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四川省不同气候区农村住宅运行碳排放规律及减碳策略研究

  2024-06-12    83  上传者:管理员

摘要:目前,农村住宅运行阶段碳排放量约占全国建筑运行阶段总碳排放量的1/4,农村住宅减碳是支撑中国建筑领域“双碳”目标的重要构成。其次,四川省有4个气候区,各气候区的气候条件、农村住宅形式等的差异使得不同气候区农村住宅的运行碳排放存在不同特征,所需减碳策略也不一样。为此,通过能耗模拟和碳排放计算模型分析了不同被动节能技术对四川省不同气候区农村住宅运行碳排放的影响规律,提出了具有针对性的减碳策略。研究发现:高海拔严寒区和高海拔寒冷区农村住宅能耗和碳排放最显著的影响因素是外墙节能技术,夏热冬冷区和温和区最显著的影响因素是采用自然通风策略;采取减碳策略后,4个气候区的减碳效果明显,农村住宅运行阶段碳排放可减少50%以上。

  • 关键词:
  • 农村住宅
  • 减碳策略
  • 化石燃料
  • 温室气体
  • 运行碳排放
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工业革命以来,随着化石燃料(煤炭、石油等)消耗量的不断增长和森林植被的大量破坏,人为排放的CO2等温室气体不断增多[1]。为应对气候变化,中国政府郑重宣布力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的战略目标。由于技术、设备及用能方式落后等原因,目前农村住宅运行阶段产生的碳排放总量较大,《中国建筑节能年度发展研究报告2021》数据显示,农村住宅运行阶段产生的碳排放量约占全国建筑运行阶段总碳排放量的1/4。亟需寻求适宜的建筑节能技术降低农村住宅运行阶段的碳排放。而被动节能技术是根据建筑所处的气候特征,以无机械动力的方式与周围环境进行能量交换,可降低建筑能耗并提高建筑生态性[2]。故应优先考虑采用被动节能技术降低建筑运行期间的能耗,进而降低建筑运行阶段产生的碳排放。

已有关于住宅被动节能技术的研究主要集中在被动节能技术对能耗影响方面。康英姿[3]以夏热冬暖某办公建筑为例,研究了5种被动节能技术对建筑能耗的影响,得出了自然采光是最显著的影响因素。周雯等[4]研究了夏热冬冷地区住宅中被动节能技术之间的关联,给出了合理的外墙和外窗传热系数的选定值。Ma等[5]以慈溪市低层住宅为研究对象,对4种被动节能技术进行了敏感性分析,研究表明外墙保温效果最大。Qin等[6]研究了适宜夏热冬冷地区农村住宅的节能技术,提出了“被动优先,主动优化”的原则,研究表明在被动技术中应注重围护结构保温性能和充分利用自然通风策略。倪海峰等[7]以天津市某居住建筑为研究对象,对其进行了被动节能改造,以符合被动节能房的要求。丁祥璐等[8]研究了武汉市某小区的围护结构的节能设计,研究表明应从被动式门窗和外遮阳等方面进行设计以降低建筑能耗。马雪纯等[9]研究了不同被动节能技术对内蒙古地区农村住宅节能的影响,研究表明屋顶、外墙及外窗的热工性能影响程度较大。Shao等[10]采用正交试验的方法对严寒地区农村住宅的被动节能优化设计进行了研究,得出了外墙和屋面保温对能耗有显著影响的结论。

可以看到,已有研究多针对城市高层住宅建筑,对于农村住宅研究较少。因此,本文基于四川省4个气候区的农村住宅现状,分析四川省不同气候区农村住宅的被动节能技术对其运行碳排放的影响规律,并提出最优的减碳策略。


