随着农民生活水平的不断提高，农村民居建筑能耗将会愈来愈高，将地道风节能技术耦合到农村民居建筑设计与应用之中，会对减缓我国能源供需压力、减少环境污染、节约能耗、走永续发展产生重大影响。基于室内自然通风的隧道通风是实现建筑节能的有效手段，通过对河南省焦作市农村民居建筑负荷系统现状及地道风利用情况的了解，对农村民居建筑中地道风的应用前景进行了分析，提出将地道风系统与农村民居建筑节能技术耦合的一些策略性思考。
一、地道风技术在建筑节能中的应用优势和前景分析
地道风是利用地层原始温度与地表空气之间的温差来进行降温。地道风使用，指的是利用隧道空气冷却在夏天或冬天空气加热的通风节能措施。利用地道风是使用可再生能源的一种方式，冷热源的使用是一种自然形成的热（冷）性能。夏季，室外空气进入隧道，通过隧道壁的传热，能达到降温的目的，然后进入空调房间。冬天，通过隧道和空气之间的热传递，提高室外空气的温度，如果不满足送风温度要求的，可以使用隧道预热空气和二次加热到室内，符合要求的室内温度和湿度。隧道风冷却技术是使用隧道冷却空气、通过机械通风或诱导通风系统运送到地面上的建筑物，达到冷却降温的目的。国内外许多研究和应用实例证明，地道通风的室内自然通风是实现建筑节能的有效手段。根据建设部统计数字显示，在我国建筑能耗占总能耗的27%以上，而且还在以每年1%的速度增长。每年我国城乡建设的新住房建筑面积近20亿m2，80%以上为高能耗建筑，拥有近400亿m2，95%以上的建筑是高能源消耗。建筑能源消耗的比例占总能源消耗的比例将从目前的27.6%上升到33%以上。而利用地道风的室内自然通凤实现建筑节能不但可缓解能源资源的紧张局面，还可减轻大气污染，从而保护生态环境和提高建筑热环境的质量，从长远看建筑节能正是发展建筑业的需要。因而将其应用推广到广泛的民居建筑之中（包括城市和农村），应具有广阔的前景。
二、地道风技术引入农村民居建筑节能设计及应用实例分析
1.对河南省焦作市农村民居建筑节能现状的调查分析焦作地区俗称“怀川”，属于河南省经济比较发达的地区之一，当地农村民居建设发展迅速，且呈多样化趋势。调查发现，该区域农村民居建筑可分为散户民居建筑和农村社区型民居建筑两种情况。根据本人对该市农村民居建筑的调查了解，全市农村大约60%以上的民居建筑是在村里统一规划宅基地后的散户建筑，这里有两种情况：按照村里统一规划的样式建筑，包括层次高低、外墙颜色、基本材料等；按照村里规划的宅基地自行建筑。从建筑节能情况看：用户建筑节能意识不够；资金短缺成为其推广节能建筑的最大障碍；设计不合理、能源利用效率低。比如平房建筑的体形系数本来就较城市的多层建筑大，在同等保温条件下能耗比城市多层建筑多10%～30%，再加围护结构过于单薄，外墙相当部分是240mm厚砖墙，屋顶几乎没有任何保温隔热措施，门窗多是大玻璃，墙面积比一般大于0.5，本身不利于保温隔热.。农村社区型民居建筑情况：打造生态宜居、配套齐全、功能完善的现代人文家园；整体规划，实施中心村改造，建设产城带动型农村社区民居；以“宅基地换房”、整体搬迁、合并村庄等方式，按照城市社区标准规划，建设功能齐全，配套完善；土地集约节约利用。总体上看，在建筑节能上较之散户有以下优势：首先建筑节能技术上已没有问题。据该市武陟县西滑封村村委会介绍，他们请的建筑设计师都是有资质的建筑设计专家，所有社区型民居保温能耗基本参照城市民居建筑，屋顶有保温隔热措施，门窗也按照城市居民建筑标准，窗墙面积小于0.5，有利于保温隔热.。其次资金已不是主要问题。新型农村社区都是集体经济条件比较好的村（镇），如该市武陟县的西滑封社区和中站区和顺社区，就是两个产城带动型农村社区。西滑封村经济发达，是河南省新农村建设的样板。近年来，该村累计投入5000多万元，强力实施中心村改造，建成了6栋6层和2栋16层居民楼，室内现代设施完备，水、电、气、暖、网络等管网设施俱全。