Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 装配式超低能耗绿色新农宅体系研究 綦升辉 ，江海红 ，王衡。，熊岳 ，赵洋。 （１．山东省节能技术研究院，山东德州２５３０００；２．北京天一新能科技有限公司； ３．北京善筑科技股份有限公司，北京 １０００００） 摘要：本文阐述的“装配式超低能耗绿色新农宅体系”是装配式建筑技术、被动房技术和清洁能源技术的有 机结合，既节能环保又舒适宜居，是新农村建设的发展方向。装配式采用“ＳＺ系列绿色轻型铜结构装配式建 筑体系”，被动房采用“ＮＣＣ纳米微孔硅酸盐相变蓄能自保温材料”，清洁能源采用“太阳能空气能复合源 热泵三联供系统”，主要指标：装配化率＞９５％，节能率＞９２％，ＣＯＰ＞３．５，达到国际先进水平。 关键词：装配式超低能耗新能源农村住宅 中图分类号：ＴＵ３７５文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｌｌ Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｇｒｅｅｎ Ｒｕｒａｌ Ｈｏｕｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａ。——Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ Ｑｉ Ｓｈｅｎｇｈｕｉｌ，Ｊｉａｎｇ Ｈｍｈｏｎｇ２，Ｗａｎｇ Ｈｅｎｇ３，Ｘｉｏｎｇ Ｙｕｅ３，Ｚｈａｏ Ｙａｎｇ３ （１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄｅｚｈｏｕ ２５３０００，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｔｉａｎｙｉ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；３．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｓｈａｎｚｈｕ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００００，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅ￣“ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｎｅｗ ｇｒｅｅｎ ｒｕｒａｌ ｈｏｕｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ’’ ｉｓ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐａｓｓｉｖｅ ｈｏｕｓｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｅｎｅｒｇｙ；ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅ ａｎｄ ｌｉｖａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｒｕｒａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｈｏｕｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ“ＳＺ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｌｉｇｈｔ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ”，ｐａｓｓｉｖｅ ｈｏｕｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ＮＣＣ（Ｎａｎｏ—ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｉｒ Ｃｒｅｔｅ ｈｉｇｈ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｓｅｌｆ－ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｃｌｅａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｕｓｉｎｇ“ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｔｒｉｐｌｅｘ ｐｕｍｐ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ”． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ：ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｒａｔｅ＞９５％，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｒａｔｅ＞９２％，ＣＯＰ＞３．５，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ａｌｌ ｒｅａｃｈｅｄ ａｄｖａｎｃｅｄ ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ ｓｔｎｄａｒｄｓ．ａ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｒｕｒａｌ ｈｏｕｓｉｎｇ １ 引言 本文所述“装配式超低能耗绿色新 动式”的称谓容易产生歧义，称之为“超 的保温隔热性能，并利用太阳能和家电 低能耗”更为确切。 设备的散热为居室提供热源，减少或不 超低能耗住宅起源于２Ｏ世纪９０年 使用主动供应的能源，或采用清洁的可 农宅体系”，实质上是指装配式被动式 代的德国著名金融中心城市法兰克福。 再生能源。被动式节能屋的概念适用于 节能屋（德语：Ｐａｓｓｉｖｈａｕｓ ｏ笔者认为“被 主要通过住宅本身的构造做法达到高效 作者简介：綦升辉（１９６５一）．学历：博士，职称：研究员、教授，研究方向：新能源、分布式能源、清洁能源、工业余热利用 技术研发等。 江海红（１９６８一）．学历：博士，职称：研究员，研究方向：新型保温防火一体化材料、高蓄能防火保温材料研发等。 王衡（１９４０一）．职称：教授、博士生导师，研发方向：新型装配式建筑体系及产品研发、装配式建筑全专业技术研发等。 熊岳（１９８７一）．学历：硕士，职称：工程师，研究方向：建筑技术经济，装配式建筑技术经济方面的决策、实施、 分析、评估等。 赵洋（１９８７）．学历：硕士，职称：工程师，研究方向：建筑结构工程，装配式钢结构建筑抗震性能研究，装配式 建筑建材研究等。 １２０ Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 圾８０％，且能节约人工６０％以上。建 有效解决了能源供给问题，结合建筑本 人居住，八度抗震设防。 筑质量可靠，利于环境保护，其综合性 体保温性能优势，每年的运行成本极低， 整个建筑方案完全体现了装配式、 价比可以与任何形式的建筑结构形式相 只需将新能源作为启动能源与补充能源 超低能耗、新能源的绿色新农宅设计宗 ＰＫ，完全满足农村住宅需求。 即可完全满足三北地区供暖需求，新能 旨，满足新农宅体系要求，同时可作为 源系统的应用为节约能耗，改善农村住 北方农宅标准进行推广应用。 ４．２新材料技术应用 每平方米零能耗作为未来的建筑节能目 标。装配式、集成化建筑、墙体自保温、 世界发达国家，特别是欧美，己把 宅环境提供 可靠保障，见图３。 ５．２造价指标 案例户型设计，主体采用冷弯薄 壁型钢混凝土组合梁板＋冷弯薄壁型 ５绿色新农宅体系实施案例分析 防火保温装饰一体化、结构保温一体化、 ５．１单体建筑技术方案 组合方管柱的板柱框架结构，维护墙体 体化墙体，外墙厚度２００ｍｍ，内墙 如 钧 Ｏ 结构防火保温一体化、结构防火保温装 建筑方案以三北地区气候特点和满 采用纳米微孔硅酸盐结构保温防火装饰 一饰一体化，以及超低能耗被动式绿色建 足现代乡村住宅主要使用功能为设计出 势。