1、研究对象与计算方法


1.1 研究对象

根据《四川省居住建筑节能设计标准》(DB51/5027—2019)[11]对气候区的划分可知,四川省拥有4个气候分区,分别为高海拔严寒区、高海拔寒冷区、夏热冬冷区以及温和区。其中,高海拔严寒区和高海拔寒冷区农村住宅参照文献[12]的研究,如图1所示。建筑坐北朝南,共3层,1层为牛棚,2、3层为主要活动区域,建筑面积为480.4 m2,总高度为11.4 m,平屋顶。夏热冬冷区和温和区农村住宅参照眉山市正山口村某村民住房户型图,如图2所示。建筑坐北朝南,共2层,建筑面积为250 m2,总高度为7.6 m,平屋顶。参照文献[13],各气候区围护结构传热系数见表1。

图1 高海拔严寒区和高海拔寒冷区农村居住建筑mm

1.2 建筑运行阶段碳排放计算方法

由于建筑运行阶段能耗主要来自于采暖空调产生的能耗,且本文主要考虑采用被动节能技术降低建筑采暖空调能耗,故仅考虑农村住宅采暖空调产生的碳排放。建筑运行阶段的碳排放计算公式如下:

图2 夏热冬冷区和温和区农村居住建筑mm  

表1 各气候区围护结构传热系数

式中:C为农村住宅运行阶段产生的碳排放量,t CO2;Ei为耗电量,kWh;δ1为电力的碳排放系数,kgCO2/kWh;Fi为燃料使用量,kg;NCVi为燃料低位热值,kJ/kg或kJ/m3;CCi为燃料含碳量,kg/GJ;Oi为燃料氧化率,采用联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,简称IPCC)默认值(100%)。其中,四川省电力的碳排放系数的计算公式如下:

式中:Ci,e为四川省电力碳排放量,kgCO2;E为该省可用电量,kWh。

生态环境部发布的《省级二氧化碳排放达峰行动方案编制指南》(环办气候函[2021]85号)[14]指出:各省电力调入碳排放量计算应区分煤电、气电和非化石能源电力(清洁电力)。则Ci,e为该省发电过程碳排放量与该省调入与调出电力排放量的差值的和。调入电力碳排放考虑调入电的种类,利用电力来源地区的排放因子计算调入的火电,对调入的一次能源清洁电不计算排放。电力调配参数参考《中国电力行业年度发展报告》。计算得到2023年四川省电力的碳排放系数为0.12 kgCO2/kWh。其中:燃料低位热值取自《中国能源统计年鉴》;燃料含碳量取自IPCC;建筑运行阶段的用能量参照《建筑碳排放计算标准》(GB/T 51366—2019)[15]。

若建筑使用空调解决其冷热负荷需求,则空调耗电量由式(3)计算。

式中:E1为空调满足建筑冷热负荷需求的年耗电量,kWh/a;Qc为年冷负荷,kWh/a;Qh为年热负荷,kWh/a;COP为空调制热性能系数,kW/kW;EER为空调制冷性能系数,kW/kW。其中:Qc和Qh由能耗模拟软件Dest-h求得;COP和EER取值见表2。

表2 不同气候区空气源热泵全年能效比

若建筑使用柴薪或其他燃料燃烧进项采暖,则建筑采暖能耗由式(4)计算。

式中:F1为建筑采暖燃烧的年燃料数量,kg/a。


2、四川省不同气候区农村住宅运行碳排放现状


2.1 室内计算参数及内扰设定

采用能耗模拟软件Dest-h对建筑冷、热负荷进行模拟,其中:高海拔严寒区和高海拔寒冷区冬季室内计算温度为14℃,计算换气次数为0.5次/h;夏热冬冷区冬季室内计算温度为8℃,夏季室内计算温度为30℃,计算换气次数为1次/h。各气候区卧室采暖或制冷时间为0∶00—6∶00、22∶00—23∶00,客厅采暖或制冷时间为18∶00—21∶00。屋内照度设为100 lx,照明功率密度为6W/m2,设备功率密度为3.8 W/m2。人员在室、照明、设备的作息时间表参照文献[13]设定。

