乡村建筑热环境与节能技术理论研究

在国家自然基金的支持下，课题组针对乡村建筑热环境与节能技术的若干科学问题展开了为期四年的深入研究，如期完成预定研究内容，取得了以下主要结论和重要发现： （1）建立以最大化利用自然能源为出发点的农宅室内热环境营造分析新方法和模型，把建筑的分析与系统的分析合一，把自然能源被动式利用的分析与常规能源主动式利用的分析合一，清晰展示各种过程的热湿转换关系，可以进行各类能源综合可利用性的定量模拟及评价。 （2）基于我国能源低碳化发展战略，农村能源环境现状以及未来发展趋势，提出北方采暖“零煤耗”农宅理念。结合我国农村住宅形式、农民生活模式、经济水平、资源条件等因素，提出了以满足符合农民生活需求的室内热环境为前提，以建筑本体节能为基础，以可再生能源为主要能源供应形式的低碳化发展策略。 （3）开发适合北方地区乡村建筑的低成本、高效太阳能及生物质能源供热末端设备，论证了太阳能空气集热系统、新型对流炕采暖末端在北方农宅的适用性，建立科学模型对设备性能进行优化，并通过示范工程测试设备的实际运行性能。 （4）根据夏热冬冷地区当地气候、资源条件与室内热环境需求的关系，研发了一种热湿调节功能的轻质混凝土保温隔热材料，对材料的物理力学性能与热工性能最佳配方技术进行计算与实验，对材料的热湿迁移过程的进行了理论研究，并且开发了实际应用的高效节能轻质混凝土保温隔热板、砌块、现浇构件材料、透水材料体系。 （5）研究夏热冬暖地区乡村建筑室外热环境改善机理，通过耦合ENVI-met和EnergyPlus模拟软件，建立并验证了室外微环境对建筑能耗影响的模拟方法；进行乡村住宅热环境实测，分析自然通风对室内热环境的降温效果和改善机理；对自然通风、外窗遮阳、混合通风等室内热环境控制技术进行模拟优化；建立综合运用被动式降温技术的示范工程，实测降温节能效果。 研究成果在农村建筑节能标准制定、相关技术集成、政策建议等方面发挥了重要作用。 2100433B

我国乡村建筑能源与环境问题是关系到我国国计民生的重大问题。由于乡村建筑节能和新能源利用工作在起步时间晚、国家投入、科研力量、推广力度等方面都较为落后，极大地制约了农村的整体可持续发展，至今缺少乡村建筑室内热环境营造的系统化理论支持，导致在节能技术的研究割裂了建筑与系统、以及不同系统之间的有机联系，使得低品位能源很难得到合理利用。因此，通过本项目研究，将从系统集成的角度，以最大化利用自然能源为目标，建立单体农宅热环境营造系统的分析和评价新模型和模拟平台，并基于此理论框架，开发创新型实用性技术以及合理的技术集成优化方案，在满足农户生活水平提高和社会经济发展对建筑环境的舒适要求基础上，大幅度减少常规能源消耗和温室气体排放。最终通过示范工程等手段，实际应用至新农村建设中，具有现实意义。同时，研究结果有助于建立乡村建筑的节能标准，推进我国新农村建设的低碳化发展。

《建筑热环境》出版到今天已有10年了。10年对于建筑热环境的客体——“自然气候”和主体——“人”都是极为短暂的时间，不会发生什么大变化。自然气候具有长时间尺度的统计稳定性，作为生物体的人，进化的时间尺度以万年计。建筑热环境的物理学基础——“传热学”，那是科学的真实，不会改变。

