《Energy and Buildings》：Evaluating envelope retrofitting strategies to enhance thermal comfort and energy efficiency in Jordanian affordable housing
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本研究通过DesignBuilder软件模拟，分析约旦伊尔比德经济适用房冬季热性能，评估墙和屋顶翻新策略对室内热舒适和能源效率的影响，发现特定包裹升级组合能显著提升冬季舒适度并保持成本可行性，为寒冷气候地区可持续住房改造提供决策工具。
Dana B. Khalaf | Anas Kh. Mahmoud
约旦科学技术大学建筑与设计系，安曼-大马士革路，伊尔比德 22110，约旦
摘要
热舒适度是室内环境质量的关键组成部分，直接影响居住者的健康、生产力和幸福感——尤其是在经济适用房中，由于围护结构设计不佳和资源有限，热不适问题往往持续存在。本研究通过使用DesignBuilder软件进行基于仿真的分析，研究了约旦经济适用房在冬季的热性能。研究旨在评估不同的围护结构改造策略（如墙体保温和屋顶改造）如何在保持低成本可行性的同时提高室内热舒适度。针对约旦伊尔比德的一个代表性经济适用房单元，进行了一系列仿真测试。分析结果确定了哪些改造措施能够在提高冬季热舒适度和经济可行性之间达到最佳平衡。研究发现，特定的围护结构升级组合能够在合理的投资成本下显著提升冬季舒适度，使其在能源效率和经济可行性方面都具有优势。该研究强调了仿真工具作为决策辅助工具的潜力，有助于政策制定者、设计师和住房管理部门改善寒冷气候和以供暖为主导地区的经济适用房的热性能。
引言
建筑物占全球能源消耗和碳排放的很大比例，因此能源效率和室内环境质量是可持续建筑设计的关键方面。建筑设计的主要目标之一是在确保居住者热舒适度的同时，尽量减少能源消耗。全球能源危机、自然资源的枯竭以及全球变暖和气候变化等日益严峻的挑战，要求我们在所有领域采取有效的策略来提高能源性能[1]。住宅领域尤为重要，它消耗了欧盟总能源的约40%，其中约三分之一用于住房[2]。此外，住宅建筑约占全球二氧化碳排放量的37%[3]。这凸显了改善住房热性能和舒适度的紧迫性，特别是在发展中国家。
热舒适度是室内环境质量（IEQ）的关键指标之一，与健康、生产力和满意度直接相关。根据ASHRAE的定义，热舒适度是指“对热环境的满意状态”[4]。它取决于环境因素（如空气温度、辐射温度、湿度和空气流速）和个人因素（如服装保温性和新陈代谢率）[5]。由于个体对热环境的反应各不相同，ISO 7730:2005[6]将可接受的舒适度水平定义为满足80-90%居住者需求的标准。为了实现这种舒适度，通常会使用暖通空调（HVAC）系统；然而，这些系统占全球建筑能源使用量的50%以上[7]。随着成本的增加和环境问题的关注，被动式解决方案和高效的建筑围护结构变得至关重要，以减少对机械系统的依赖[8]。
现有建筑占全球建筑总量的99%，对能源消耗和碳排放有显著影响[9]。因此，对现有建筑进行改造已成为减少环境影响和提高能源效率的关键策略[10]。在经济适用房方面，特别是在发展中国家，由于设计不佳和资源有限，热不适和高能源消耗问题普遍存在。经济适用房是指能够满足低收入家庭住房需求且不会造成经济负担的住宅[11][12]。然而，快速的城市化和经济差距已经影响了这种住房类型的可持续性[13]。保温不足、材料质量差以及缺乏对气候的考虑导致了室内条件不佳和高昂的能源费用[14]。例如，在美国，低收入家庭每年约20%的收入用于能源支出，而中等收入家庭仅为5%[15]。这些数据凸显了需要高效、经济且具有气候适应性的住房解决方案。
