东北严寒地区农村住宅节能设计研究

摘要

我国农村住宅建设量大、地域面广，但由于受到经济、技术等因素的制约，一直处于粗犷型设计建造阶段，能耗高、热舒适度低。东北严寒地区气候寒冷而漫长，农村住宅采暖能耗问题更为突出。如何在提高农村住宅室内舒适度的前提下，充分利用自然资源，采取设计策略降低采暖能耗，是东北严寒地区农村住宅亟待解决的问题。
　　针对东北严寒地区农村住宅存在的实际问题，本文对其热环境与天然采光环境进行了系统调研，调研分为问卷调查和实地测试两个层面。通过问卷调查掌握农村住宅基本情况、农村居民基本信息、采暖能耗及热环境舒适度、天然采光环境舒适度情况，通过实地测试采集不同类型的农村住宅温度、相对湿度、围护结构热流密度、天然采光照度等物理环境参数。调研发现了农村居民社会特征与采暖能耗的相关性；从建设时间、建设成本、住宅形式等三个方面对农村住宅进行了深入分析；从热环境和天然采光环境两个方面对农村住宅进行了分析，发现农村住宅整体热工性能较差，存在平面布局不合理、围护结构传热系数大、冷风渗透、采暖能耗高、热舒适度低等问题；农村住宅采暖方式存在能源效率低和室内空气污染等问题；农村住宅开窗需进行光热耦合设计。
　　综合实地调研和对农村住宅热环境数学模型的分析，从体形与平面、非透明围护结构、透明围护结构和采暖方式四个方面筛选了农村住宅热环境重要影响因素，进而通过实地测试和软件模拟对朝向、体形系数、附加阳光间、门斗、围护结构传热系数、热惰性、围护结构颜色、冰雪覆盖层、窗墙面积比、火炕、火墙等影响因素逐一进行分析，发现了农村住宅热环境各影响因素在严寒气候下的作用规律，进而应用 SPSS建立了各影响因素与采暖能耗之间的一元及多元回归模型，提出了基于热环境的农村住宅节能设计策略，并通过设计节能型农村住宅对其有效性进行了实测验证。
　　结合实地调研和对农村住宅天然采光环境数学模型的分析，从体形与平面、非透明围护结构和透明围护结构三个方面选取了农村住宅天然采光环境重要影响因素，进而通过软件模拟对平面形式、房间长宽比、室内净高、窗台高度、窗间墙宽度、窗地面积比、窗户总透射比、开窗形式等影响因素进行逐一分析，发现了农村住宅天然采光环境各影响因素的作用规律，进而应用 MATLAB建立了影响因素、房间进深与天然采光平均照度三者之间的数学模型，同时应用SPSS建立了影响因素与天然采光平均照度之间的回归模型，两种数学模型能够相互验证。并进一步研究了农村住宅开窗的光热耦合设计，分别建立了采暖能耗、天然采光平均照度和影响因素的回归模型。根据实地调研及模拟计算，提出了基于天然采光环境的农村住宅优化设计策略，并通过设计节能型农村住宅对其有效性进行了实测验证。
　　通过对东北严寒地区农村住宅热环境、天然采光环境的实地测试和模拟分析，综合应用设计策略设计了节能型农村住宅，并对其进行了实地测试。结果表明：节能型农村住宅年平均单位建筑面积耗热量为28.6W/m2，比既有新型农村住宅节能71.02%；各房间天然采光照度平均值均高于300lx，满足采光标准要求。从节能型农村住宅设计和实地测试的层面验证了设计策略的有效性。
　　论文研究的出发点源于对在农村居民经济能力承受范围内，提高东北严寒地区农村住宅室内热舒适度、优化天然采光环境、降低采暖能耗的思考，采用实地测试结合软件模拟的方法对东北严寒地区农村住宅进行了研究。研究结果能够为建筑师设计节能型农村住宅提供指导，为建立东北严寒地区农村住宅节能技术体系提供理论基础和数据支持。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 相关概念和研究范围的界定

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 研究内容与方法

1.5 研究框架

第2章 东北严寒地区农村住宅现状调研与分析

2.1 问卷调查方案

2.2 现场测试方案

2.3 调研结果分析

2.4 本章小结

第3章 基于热环境的东北严寒地区农村住宅节能设计

3.1 热环境设计研究基础

3.2 热环境模拟软件选取及参数设定

3.3 热环境模拟及实测分析

3.4 农村住宅采暖能耗预测模型

3.5 基于热环境的农村住宅节能设计策略

3.6 本章小结

第4章 基于天然采光环境的东北严寒地区农村住宅优化设计

4.1 天然采光环境设计研究基础

4.2天然采光环境模拟软件选取及参数设定

4.3 天然采光环境模拟分析

4.4 基于天然采光环境的农村住宅优化设计策略

4.5 本章小结

第5章 节能型农村住宅设计与实测验证

5.1 节能型农村住宅基地物理环境分析

5.2 节能型农村住宅设计

5.3热环境实地测试

5.4 天然采光环境实地测试

5.5 本章小结

结论

主要结论：

创新点：

展望与设想：

参考文献

附录2-1 东北严寒地区农村住宅调查问卷

附录5-1 实地测试部分现场照片

附录5-2 墙体传热系数计算部分原始数据

附录5-3 屋面传热系数计算部分原始数据

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

个人简历