计算各气候区建筑冷、热负荷时,需要具体的气象参数,故高海拔严寒区、高海拔寒冷区、夏热冬冷区和温和区选取的城市分别为石渠、马尔康、眉山和攀枝花。

2.2 碳排放现状

根据模拟得到冷、热负荷,通过计算得出不同气候区农村住宅能耗及碳排放量,如图3所示。由图3可知:高海拔严寒区全年能耗为9 899.77 kWh,碳排放量为6.66 tCO2;高海拔寒冷区全年能耗为7 893.07 kWh,碳排放量为5.31 tCO2;夏热冬冷区全年能耗为2 882.99 kWh,碳排放量为0.35 tCO2;温和区全年能耗为889.31 kWh,碳排放量为0.11 tCO2。高海拔严寒区和高海拔寒冷区能耗和碳排放量较高,这是由于这2个气候区全年气温较低,热负荷较大,能耗较高,且其采暖使用的是碳排放系数较高的柴薪。


3、四川省不同气候区正交试验设计


根据四川省各气候区的气候条件与农村住宅特性,选取与建筑能耗和碳排放相关的被动节能技术进行分析和研究。研究方法为正交试验方法,采用能耗模拟软件Dest-h对建筑的冷、热负荷进行全年动态模拟,碳排放采用式(1)~(4)进行计算。

3.1 正交试验设计

由于高海拔严寒区和高海拔寒冷区全年仅有采暖需求,而夏热冬冷区和温和区既有采暖需求也有制冷需求,故不同气候区农村住宅采取的被动节能技术有所不同。

对于高海拔严寒区和高海拔寒冷区,主要考虑采用合理的建筑设计(朝向、体形系数、窗墙比等)、提高建筑围护结构保温性能和利用太阳辐射得热等被动节能技术降低建筑热负荷[18,19]。根据建筑节能率的不同,建筑的体形系数、窗墙比、围护结构传热系数等有不同的限值(表3、4)。由表3、4可知:这2个气候区的体形系数和窗墙比在最高建筑节能率的限值要求范围内,故该气候区仅考虑建筑朝向(因素A)、外墙节能(因素B)、外窗节能(因素C)和屋面节能(因素D) 4个被动节能措施。采用正交试验的方法研究不同被动节能技术对建筑热负荷的影响。其中:朝向设置朝南、南偏西15°、南偏西30°、南偏东15°、南偏东30°等5个参数;外墙、外窗及屋面传热系数参照该气候区不同建筑节能率水平给出的限值进行设置。

图3 四川省不同气候区农村住宅能耗及碳排放

表3 高海拔严寒区不同建筑节能率下的居住建筑参数限值

表4 高海拔寒冷区不同建筑节能率下的居住建筑参数限值

对于夏热冬冷区,夏季炎热,冬季寒冷,主要考虑采用合理的建筑设计(朝向、体形系数、窗墙比等)、提高围护结构保温隔热性能、采用外遮阳和自然通风等被动节能技术降低建筑热负荷[20,21,22]。根据建筑节能率的不同,建筑的体形系数、窗墙比、围护结构传热系数等有不同的限值(表5)。由表5可知:该气候区的体形系数和窗墙比在最高建筑节能率的限值要求范围内,故该气候区仅考虑建筑朝向(因素A)、外墙节能(因素B)、外窗节能(因素C)、屋面节能(因素D)、外遮阳(因素E)、自然通风(因素F)6个被动节能措施。为了验证不同被动节能技术对夏热冬冷区建筑冷、热负荷的影响,采用正交试验的方法对建筑年冷、热负荷的显著性进行分析和研究。其中,建筑围护结构传热系数的设置参照该气候区不同建筑节能率给出的限值。外遮阳形式采用应用广泛的外遮阳,用水平遮阳凸出的长度表示外遮阳的性能水平,外遮阳的4个水平即凸出长度分别为0.5、1.0、1.5、2.0 m。夏热冬冷区外窗节能等级与外窗结构材料参数见表6。根据文献[23]对中国5个典型城市的气候状况和人体主观热反应的现场测试与问卷调查可知,中国人群热舒适的中性温度为18~30℃。因此,室内舒适性温度取为20~28℃。自然通风策略为:居家时间(0:00—8:00、17:00—24:00)尽可能利用自然通风满足室内热舒适性要求,只有当自然通风不能满足室内热舒适性要求时才运行空调,运行空调的同时关闭自然通风口,停止自然通风。

