本文是一篇建筑学论文，本文在低碳与美丽乡村的背景下研究了平谷区新建二层农宅如何提升节能的方法，通过理论研究、调研分析和软件模拟的方式，为提出的节能策略提供更科学性的依据。
第一章绪论
1.1研究背景
1.1.1全球气候变化以及中国双碳的承诺
（1）全球气候变化与环境保护：全球气候变化已成为全球关注的焦点问题，各国普遍认识到应对气候变化的紧迫性。减少碳排放是应对气候变化的重要手段之一，而节能是减少碳排放的有效途径之一。
（2）中国的碳达峰和碳中和承诺：中国政府提出了到2030年前实现碳达峰和2060年实现碳中和的目标，这对于中国乃至全球的碳减排具有重要意义。国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，贯彻落实碳达峰碳中和的重大战略决策，方案中明确指出，要重点实施“能源绿色低碳转型行动”、“节能降碳增效行动”、“城乡建设碳达峰行动”等十大行动。在这一背景下，深入研究农村住宅的节能策略，促进农村低碳发展，是实现这一目标的重要举措之一。
1.1.2中国美丽乡村建设的背景
（1）农村能源消耗问题：中国农村住宅数量庞大，能源消耗量巨大，其能源消耗对环境造成的影响日益凸显。针对农村住宅的高能耗问题，深入研究其节能潜力和节能策略，对于减少能源消耗、降低碳排放具有重要意义。
我国能源消耗主要是在居住建筑领域，根据《中国建筑能耗研究报告2023》中指出：“在居住建筑运行阶段，农村建筑能耗占全国建筑能耗的22%，碳排放量占全国碳排放量的20%。从数据中看，不同地区建筑的耗能量和碳排放量不同，高城市化率地区，农村碳排有所下降[1]。建筑碳排放分为直接碳排放，热力间接碳排放，电力间接碳排放。2021年，我国农村住宅面积达到了226亿㎡，商品能的消耗达到了2.32亿tce，生物质能的消耗达到了0.90亿tce。其中，2021年新建农宅7.45亿㎡，隐含碳排放达到2.38亿tCO2（图1-1）。由于用能效率较低，农村建筑的每平米用能强度已经高于城市建筑的每平米用能强度，农村的节能降碳的潜力巨大[2]。
1.2国内外研究现状
1.2.1超低能耗、近零能耗和零能耗的概念和区别
近零能耗建筑和超低能耗建筑都是指通过设计、施工、检测、评价、调适和运行维护等综合措施，在一定的能耗指标下，实现室内环境参数的要求，从而达到更高效的能源利用和减少环境负担的目标。在中国的国情下，可以从建筑节能减排、提升室内环境水平、调整能源消费结构、促进建筑节能产业转型升级等方面探讨发展的可能性[4]。
“零能耗建筑（住宅）”最早出现于1976年，由丹麦大学的Torben V.Esbensen针对单层独户居住建筑进行研究。他通过精心设计和建造住宅的外保温构造，利用太阳能实现了冬季采暖[5]。如今，对于“零能耗建筑”有了更为广泛的定义，2013年，Karsten Voss将其定义为“自身可发电，在一年内能源产生和消耗可以达到平衡的建筑物，可与公共电网相连，既可以将建筑物发电上网，也可以从电网获取电力供应”[6]。
不同学者、不同国家对节能建筑的愿景和称呼不同。2013年，张时聪等人对于“零能耗建筑”定义发展历程及内涵进行了详细研究[7]，总结了不同国家以建筑节能为出发点而产生的各类名称和特点，如下表（表1-1）。
第二章北京市平谷区周村农宅现状研究
2.1北京市农宅的相关节能政策
平谷区作为农村数量庞大的生态涵养区，在北京市农村居住建筑的碳排放与能耗上扮演着重要的角色。近年来，北京市对农村节能的投入力度大增，连续出台的用能、节能和抗震补贴政策。在这些政策的支持下，增强了村民对住宅建设、维护和使用中节能的意识。
2.1.1北京市农村能源结构补贴政策
近些年，北京市在清洁能源使用上出台的相关政策和措施如下表（表2-1）：
北京市经过煤改电的工作后，基本实现“无煤化”。为了巩固煤改电的成果、防止反弹，特制定全市城镇居民“煤改电”电价优惠政策。已实施“煤改电”的城镇居民，在冬季采暖时段（20：00—次日8：00）享受“煤改电”低谷电价。
2.2平谷区环境与周村既有农宅现状分析研究
2.2.1平谷区区位条件地理环境与气候特征
平谷区是位于北京市东部的辖区，紧邻密云区、顺义区等地（图2-1）。地理坐标为北纬40°08′，东经117°07′，距离北京市中心相对较远，东南北三面环山。中低山区和浅山丘陵，种植各类果木，中部、南部的地势相对平坦，为冲击、洪积平原，有种植粮食的农田，区内有河流、水库和湖泊。
