引言为了更好地实现农村地区清洁取暖，我国积极推动农村地区实施“煤改气”计划，利用清洁、高效的天然气代替煤炭取暖。国内相关学者对农村建筑的能耗进行分析研究，采用软件模拟及理论计算的方法，利用DeST软件，对不同窗墙比、不同材质的外窗材料的建筑能耗进行模拟并总结规律[1-2]。理论计算方面，根据已知房间的围护结构参数进行理论计算，发现建筑物能耗，围护结构的能耗占比较大[3-5]。相关学者对不同围护结构房间的实测能耗与计算能耗的研究较少。对临淄区试点城镇进行实地调研，主要研究农村建筑围护结构、室外温度对农村供暖效果的影响以及农村典型建筑能耗情况。1临淄地区农宅基本信息1.1住宅分类淄博市临淄区农村建筑多为单层平房，为砖混结构，卧室客厅与厨房、卫生间隔开。根据房屋围护结构差异，临淄地区农宅被分为4类，类型1有阳台有保温、类型2有阳台无保温、类型3无阳台有保温、类型4无阳台无保温。1.2围护结构及热工参数（1）外墙。大部分农村住宅的外墙不设保温措施，外墙厚度为240 mm，外墙涂抹石灰、水泥、砂浆的混凝土厚度为15 mm，内墙为水泥浆抹面厚15 mm，墙体总厚度为270 mm；少部分住宅外墙敷设50 mm挤塑聚苯板保温层。（2）门窗、屋顶及地面。临淄地区住宅房屋主要安装单层门窗，多数为塑钢、铝合金门窗，少数采用木质门窗。屋顶采用木屋顶与预制板，主要为平屋顶形式，少数采用吊顶，保温形式简单，保温效果一般，大部分屋顶无保温措施。地面主要为水泥地面，敷设或不敷设地板，基本无保温和防潮措施。（3）阳台。农村住宅建筑的容积率较低，无明显的遮挡结构，大气透明度较高，日照条件好，具备利用太阳能采暖的良好条件。部分用户会在房屋主体南面附加玻璃温室，简称“阳台”。阳台主要由砖墙、门窗组成，砖墙结构与外墙相同，与房屋内门窗相比，阳台的门窗面积偏大，但材料与内门窗相同。住宅围护结构参数参照《农村居住建筑节能设计标准》（GB/T 50824—2013）设置，4种类型农村房屋围护结构热工参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T001表14种类型农村房屋围护结构热工参数房屋类型围护结构材料传热系数/[W/(m2·K)]类型1外墙240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面+50 mm挤塑聚苯板0.700外门单层单玻铝合金门2.500外窗单层单玻铝合金窗2.500屋面炉渣混凝土+膨胀聚苯板0.814阳台240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面+单层塑钢1.920类型2外墙240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面1.350外门单层单玻塑钢门2.500外窗单层单玻塑钢窗2.500屋面炉渣混凝土+膨胀聚苯板0.814阳台240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面+单层塑钢1.920类型3外墙240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面+50 mm挤塑聚苯板0.700外门单层单玻木门2.500外窗单层单玻木窗2.500屋面炉渣混凝土+膨胀聚苯板0.814类型4外墙240 mm实心砖墙+15 mm水泥砂浆+10 mm水泥砂浆+5 mm石灰抹面1.350外门单层单玻铝合金门2.500外窗单层单玻铝合金窗2.500屋面炉渣混凝土+膨胀聚苯板0.81424类建筑住宅能耗分析2.1建筑住宅能耗模型民用建筑的设计热负荷主要包括围护结构耗热量、地面的温差传热耗热量、加热通过门窗缝隙渗入室内的冷风耗热量、加热外门开启时进入室内的冷风耗热量、各项附加耗热量等。（1）围护结构耗热量。围护结构包括门、窗、墙体、屋顶和地面。除地面外的围护结构耗热量计算如下：∑i=1nqi=(tn-tw)αi×Ai×KiA0 (1)式中：qi——第i种围护结构的耗热量，W/m2；tn——供暖室内计算温度，℃；tw——供暖室外平均温度，℃；αi——第i种围护结构的传热修正系数；Ai——第i种围护结构的面积，m2；Ki——第i种围护结构的传热系数，W/(m2·℃)；A0——建筑面积，m2。