表5 夏热冬冷区不同建筑节能率下的居住建筑参数限值

对于温和区,年均气温较高,冬季温暖,夏季清凉,对冷热有较小的需求。温和区不同建筑节能率下的居住建筑参数限值见表7。在该气候区,不同建筑节能率对应的居住建筑节能标准未对体形系数和窗墙比作规定,故在该气候区主要考虑建筑朝向(因素A)、外墙节能(因素B)、外窗节能(因素C)、屋面节能(因素D)、外遮阳(因素E)、自然通风(因素F)6个被动节能措施。温和区外窗节能等级与外窗结构材料参数见表8。为了验证不同被动节能技术对温和区建筑年冷、热负荷的影响,采用正交试验的方法对建筑冷、热负荷的显著性进行分析和研究。其中,建筑围护结构传热系数的设置参照该气候区不同建筑节能率水平给出的限值。外遮阳和通风设置原则参照夏热冬冷区。

表6 夏热冬冷区外窗节能等级与外窗结构材料参数 

各气候区的正交试验因素及水平见表9~12。

3.2 能耗模拟及碳排放计算

各气候区利用SPSS软件得到L25 4.8型正交表,进行25次试验,由于因子水平数不完全相同,因此需通过拟水平法进行处理,处理后的正交试验见表13~14的2~5列和表15~16的2~7列,模拟结果见表13~14的6~7列和表15~16的8~9列。

表7 温和区不同建筑节能率下的居住建筑参数限值  

表8 温和区外窗节能等级与外窗结构材料参数   

表9 高海拔严寒区正交试验因素及水平

3.3 正交试验结果分析

采用直观分析法对正交试验结果进行分析。直观分析法也称极差分析法,极差的大小反映了试验中各因素影响的大小,极差大表明该因素的影响大,是主要因素,反之是次要因素[24]。直观分析法具有计算简单、形象等优点,是正交试验结果分析最常用的方法。

表1 0 高海拔寒冷区正交试验因素及水平

高海拔严寒区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果见表17。由表17可知:各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为外墙节能>朝向>外窗节能>屋面节能,最显著的影响因素是外墙节能,这是由于该气候区全年室外气温较低,热负荷主要来源于围护结构的耗热量,而围护结构中外墙的面积占比最大,故通过外墙节能技术减小外墙的传热系数对建筑年能耗影响最大。

表1 1 夏热冬冷区正交试验因素及水平  

表1 2 温和区正交试验因素及水平   

表1 3 高海拔严寒区正交试验及其模拟结果  

表1 4 高海拔寒冷区正交试验及其模拟结果  

表1 5 夏热冬冷区正交试验及其模拟结果  

表1 6 温和区正交试验及其模拟结果

高海拔寒冷区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果见表18。由表18可知:各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为外墙节能>外窗节能>屋面节能>朝向,最显著的影响因素是外墙节能,这是由于该气候区全年室外气温较低,热负荷主要来源于围护结构的耗热量,而围护结构中外墙的面积占比最大,故通过外墙节能技术减小外墙的传热系数对建筑年能耗影响最大。