由于人口快速增长和难民流入，约旦对经济适用房的需求不断增长[16]。政府项目为低收入和中等收入群体提供了大部分住房，但供应仍然不足，年增长率为2.2%[17]。为了满足这一需求，许多低成本住房项目被快速且廉价地建造，优先考虑成本和数量而非质量和舒适度。这些建筑大多保温措施不足，围护结构设计不佳，导致大量热量损失和室内环境不适[18]。鉴于约旦混合的地中海-沙漠气候（夏季炎热干燥，冬季寒冷潮湿），改善住房的热舒适度对于居住者的福祉和可持续性至关重要。
建筑围护结构包括墙体、屋顶、窗户和地板，是室内和室外环境之间的主要屏障。其设计极大地影响了热性能、能源效率和室内舒适度[19]。保温不良的围护结构会导致过多的热量传递，迫使居住者依赖机械供暖和制冷系统[20]。相反，通过改进保温材料、使用反射性屋顶和精心设计的窗户等优化措施，可以显著提高被动舒适度。先前的研究表明，根据设计和材料效率的不同，优化围护结构可以减少20-35%的能源消耗[21][22][23][24]。根据约旦能源效率建筑规范，墙体的U值不应超过0.57 W/m2·K，屋顶的U值不应超过0.40 W/m2·K[25]。在当地，最常用的保温材料包括挤塑聚苯乙烯、聚氨酯泡沫、玻璃纤维和岩棉，典型厚度在4-10厘米之间[26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36]。其中，挤塑聚苯乙烯（XPS）因其经济性和良好的隔热性能而最为普遍[26]。
尽管人们对可持续住房的兴趣日益增加，但很少有研究关注约旦经济适用房在围护结构层面的热性能，尤其是使用经过校准的仿真方法。以往的研究主要集中在国家能源趋势或宏观层面的能耗上，很少关注具体的墙体和屋顶改造对低收入住宅冬季室内热舒适度的影响。这为评估针对约旦气候和社会经济背景的成本效益高、以舒适度为导向的围护结构改造策略留下了明显的研究空白。本研究通过分析围护结构设计与经济适用房热性能之间的关系，提出了实用且经济可行的改造方案，以提高冬季舒适度。利用基于现场测量的DesignBuilder仿真结果，研究了伊尔比德一个代表性住房单元的多种保温材料和配置。研究确定了在提高冬季舒适度、减少供暖能耗和保持经济可行性之间取得最佳平衡的保温策略，为建筑师和政策制定者提供了可操作的指导。这项工作的创新之处在于其综合框架，结合了现场数据、舒适度调查、现场监测、模型校准和经济分析——这种方法此前尚未应用于约旦的经济适用房研究。
方法论
本研究采用基于仿真的方法来评估约旦伊尔比德一个经济适用房项目的建筑围护结构热性能。该方法结合了现场观察、热舒适度调查和DesignBuilder仿真，以评估墙体和屋顶改造方案对冬季室内舒适度和成本可行性的影响。
现场测量数据的描述性分析（热舒适度研究）
共有167名用户对冬季室内热舒适度表示了他们的满意度。调查内容涵盖了个人信息、冬季热舒适度、热感觉、空气流动、湿度以及适应环境的行为等方面。总共完成了167份调查问卷；其中65.3%的受访者是女性。受访者的年龄在10至85岁之间，平均年龄为36.2岁，标准差为14.2岁。空气温度等参数也有相应的记录。
结论与未来工作
本研究评估了不同墙体和屋顶改造策略（W0–R0至W7–R7）对约旦寒冷冬季气候下经济适用房室内热舒适度和能源性能的影响。结果表明，围护结构改造显著提高了冬季的热舒适度和能源效率。基线配置（W0–R0）的热性能较差，平均运行温度约为14°C，PMV值也较低。
关于手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写本文时，作者仅使用了ChatGPT（OpenAI）来提高文章的清晰度、语法和可读性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。
未引用的参考文献
[51], [52]
CRediT作者贡献声明
Dana B. Khalaf： 负责撰写、审阅与编辑、验证及数据分析。
Anas Kh. Mahmoud： 负责调查和形式分析。
资金来源
作者未从任何组织获得提交工作的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
