外保温和外墙内保
图３ 岩棉保温体系施工
１、基材 ２、界面砂浆 ３、胶粉聚苯颗粒４、抗裂砂浆 ５、耐碱玻纤网格布
６
、
抗裂砂浆卡 ７
、
涂料饰面层（底涂、腻子、涂料）
图４ 胶粉聚苯颗粒保温体系示意
建设科技
研究
篇
３、门窗保温措施
门窗是围护结构中的重要部件，具有采光、通风、装饰等多种功能，门窗传热系数大，空气交换量多 ，能量损失大，是建筑节能的重要环节也是薄弱环节，必须采取有效的措施改善门窗的保温隔热性能。门窗保温的目的是减少门窗冷风渗透及传热损失。
更换质量好的双层玻璃塑钢门窗可以大大改善门窗的热工性能，减少传热和冷风渗透热损失，但是造价相对较高，适于在经济条件较好的地区推广使用。
应用保温隔热窗帘是提高窗户保温性能的一种比较简单的方法，加装保温窗帘增大了传热热阻，减小了夜间室外和室内的辐射换热。此外，加装保温窗帘可以降低冷风渗透热负荷，减少冷风渗透引起的热损失。
图５ 膨胀聚苯板保温体系示意
图８ 保温窗帘
４．被动式太阳能利用
图６ 膨胀聚苯板保温体系施工
２、屋顶保温措施
屋面是一个散热量很大的地方，因此屋面的保温也是非常重要的。北方农村住宅平屋顶和坡屋顶都有应用。适于农村屋顶保温改造方案主要有两种：胶粉聚苯颗粒外置保温层和吊顶内铺设保温包。胶粉聚苯颗粒外保温体系和墙体的胶粉聚苯颗粒保温体系一致，其施工工艺可参考胶粉聚苯颗粒外墙外保温体系。吊顶内铺设保温包的方式相对简单，只要把胶粉聚苯颗粒保温包铺设在吊顶上即可。但要求吊顶上有足够的铺设空间，并在吊顶上均匀铺设，防止产生明显冷桥。
农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，农村的大气透明度也较高，日照条件较好，具备利用太阳能采暖的良好条件。被动式采暖技术能够有效利用太阳能为建筑物提供部分冬季采暖负荷，减少商品能源的使用。北方农村地区适用方案包括直接受益窗、被动式阳光间、屋顶空气集热系统等。改善农宅围护结构热性能是被动式技术应用的前提；被动式阳光间和直接受益窗应具备有效的夜间保温措施，可以大幅度提高太阳能采暖效果。
图７ 吊顶铺设聚苯颗粒保温包 图９ 被动式阳光间
建设科技
节能
下乡
技术方案节能效果测试及评价
建筑节能改造最直观的效果有两个：一是室内温度提高，舒适性更好；二是节省采暖用煤。这两方面的效果是此消彼长的关系，室内温度提高得多，节省采暖用煤就减少；如果保持室内相同的温度，节省采暖用煤就会更多。经过对实验项目的测试，节能改造效果如下：
经过建筑节能改造，建筑物热工性能有了大幅度提高，室内温度提高了5~10℃，舒适性有了很大的改善。表２ 改造前后围护结构热工性能对比
计算和模拟，结果如下表所示：耗热量指标下降了一半左右，综合节能率在45%～61%之间，节能效果非常明显。表３ 改造前后采暖能耗比较
从经济性来说，典型农宅采用岩棉、聚苯板或胶粉聚苯颗粒，屋顶铺设保温包，加装保温窗帘的总体改造整体成本在8000～10000元左右，5～7年左右的时间就可以收回成本。
示范和推广
2006年6月～2008年6月，北京市可持续发展促进会在房山区、门头沟区和怀柔区陆续进行了既有农宅节能改造示范工程，节能减排和室内舒适性改善效果明显，得到了村民的认可并引起政府相关部门的高度重视。目前既有农宅节能改造工程已经列入《北京市新农村“三起来”工程建设规划(2009—2012年) 》，2009～2012年，北京市郊区县将累计进行既有农宅改造9万户。截至2012年，北京市既有农宅改造将累计减少煤耗约22万吨，折合人民币约1.5亿元，减少CO 2排放62万吨。
农宅围护结构热性能改善技术具有良好的普适性，适用于我
图１０ 典型农户节能改造室温变化（２００７年１月２８日～２００７年２月３日）
国北方农村地区，随着既有农宅节能改造的推进，其社会效益必将持续惠及我国整个北方地区。若按照现有农村生活能耗水平估算，采用该技术可使我国北方地区每年采暖能耗减少0.5亿吨标准
对改造农户2006年和2007年采暖季进行的统计表明，进行保温改造后农户采暖耗煤量均有明显下降，平均比2006年度低1/3左右（见图11）。
煤，折合500亿人民币，减少CO 2排放1.4亿吨左右，具有非常明显的经济、社会和环境效益。
结语
本文采用的农村既有居住建筑节能改造方案投资适中，技术成本低，材料易于获得，所需工器具及施工方法简便，节能效果明显，能够为农民所接受，改造成本适合北方农村的经济发展水平和社会发展需求，研究成果适于在广大农村地区进行推广示范。
农村建筑节能的最终目标是让农民自己认识到农村建筑节能的重要性，愿意为节能建筑多做投入，并在建筑的使用过程中逐
图１１ 改造前后采暖耗煤量比较
室温升高5~10℃的同时，采暖耗煤量下降了三分之一。为对建筑节能效果进行综合评价，利用建筑模拟软件DeST-h 进行了
渐收回投入并获得更多的收益。因此，要结合各地农村的特点和经济发展状况，让农民看到实实在在的好处和效果，充分调动起积极性，农民才有可能积极地参与建筑节能，才能促进农村建筑
节能进一步发展和普及。
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