表1 7 高海拔严寒区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果

表1 8 高海拔寒冷区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果

对于仅有热负荷的高海拔严寒区和高海拔寒冷区,不同被动节能技术对建筑年能耗的影响如图4所示。由图4可知:高海拔严寒区的各被动节能技术对建筑热负荷的影响程度高于高海拔寒冷区,其中建筑朝向通过影响建筑的太阳辐射得热间接影响建筑热负荷。图5、6分别给出了高海拔严寒区(石渠)和高海拔寒冷区(马尔康)的全年太阳辐射强度频数。由图5、6可知:石渠的太阳辐射强度高于马尔康,在供暖期,石渠的太阳总辐射为3 999.528 MJ/m2,马尔康的太阳总辐射为2 930.76 MJ/m2,且初始设置中石渠外墙的热惰性指标为3.072,马尔康外墙的热惰性指标为2.858,故高海拔严寒区改变朝向对建筑年能耗的影响程度高于高海拔寒冷区。外墙节能、外窗节能及屋面节能通过影响建筑围护结构的耗热量影响建筑的年能耗,这3个被动节能措施在这2个气候区对建筑年能耗的影响程度为外墙节能>外窗节能>屋面节能,且高海拔严寒区每项的影响程度均高于高海拔寒冷区。通过维护结构的散热量计算式(式(5))可知:当建筑的布局及尺寸相同(Ai相同)时,由于室外气温不同,高海拔严寒区室外气温低于高海拔寒冷区,即高海拔严寒区的Δt大于高海拔寒冷区,故高海拔严寒区通过降低围护结构传热系数带来的围护结构散热量的减少值也越多,对建筑年能耗的影响程度也越大;在Δt相同的情况下,建筑通过围护结构的散热量由传热系数和传热面积共同决定,外墙和屋面的传热系数相当,但外墙面积要比屋面面积大得多,故外墙的影响程度大于屋面,虽然外窗面积较小(外墙和屋面面积分别为外窗面积的7倍和5倍),但其传热系数较大(外窗传热系数约为外墙和屋面传热系数的6倍),故由传热系数和传热面积共同确定的对建筑年能耗的影响程度结果为外墙节能﹥外窗节能﹥屋面节能。

图4 高海拔严寒区和高海拔寒冷区不同被动节能技术对建筑年能耗的影响

图5 高海拔严寒区(石渠)太阳辐射强度频数(数据来源:NASA)

式中:Qw为建筑通过围护结构的散热量,W;Ai为第i部分围护结构的表面积,m2;Ki为第i部分围护结构的传热系数,W/(m2·℃);Δt为冬季室内计算温度与供暖室外计算温度的差值,℃。

夏热冬冷区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果见表19。表19的极差结果表明:各被动节能技术对建筑年能耗影响的显著性顺序为自然通风>外墙节能>屋面节能>外遮阳>朝向>外窗节能,最显著的影响因素是自然通风,这是由于该气候区夏季制冷时间为农民务农回家的时间,一般为晚上,是一天中气温较低的时候,通过自然通风减少建筑的冷负荷较多。故是否采用自然通风策略对建筑年能耗影响最大。

图6 高海拔寒冷区(马尔康)太阳辐射强度频数(数据来源:NASA)  

表1 9 夏热冬冷区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果

温和区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果见表20。表20的极差结果表明:各被动节能技术对建筑年能耗影响的显著性顺序为自然通风>外墙节能>屋面节能>朝向>外遮阳>外窗节能,最显著的影响因素是自然通风,这是由于该气候区全年气温较为温和,采用自然通风策略能降低过渡季节的建筑冷、热负荷。故是否采用自然通风策略对建筑年能耗影响最大。

对于既有热负荷也有冷负荷的夏热冬冷区和温和区,不同被动节能技术对建筑年能耗的影响如图7所示。由图7可知:除朝向外,夏热冬冷区的各被动节能技术对建筑热负荷的影响程度均高于温和区。由于这2个气候区供暖时间较长,供冷时间较短,建筑热负荷较大。图8、9分别给出夏热冬冷区(眉山)和温和区(攀枝花)的全年太阳辐射强度频数。由图8、9可知:攀枝花的太阳辐射强度高于眉山,在供暖期,攀枝花的太阳总辐射为1 326.24 MJ/m2,眉山的太阳总辐射为2 518.488 MJ/m2,且初始设置中2个气候区外墙的热惰性指标均为2.305,故朝向对建筑能耗的影响主要取决于当地气候太阳辐射的强弱,温和区改变朝向对建筑年能耗的影响程度高于夏热冬冷区。夏热冬冷区其他被动节能技术对建筑热负荷的影响程度均高于温和区,因为夏热冬冷区的年冷、热负荷均大于温和区的年冷、热负荷,采取节能措施对降低其建筑年能耗的影响更为显著。