传热修正系数建筑围护结构的实际耗热量受气象条件以及建筑物情况等因素的影响，传热修正主要包括朝向修正、风力附加和高度附加修正。根据《暖通规范》规定，朝向修正率如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T002表2朝向修正率朝向修正率北、东北、西北0~10东、西-5东南、西南-15~-10南-30~-15%计算围护结构耗热量不必考虑风力附加；农村民用建筑房屋的层高低于4 m，不考虑高度附加修正。地面传热量采用稳态分地带方法计算，从外墙内表面起2 m的地面为一个地带。文献[6]在稳态分地带计算方法上考虑土壤层的蓄热性能，地面传热量等于气温年平均值和1年周期正弦波综合作用结果。qτ=Ktout,m-tin+52.16σsin2π8 760τ+ξ-4.53 (2)式中：qτ——任意时刻地面传热量，W/m2；K——地面稳态传热系数，W/(m2·℃)；tout,m——室外气温的年平均值，℃；tin——室内温度，℃；σ——各地带热流的振幅，W/(m2·℃)；τ——时间变量；ξ——各地带热流的相位，rad。临淄区主要位于鲁中丘陵与鲁北平原交界地带，位于淄博市东北部；临淄区属于寒冷地区，冬季最冷月在1月，最冷月平均气温为-5.1 ℃，冬季漫长且寒冷干燥，温差较大。根据文献[6]，各类型建筑所在地带的导热系数、热流振幅及相位如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T003表3各类型建筑所在地带的导热系数、热流振幅及相位地带传热系数/[W/(m2·℃)]热流振幅/[W/(m2·℃)]热流相位/rad类型1所在地带0.5910.444-0.193类型2所在地带0.2110.080-0.719类型3所在地带0.1450.030-1.319类型4所在地带0.1150.016-2.242（2）门窗缝隙渗入冷空气的耗热量。由于门窗缝隙宽度、风向、风速和频率不一致，因此由门窗缝隙渗入的冷空气量很难确定，目前有换气次数法、百分比计算法等方法可对冷风渗透量进行粗略计算，文中主要利用换气次数法进行计算。qINF=0.278tn-twρ×V×NA0 (3)式中：qINF——冷风渗透耗热量，W/m2；ρ——供暖室外平均温度下的空气密度，kg/m3；N——每小时的换气次数，取0.5 次；V——房间净体积，m3。（3）耗热量。qH=qHT+qINF-qIN (4)式中：qH——耗热量，W/m2；qHT——围护结构耗热量，W/m2；qIN——建筑物内部热量，包括炊事、照明、家电和人体的散热，取3.8 W/m2。2.2建筑住宅耗气量模型V=Qq×η (5)式中：V——燃气耗气量，m3；Q——房屋总耗热量，kW；q——天然气热值，取最低热值35.6 MJ/m³；η——燃气壁挂炉的效率，%。2.3模型输入参数基于4类典型住宅结构进行采暖能耗计算。类型1、类型2建筑有阳台，阳台窗户尺寸为4 500 mm×2 500 mm，房屋建筑面积为92.4 m2，室内窗户尺寸为1 720 mm×1 520 mm，门尺寸为2 180 mm×2 600 mm，建筑长12 m、宽7.7 m、高3.08 m；类型3、类型4建筑无阳台，房屋建筑面积为66 m2，室内窗户尺寸为1 720 mm×1 520 mm，门尺寸为1 710 mm×2 600 mm，建筑长12 m、宽5.5 m、高3.08 m。不同房屋类型建筑结构如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.F001图1不同房屋类型建筑结构2.4模型计算结果城市冬季室内供暖温度为18 ℃，农村室内供暖设计温度一般低于16 ℃。农宅建筑的能耗计算过程中，供暖室内设计温度分别取18 ℃和16 ℃，室外气象温度取-5.2 ℃。各房间不设置新风系统，仅考虑门窗的渗透风量，每小时的换气次数为0.5次。4类农宅建筑的耗热量、耗气量如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T004表44类农宅建筑的耗热量、耗气量项目温度/℃类型1类型2类型3类型4耗热量指标/[W/(m2·h)]1839.7351.8065.8383.861636.2947.3360.1576.63燃气量/(m3/d)185.377.018.9011.34164.916.408.1410.36由表4可知，房间温度为定值，类型4建筑的耗热量最高，类型1建筑的耗热量最低；设置阳台使房屋耗热量降低约38.9%，墙体保温使房屋耗热量降低22.4%。