但10年时间，人类的经济、社会活动及其观念、诉求会发生变化，尤其在中国。期间，中国的GDP增长了2.4倍，钢产量增长2.9倍，水泥产量增长了2.5倍，说明期间建筑业（房地产）成为中国国民经济的支柱，加之城市化的进展，这10年中国盖了上百亿平方米的房子。能源消耗增长了1.85倍，小于GDP增长，说明单位GDP能耗降低，这是2009年中国政府在哥本哈根全球气候大会上减排CO2的承诺。这10年，几乎年年召开国际气候会议，对全球气候变化的学术观点，不同发展阶段国家的历史责任，不同国家的减排义务与承诺，争议、指责、妥协、平衡一直不断，快速发展中的中国一直是焦点。

中国能耗总量已是世界第一，CO2排放世界第一，加之近年来全国雾霾频发，环境恶化，引起政府和民众对“气候变化”、“节能减排”的广泛关注，生态城市、绿色建筑、建筑节能、低碳建筑已成为建筑学教学的重要内容，也是建筑设计不可或缺的重要方面，许多著名建筑师都有以此作为创作理念的作品问世。

随着经济和生活水平的提高，人们对于建筑热舒适的诉求也发生着变化。例如，长江中下游地区，属于我国热工气候分区的“夏热冬冷”地区，居住着几亿人口。在计划经济时代，住宅和民用建筑冬季都不供暖，传统上，居民也没有住房采暖的措施，室内热舒适性很差。随着经济的发展和居民生活水平的提高，居民改善室内热舒适的诉求日渐增强。现实是，在长江中下游地区，在既有住房中，居民自发地使用采暖设备迅速普及，但伴随着的是能源消耗的增加，而且因为以往房屋及其墙体和门窗并未考虑保温设计，以致采暖设备使用的效果并不理想。如何在普通住宅中采用被动式建筑设计，改善维护结构热工性能，在改善室内热舒适的同时，降低能源消耗，成为夏热冬冷地区建筑迫切需要解决的问题。

还有，中国的气候特征，夏季，整个中国东部平原地区，从南到北气温都很高，改善夏季室内热舒适也是民众的诉求。这些年来，夏天室内采用空调降温已十分普及，空调能耗迅速增长。这涉及建筑夏季防热设计和围护结构传热性能。技术也是活跃的因素，建筑节能技术，可再生能源（太阳能、风能、生物质能等）技术，建筑材料、部品（如门、窗）和设备的改进，建筑性能和能耗计算机模拟技术，这10年都有发展变化。

《建筑热环境》再版修改，既有不变的基本原理和基础理论，也应对着上面这些变化，并对未来作出展望。

这本书初版的作者署名包括了我，但我只是编写该书的发起者，提供了建筑与气候方面的部分文字，该书绝大部分是刘念雄辛勤工作两年完成的。我并没有参与这门课程的教学，退休也有数年，这次再版，修改工作更是刘念雄独自完成，所以《建筑热环境》第2版的作者其实应该是刘念雄一人，名至实归。

秦佑国

乡村建筑作为乡村社会重要的物质基础之一，无疑是乡村社会改造过程中一个必须关注的重要因素和社会问题。乡村设计，作为一个解决乡村建筑问题的重要手段，在新的历史机遇期赋予了它更多的新内涵。所以，《设计改变乡村：安徽三瓜公社乡村建筑与设计探索》中所说的设计，不再只是单一的建筑创意与企划上的思辨性问题，而是一个综合的复杂的社会性问题。其核心意义在通过乡村的设计，来改变乡村的建筑；通过乡村的建筑，来改变乡村的生活。

本书适合高等院校建筑学、城市规划、建筑环境与设备等相关专业作为教材和教学辅导书之用，也适合土木建筑类专业技术人员作为参考资料用。 本书系统地介绍了建筑热环境的基础知识及其在设计上的应用，反映了近年来清华大学建筑学教学改革的成果。作者基于人、技术、设计和未来四方面进行分析和阐述，并结合了建筑学学生的特点，基础部分着重说明物理概念，简化了繁杂的数学推导，目的是使学生更好地掌握营造舒适、健康、高效的建筑热环境的理念和相关知识。