表2 0 温和区被动节能技术对年能耗影响的直观分析结果

图7 夏热冬冷区和温和区不同被动节能技术对建筑年能耗的影响

夏热冬冷区和温和区自然通风、外遮阳、外墙节能、外窗节能、屋面节能措施对建筑年能耗的影响程度为自然通风>外墙节能>屋面节能>外遮阳>外窗节能,自然通风通过影响建筑冷负荷降低建筑年能耗的影响程度大于采用围护结构节能和采用外遮阳影响建筑冷、热负荷降低建筑年能耗的影响程度。采用外遮阳和外窗节能的影响程度较低,这是因为采用外遮阳虽然可以通过减少建筑得热降低建筑冷负荷,但在冬季建筑得热减少又会增加一部分热负荷,故对建筑年能耗的影响程度较低。采用外窗节能不仅降低了外窗的传热系数,减少了建筑围护结构的散热量,同时降低了太阳得热系数,这虽然可以减少建筑冷负荷,但也会增加建筑的热负荷,且这2个气候区对热负荷的需求较大,故对建筑年能耗的影响程度较低。围护结构节能技术对建筑能耗的影响程度为外墙节能>屋面节能。由式(5)可知,Δt相同的情况下,建筑通过围护结构的散热量由传热系数和传热面积共同决定,外墙和屋面的传热系数相当,但外墙面积要比屋面面积大得多,故外墙的影响程度大于屋面。

3.4 四川省不同气候区最优减碳策略

根据各气候区不同被动节能技术对年能耗和碳排放影响的分析,得出不同气候区的农村住宅最优减碳策略如下。

1)高海拔严寒区:根据正交试验模拟结果(表13)可知,该气候区应优先考虑降低外墙传热系数,其次改变朝向,使建筑在供暖季接受更多的太阳辐射,再次降低外窗传热系数,最后考虑降低屋面传热系数的方法降低该气候区建筑年能耗。参考不同建筑节能率下的居住建筑参数限值及正交试验结果,给出该气候区的最优减碳策略为:朝向为南偏西30°,外墙传热系数为0.099 W/(m2·K),外窗传热系数为1.000 W/(m2·K),屋面传热系数为0.289 W/(m2·K)。其建筑运行年能耗为2 239.736 kWh,年碳排放量为1.51 tCO2,单位面积碳排放量为3.14 kgCO2/m2。年能耗和年碳排放量降低77.38%。

图8 夏热冬冷区(眉山)太阳辐射强度频数(数据来源:NASA)

图9 温和区(攀枝花)太阳辐射强度频数(数据来源:NASA)

2)高海拔寒冷区:根据正交试验模拟结果(表14)可知,该气候区优先考虑降低外墙传热系数,其次降低外窗传热系数,再次改变朝向,使建筑在供暖季接受更多的太阳辐射,最后考虑降低屋面传热系数的方法降低该气候区建筑年能耗。参考不同建筑节能率下的居住建筑参数限值及正交试验结果,给出该气候区的最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.199 W/(m2·K),外窗传热系数为1.100 W/(m2·K),屋面传热系数为0.149 W/(m2·K)。其建筑运行年能耗为1 764.637 kWh,年碳排放为1.19 tCO2,单位面积碳排放量为2.48 kgCO2/m2。年能耗和年碳排放量降低77.64%。