敷设保温层时，阳台保温的节能效果更好。相同的房屋结构下，室内设计温度18 ℃比16 ℃的耗热量高8.8%，按照供暖期120 d计算，天然气能耗增加8.1%。3实测农村住宅能耗为了验证模型计算结果的准确性，对4种类型房屋的能耗量进行实测。选取临淄区稷下街道、齐陵街道、朱台镇及齐都镇4个地区共40户农宅，实测取暖能耗。选择气温较低的严寒期测量能耗量，测量时间为2022年1月12日至2022年1月20日。1月14日上午11点至1月15日上午10点的室外温度最低，选取该时间段实测数据进行分析，测量时间段的数据稳定且无过大的偏差。测试时的最低气温为-4 ℃，最高气温为5 ℃。农宅室内温度采用温湿度记录仪测量，测量范围为-40~100 ℃，测量精度为±0.5 ℃。农宅天然气能耗量通过用户燃气表读取。不同类型房屋供暖房间逐时热负荷如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.F002图2不同类型房屋供暖房间逐时热负荷不同围护结构耗热量、温度及耗气量实测值如表5所示。实测能耗最低的建筑类型为类型1，最高为类型4；与无阳台的房屋相比，有阳台房屋的耗热量降低38.9%；与无保温层的房屋相比，有保温层房屋的耗热量降低约22.4%，与模拟计算结果相符。对比实测房屋燃气耗量和模拟计算燃气耗量发现，实测房屋燃气耗量为模拟计算燃气耗量的25.8%，因为实际室内温度低于模拟计算的设计室内温度。不同类型房屋供暖房间温度及室外温度如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T005表5不同围护结构耗热量、温度及燃气耗量实测值项目类型1类型2类型3类型4耗热量指标/[W/(m2·h)]24.1731.5440.0451.05室内最高温度/℃17.9615.9413.7114.86室内最低温度/℃14.1311.5911.1410.06室内平均温度/℃15.5813.1812.2611.04折算燃气耗量/(m3/d)3.786.274.948.00图3不同类型房屋供暖房间温度及室外温度10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.F3a1（a）不同类型房屋供暖房间温度10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.F3a2（b）室外温度根据表2及表3，按照类型1为标准，计算不同类型房间达到这一标准需要多消耗的天然气占比。不同类型房屋的天然气消耗量占比如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.003.T006表6不同类型房屋的天然气消耗量占比房屋类型计算天然气消耗量实测天然气消耗量类型1100100类型2130130类型3165165类型4210210%由图6可知，类型4房屋为了达到类型1房屋的标准，需要多消耗天然气210%；类型3房屋为了达到类型1房屋的标准，需要多消耗天然气165%；类型2房屋为了达到类型1房屋的标准，需要多消耗天然气130%。4结语（1）通过计算和实测4种围护结构农村住宅的耗热量，90%住户的实际热负荷远小于设计热负荷，因为大部分农村住宅非节能建筑，室内采暖温度为12~17 ℃，平均为14.5 ℃，不同的保温条件下农宅耗热量指标为24.17~83.86 W/(m2·h)。（2）对比建筑物的实测耗热量与计算耗热量，有阳台有保温建筑的耗热量指标最低，其次为有阳台无保温建筑、无阳台有保温建筑，最后为无阳台无保温建筑，有阳台有保温建筑的实际耗热量比无阳台无保温建筑低52.6%，建筑围护结构保温水平是影响农村耗气量的重要因素，增加保温层和阳台能够大幅降低天然气消耗量。（3）农村房屋的窗墙比较大，导致农宅能耗量增加。未来可以对农村供暖房间外围护结构进行改造，房屋修建阳台廊道，铝合金单层门窗及木门窗改为断桥铝双层门窗，将老式黏土砖墙替换为节能砖墙，墙体外围护结构加5 cm厚的泡沫板保温层。