其中的技术关键之一是找到一种适 ２０ｍｍ，屋面板采用纳米微孑Ｌ硅酸盐复 筑是我国建筑行业的技术热点和发展趋 发点，强调对新能源的利用，以超低能 １Ｏ Ｏ 耗为原则，选择适宜的建造技术和合理 合板，屋架为轻钢屋架，楼梯为预制钢 Ｏ 合中国国情特色、绿色环保、防火安全 的空间布局，从而达到美丽乡村建设标 楼梯，窗为三层玻璃塑钢保温窗，外门 的围护墙体材料。 准。根据农村居住特点，本次设计将农 为防盗不锈钢门，内门为木质门。屋面 日常生活起居的居住空间、方便农机农 能一空气复合热源热泵系统。 造价计算主要包括主体钢结构、楼 的生产服务空间。结合装配式建筑标准 板及屋面板、内外墙、门窗、外装饰、 化、模块化设计特点，及北方地区农村 屋顶装饰、水电管线、人工费、机械费， 住宅特色，设计样板户型为两层，一层 见表３。 绿色新农宅体系选用的ＮＣＣ（Ｎａｎｏ－ 宅的功能空问分为三大部分：主要满足 搭载太阳能光伏集热板，同时配备太阳 Ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｉｒ－Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）纳微孔硅酸盐气凝士 自保温墙体材料，具有Ａ级防火，根除 具仓储的生活辅助空间和机械设备放置 火灾隐患，保温隔热性能优异等特点，内、 外墙均可使用，耐候耐水性耐冻融循环， 性价比高，经济实用，能耗低，在生产、 ２５平方米，二层为１２０平方米， 施工和使用整个过程中均无有害污染物质 面积１做外墙保温施工，大大节省保温材料费用 和施工成本，见表ｌ、表２，图２。 表１ ＮＣＣ材料Ａ２级燃烧等级测试结果统计表 标准要求 ＦＩＧＲＡＳ１ ２０Ｗ／ｓ ＴＨＲ＜７．５ＭＪ 注：主要材料及制作费用向相关厂 释放。由于自身优异的保温性能，无需另 总建筑面积２４５平方米，可满足４－６口 家询价并参考《北京市工程造价信息》表２ ＮＣＣ材料耐候性能统计指标表 ４．３新能源技术应用 目前农村地区还在大量使用燃煤、 秸秆等作为能源供给，给区域环境造成 了强烈的影响，也是京津冀地区雾霾的 主要成因。因此，在推广建筑本体节能 的同时，辅助清洁新能源的使用，是对 提升农村住宅品质，改善区域环境十分 有利的措施。 绿色新农宅体系根据单一空气源 热泵、单一太阳能热泵及多换热器切换 式太阳能一空气双热源热泵的优缺点， 提出了一种新型的太阳能一空气复合热 源热泵系统（Ｓｏｌａｒ－Ａｉｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｈｅａｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｈｅａｔ ＰｕｍｐＳｙｓｔｅｍ．ＳＡＣＨＰ）， 实 实测结果 ０Ｗ／ｓ ０．８ＭＪ ０ｍ２／ｓ２ ２３ｍ２／ｓ２ 性能 干密度／Ｋｇ／ｍ３ 导热系数／Ｗ／（Ｍ・Ｋ） 性能指标 １２Ｏ １８０ ０．０３６—０．０４６ ＳＭＯＧＲＡ＿＜３０ｍ２／ｓ２ ＴＳＰ＜＿５０ｍ２／ｓ２ 兰０．２ 抗压强度／ＭＰａ １５次冻融循环后抗压强度 兰０．１ ／ＭＰａ 产烟毒性（麻醉性和刺激性） 均合格 燃烧等级 Ａ级 现了对空气、太阳能两种可再生能源的 综合利用和优势互补，尤其适合我国寒 冷地区城镇住宅和乡村独立住宅空调采 暖及卫生热水需求，对改善生态环境， 引领新农村住宅环境建设，提供了一种 可行的技术方法。 将ＳＡＣＨＰ系统与装配式农宅相结合， ５０．０ ６０．０ ７０．０ ８０．０ ９０．０ １ ００．０ 时间（分钟） 图２ ＮＣＣ材料与挤塑板保温性能对比图 １２２ Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ２０１７年第４期计’舰安装过程中的人工费、 环北京的雾霾也会有极大改善。任 机械费依据建筑工程人工工时、施工机械 北地区、环京津冀的２＋２６个城市及全 台时费及有关计价规定估算。不含各项税 序号表３绿色新农宅体系标准户型案例 造价指标分析 国，推广绿色新农宅建筑体系，对减少 助。三北地区（ 北、华北、东北）每 年可减少ＰＭ２．５排放１ ５３ 吨，温 气 名称 单方价格 （元／ ） ５及温率气体排放，将会有极人 费及各类取费，不含运费及保管费；以上 ＰＭ２．