3)夏热冬冷区:根据正交试验模拟结果(表15)可知,该气候区优先考虑采用自然通风策略,其次降低外墙传热系数,再次降低屋面传热系数,然后采用外遮阳,再然后改变朝向,使建筑在供暖季接受更多的太阳辐射,最后降低外窗传热系数的方法降低该气候区建筑年能耗。参考不同建筑节能率下的居住建筑参数限值及正交试验结果,给出该气候区的最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.386 W/(m2·K),外窗传热系数为1.900 W/(m2·K),外窗太阳得热系数为0.450,屋面传热系数为0.298 W/(m2·K),外遮阳凸出长度为0.5 m,使用自然通风。其建筑运行年能耗为1 226.74 kWh,年碳排放为0.147 tCO2,单位面积碳排放量为0.948 kgCO2/m2。年能耗和年碳排放量降低57.45%。

4)温和区:根据正交试验模拟结果(表16)可知,该气候区优先考虑采用自然通风策略,其次降低外墙传热系数,再次降低屋面传热系数,然后改变朝向,使建筑在供暖季接受更多的太阳辐射,再然后采用外遮阳,最后降低外窗传热系数的方法降低该气候区建筑年能耗。参考不同建筑节能率下的居住建筑参数限值及正交试验结果,给出该气候区的最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.386 W/(m2·K),外窗传热系数为3.100 W/(m2·K),外窗太阳得热系数为0.500,屋面传热系数为0.298 W/(m2·K),外遮阳凸出长度为2.0 m,使用自然通风。其建筑运行年能耗为287.28 kWh,年碳排放为0.034 tCO2,单位面积碳排放量为0.219 kgCO2/m2。年能耗和年碳排放量降低67.70%。


4、结论


本文对四川省不同气候区农村住宅运行阶段能耗和碳排放规律以及减碳策略进行了研究,主要得出了以下结论:

1)针对农村住宅能耗和碳排放,高海拔严寒区和高海拔寒冷区,最显著的影响因素是外墙节能技术,夏热冬冷区和温和区最显著的影响因素是采用自然通风策略。对于高海拔严寒区,各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为:外墙节能>朝向>外窗节能>屋面节能;高海拔寒冷区各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为:外墙节能>外窗节能>屋面节能>朝向;夏热冬冷区各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为:自然通风>外墙节能>屋面节能>外遮阳>朝向>外窗节能;温和区各被动节能技术对建筑能耗影响的显著性顺序为:自然通风>外墙节能>屋面节能>朝向>外遮阳>外窗节能。

2)高海拔严寒区最优减碳策略为:朝向为南偏西30°,外墙传热系数为0.099 W/(m2·K),外窗传热系数为1.000 W/(m2·K),屋面传热系数为0.289 W/(m2·K)。其年碳排放为1.51 tCO2,年能耗和年碳排放量降低77.38%。

3)高海拔寒冷区最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.199W/(m2·K),外窗传热系数为1.100W/(m2·K),屋面传热系数为0.149 W/(m2·K)。其年碳排放为1.19 tCO2,年能耗和年碳排放量降低77.64%。

4)夏热冬冷区最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.386 W/(m2·K),外窗传热系数为1.900 W/(m2·K),外窗太阳得热系数为0.450,屋面传热系数为0.298 W/(m2·K),外遮阳凸出长度为0.5 m,使用自然通风。其年碳排放为0.147 tCO2,年能耗和年碳排放量降低57.45%。

5)温和区最优减碳策略为:朝向为朝南,外墙传热系数为0.386 W/(m2·K),外窗传热系数为3.100 W/(m2·K),外窗太阳得热系数为0.500,屋面传热系数为0.298 W/(m2·K),外遮阳凸出长度为2.0 m,使用自然通风。其年碳排放为0.034 tCO2,年能耗和年碳排放量降低67.70%。


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基金资助:四川省科技计划重点研发项目(2022YFG0138);


文章来源:冯新越,王军.四川省不同气候区农村住宅运行碳排放规律及减碳策略研究[J].四川建筑科学研究,2024,50(03):84-99.

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期刊名称:中国环境科学

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期刊详情

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国环境科学学会

出版地方:北京

专业分类:工业

国际刊号:1000-6923

国内刊号:11-2201/X

邮发代号:2-572

创刊时间:1981年

发行周期:月刊

期刊开本:大16开

见刊时间:一年半以上

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