调查中发现，虽然该区域农村民居建筑主要材料为新型面烧砖；双层玻璃窗及房屋保温板材已逐渐被采用。但在利用地道风节约建筑空调和通风能耗方面利用率几乎为零。2.焦作市农村民居建筑能耗负荷系统现状及节能策略探讨焦作地区在热工分区上累年最冷月平气温为0℃～-12℃，最热月平均温度25℃～32℃，热工设计分区中属于中寒冷地区。从对该区域农村民居建筑采暖负荷情况的抽样调研看，建筑外窗节能设计尤为重要。因为：建筑外窗是建筑保温、隔热、隔声的薄弱环节。影响窗节能的因素根据热传递以及窗的传热原理标明，要减少通过窗的热量的损失，可以增加窗的热阻，减少空气的对流，控制辐射传热，控制窗的导热。窗节能可以从窗的传热系数，空气渗透量，可见光的透射率和反射率，窗墙面积比四大因素和和其他的方面来衡量。比如传热系数、不同外窗材料和外窗构造传热系数的比较等。焦作地区属于内地经济比较发达区域，目前农村民居建筑能耗持续上升。由于建筑面积增加，快速增长的居民家用设备、建筑照明条件也越来越进步，人们建筑热舒适性提出更高的要求，空调制冷面积不断扩大，时间长，能耗将会增加。空调系统的能耗更达到建筑能耗40%～60%，成为建筑节能的主要控制对象。如能通过参数化等预测计算建立合理的地道风降温通风模型耦合到建筑节能设计中，减少空调能源消耗和排放的废热等，不仅对改善大气环境，而且还有助于降低高峰负荷具有重要意义。
三、地道风系统机理与农村民居建筑节能耦合设计策略及思考
地道风系统指土壤的使用地热能源储存（2.5～3m地下土壤温度保持恒定）室外空气冷却或加热（或室内空气返回），并由机械送风或诱导式通风将处理后的空气送入室内，以改善室内热环境。从地道风系统机理看，该系统由三部分组成：进风口部分、地埋管换热部分、出风口部分。其中地道进风可以是全新风、部分新风或循环风。埋管换热部分，即土壤、空气热交换器，是一个重要的传热的系统组件，用于承担施工荷载。出口部分根据不同的建筑形式，可以因地制宜。地道风与普通空调系统相比，造价低廉，结构简单，维护容易，适合生活水平相对低下的农村环境，因而应用前景看好。地道风系统土壤、空气的换热机理，应用领域主要有：通过使用隧道风冷却；使用地道风作为空气源热泵冷热源；利用地道中的空气进行换热，有效地解决了空气源热泵在冬季夏制热量衰减，夏季制冷量减少这一问题，可以大大提高热泵的性能系数，同时在隧道风冷却应用程序中可以克服过去供应空气闻起来不好，室内空气质量差，隧道中空气所含的氡对人的健康有害等缺点。建筑负荷系统主要是指建筑能耗负荷系统中的建筑采暖能耗负荷、建筑降温能耗负荷。基于地道风降温工程利用的特点，本文认为，将地道风降温（或在冬季进行空气加热）技术耦合于农村民居建筑节能设计与应用中，在策略上应注意和思考以下几个问题：（1）充分考虑和测算地道风降温效果在农村民居建筑设计中的影响因素。（2）建立科学合理的地道风系统与民居建筑节能负荷系统耦合实地工程设计计算方法及模型。（3）科学测算地层土壤热物性参数对地道风降温效果的决定性影响作用。比如，在民居建筑节能设计中耦合地道风技术时应考虑到：地道的降温效果有一定限度，这取决于当地的室外空气温度和地层温度差异和实际换热面积（主要是隧道长度）；地道风系统一般不能调节湿度；要防止隧道污染，以免后通风系统带来的气味，有毒气体和细菌进入室内等。（4）利用参数化等计算方法，计算土壤温度分布特性，包括初始土壤温度，使用后地层的温度变化。然后将耦合边界条件引进地下工程的动态传热数值模型中，使之能更加真实地反应实际条件下的地道内空气和岩壁之间的动态耦合传热过程，并有效避免对流换热系数在实际过程中不为常数的问题。以上对策与思考，对于如何在焦作市农村民居建筑中推广问题，建议可以先在具备资金条件且目前正在迅速发展经济投稿三类期刊的农村社区型民居建筑开始，然后逐步向散户民居建筑推广。
作者：原航 陈兴义