报价均为正负零以上主体结构，毛坯房。 案例户型总面积为２４５平方米，合 建造总价约为３６．７万元。如按传统建 体排放５亿吨；环京津冀地区２＋２６个 造方式，总造价约为２８万．３０万左右。 采用装配式超低能耗绿色新农宅略高ｌＪ 重点城市，每年可减少ＰＭ２．５排放９７ 万吨，温室气体排放３亿吨；全国２４０ 传统建造方式，但保温、安全、节能环 亿半方米农村住宅，如果均能应川绿色 保及舒适性，是传统农宅无法比拟的。 新农宅体系，每年叮减少ＰＭ２．５排放 ２２３万吨，温室气体排放７－３亿吨。 约标准煤ｌ亿吨。 ５．３节能减排指标 ２节能效果显著 根据《中国建筑节能年度发展研宄 ６．报告２０１６》，农宅热负荷为１２０瓦／平 方米，按照案例户型节能９２％设计指标 测算，热负荷约为１ ５瓦／平方米，每天 需热能约１２９６千焦／平方米供ｔ暖热量。 人口逐年减少，但农村住宅的商品能耗 一伴随城市化进程加速，农村常住 ６．３对农村扶贫工作意义重大 绿色新农宅体系应用将有效改善农 直 高不下，主要还是山于农村住宅 民居住环境，同时，可极大地降低农村 品质较 ，尤其是北方地区，采暖期能 燃煤现状，充分应 太阳能、空气能等 经测算采用空气源热泵，运行耗电１度 耗更是占 ｒ总耗能的６０％左右。如 新能源，加之建筑本体的超低能耗、装 电，可产生３倍热能，即产牛１２９６千 熊的热量，需用电０．１２度。如案例户型 果均能应用绿色新农宅体系，三北地 配式的建筑工艺应用，从建筑令生命周 （西北、华北、东北）每年可节约标准 期降低综合能耗。据报道，今年北京市 ４万，南财 ２４５平方米，供暖用电３０度／天。根据 煤５５８０万吨；环京津冀地 ２＋２６个重 在农村地区煤改电户数为６７． 案例户犁屋面设置的８０平方米光伏发 点城市，每年可节约标准煤３４２０万吨；政承担的工程投资２４６３亿元，此外， 电系统，每日叮提供约４０度电，完全 全围２４０亿平方米农村住宅，每年可节 每户农民尚需自行投资１万多元，每户 满足供暖用电。依此，装配式超低能耗 绿色新农宅体系，采暖不消耗高品位能 源，完全没有采暖费，农民每年每户可 节省１ ０００—２０００元采暖开销。 表４不同地区农村每年减少碳及温室气体排放指标 根据测算，采 装配式超低能耗绿 色新农宅体系，每平方米建筑每年可节 省供暖用燃煤３０公斤，折合成标准煤 ２ｌ公斤，减少５２．５公斤Ｃ０２排放，减 少０．３公斤ＰＭ２．５，减少１４－３公斤粉尘， 减少Ｉ．５８公斤Ｓ０２，减少０．７９公斤氮 氧化物，见表４。 根据上述测算，北京市在采暖期空 气中ＰＭ２．５含量平均可减少７０ｊａｇ／ｍ ，早 中晚三餐峰值可减少１ ５０－２５０ｇｇ／ｍ ，按照 《环境空气质量指数（ＡＱＩ）技术规定》 意味着空气质量平均提高一个等级，例 如ＰＭ２。５含量从２００￣ｇ／ｍ３下降到１３０ｇｇ／ ｍ］，可由中度污染，下降到轻度污染。 ６绿色新农宅建筑体系应用推广意义 ６．１减少ＰＭ２．５及温室气体排放 农村的燃煤是造成雾霾的源头之 ～１ 压缩机２太阳能一空气双热源复合换热器３用户侧换热器４太阳能 集热器５蓄热水箱６．生活水箱７第一循环水泵８．第二循环水泵９、 １Ｏ、１ １、１２为连接在管路间的阀门１３第一毛细管１４第二毛细管 １５．单向阀 １６．四通换向阀１７换热盘管 图３太阳能——空气能复合热源热泵系统原理图 ，如果北方农村都实现了零煤耗， １２３ Ｐｕｂｌｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 平均总投资近５万元，以后每个采暖季 参考文献： １］刘建龙，陈文，谭超毅．农村住宅节 还至少需要２０００元。如果将这笔费用 ［补贴装配式超低能耗绿色新农宅建筑， 既减少了财政补贴，又节约农民的支出， 的社会经济和生态效益。 【１２】朱榆萍．基于清单计价模式的某低 层冷弯薄壁型钢房屋经济性研究 ［Ｄ】．西南科技大学，２０１６ 『１３］王晓珊．建筑产业现代化技术 集成体系研究 ２０１７，４３（１６）：２３３—２３５． 能技术研究现状分析［Ｉ］．四川建 筑科学研究，２０１０，（１）：３３－３６． 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