平谷区的属寒冷地区，有明显的四季变化，夏季短而炎热，冬季长且寒冷。年平均气温为11.7℃，1月最冷，最低气温为-7.9℃，7月最热，最高气温为32.5℃（图2-3），地处山区的地方气温波动明显，昼夜温差大。年平均日照时数为2519.0小时[41]。年降水量为279.0毫米，主要集中在夏季，为189.0毫米，占全年降水量的67.7%。
平谷区总面积948.24平方千米，下辖2个街道和16个乡镇，共有273个村庄。根据我国第七次人口普查数据，平谷区常住人口45.7万，其中农业人口数量为17.9万人（表2-4）。平谷区的农村和农宅数量多，研究该地区的农宅具有一定的现实意义。
第三章适用于农宅的节能技术与案例应用研究...............................65
3.1北京市昌平区沙岭新村超低能耗农宅示范项目分析..................................65
3.1.1围护结构的保温做法....................................65
3.1.2门窗框材质与玻璃选型......................................66
第四章典型农宅模拟下农宅节能效果影响因素...............................86
4.1相关模拟软件的对比与选择..................................86
4.2节能模拟实验模型的建立与基本参数设置................................88
第五章低碳视角下适用于平谷农宅的节能设计策略研究.............116
5.1低碳视角下的被动式节能策略...........................116
5.1.1降低外表系数......................................116
5.1.2外墙节能策略..................................117
第五章低碳视角下适用于平谷农宅的节能设计策略研究
5.1低碳视角下的被动式节能策略
5.1.1降低外表系数
平谷区农宅的外表系数过大，《北京市2020居住建筑节能标准》中要求居住建筑外表系数F≤1.50（表5-1）。根据模拟结果分析得出满足外表系数的农宅可以有效降低能耗，对于农宅要通过以下方式进行节能设计。
第六章结论与展望
6.1主要结论
本文在低碳与美丽乡村的背景下研究了平谷区新建二层农宅如何提升节能的方法，通过理论研究、调研分析和软件模拟的方式，为提出的节能策略提供更科学性的依据。
（1）论文前期对研究农宅的国内外文献进行总结，目前农宅低碳节能技术研究重点放在了围护结构当中，模拟研究的兴起也为节能研究提供了依据。通过调研北京平谷区大兴庄镇周村农宅，可以发现在一系列国家政策的优惠补贴促进下，近些年大量建造了更为节能的新型农宅，从而提高了农宅的舒适性。然而，新农宅的围护结构构造仍然存在传热系数不满足《2020北京市居住建筑节能标准》的问题，部分农宅北侧被限制开窗，无法满足南北通风，阳光间的遮阳与通风处理不到位，容易出现冬天过冷，夏季过热的情况，需要设备维持室内温度。居民对太阳能光热光伏系统效益的认知不足，安装比例较少。提高农村住宅围护结构的保温隔热性能是提升建筑节能水平的关键之一，对于农宅安装光伏的发电效益更要重点研究。
（2）在广泛借鉴国内外农村住宅建设和改造的成功案例，再与平谷区的气候环境条件进行对比，各种技术均可适用于平谷区农村二层住宅，但具体的技术应用要因地制宜。通过节能软件进行建筑节能模拟，对模型的围护结构保温材料所需厚度进行量化分析，得出外墙的保温厚度需达到130mm，屋顶需达到200mm，地面需达到60mm可满足围护结构的节能标准。计算建筑布局、围护构造做法对降低农宅能耗的效果，农宅的节能率的可达到54%。光伏系统不仅可以作为围护结构为农宅节能，更可以为长期可持续的发展提供了可靠的电力来源和减少碳排放。通过模拟清洁能源太阳能的利用，确定平谷区农宅屋顶表面安装光伏板的最佳倾角为34度，利用最佳倾角安装光伏系统的投资成本可在9年内收回，之后持续带来收益。最后模拟出太阳能光伏利用后的节能农宅的50年全生命碳排放计算，减少农宅的碳排放，需要从建造、运行到拆除各个阶段综合考虑，其中建材生产碳排放最高，光伏可为运行阶段提供减碳效果。因此，考虑农宅的建筑材料和太阳能光伏的利用是平谷区农宅未来重要的节能方向。
参考文献（略）
