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摘要  在长沙市住宅建筑夏季能耗调查及分析的基础上，对原有的100户调查对象进行了冬季能耗的调查实测工作。文章分析了长沙市冬季的住宅能源使用结构的基本构成及影响因素，并根据该区域当前存在的一些问题提出了相应的解决措施。可为有关部门进行能源的政策调整和规划提供参考依据。

 

关键词  住宅建筑  能源使用结构  现场测试  调查分析  政策调整

 

Winter investigation and analysis on energy utilization structure

of urban residential buildings in Changsha, China

 

Abstract In order to continually investigate and analyze the energy utilization of residential buildings in winter, the identical 100 representative families in Changsha city were chosen as the survey subjects once again following the summer investigation. The elementary constitution of energy utilization structure in winter is analyzed. The analysis tools are utilized to further tackle the factors that may have effect on the energy utilization structure. Some measures are brought forward according to existing problems. Conclusions of the investigation are obtained and the reference values for energy policy adjustment and programming are discussed eventually.

 

Keywords residential building, energy utilization structure, spot testing, investigation and analysis, policy adjustment

 

 

近年来，随着居民生活水平的提高，住宅能耗也随之急剧增长。到1999年末，我国的住宅能耗已占全国总能耗的11%，紧次于工业能耗而位居第二 ^[1]。为推动住宅能耗的研究，湖南大学会同日本东北大学、同济大学等有关单位，已于2002年夏季对夏热冬冷地区的代表城市——长沙市住宅建筑的能耗情况进行了大量的调查研究。夏季调查在长沙市有代表性的选取了100家住户，采用现场实测和问卷调查相结合的方式，获取了大量数据，并进行了相应的详细分析^[2]。为系统全面的了解长沙市住宅建筑的能耗情况，分析影响能耗的具体因素，考虑到住宅能耗的季节性特点，从而在夏季调查的基础上，进一步进行了冬季能耗调查。

 

 

冬季能耗调查仍以长沙市城镇住宅建筑为调查对象，测试时间选择在2003年1月8日至12日。调查的住户、测试内容及方法、测点的数量、位置、测试仪器等均与夏季相同。

 

 

3.1住户基本情况汇总

 

冬季调查的住宅建筑的基本情况参见文献[2]。

 

3.2住宅建筑的热环境状况

 

在冬季的测试期间，对100户基本调查对象的室内外温度数据进行分析表明：白天的平均室温为8.9℃。其中绝大部分住户早中晚的室内温度均低于10℃，只有个别住户的室内温度保持在11～17℃范围。室外平均温度约为3.4℃，最低室外温度可达-3.4℃；室内外相对湿度情况：其波动幅度较大，且平均相对湿度较高。室内平均相对湿度约为74%，室外平均相对湿度约为84%。图1举例表示出B区域（参见文献[2]）一实测住户在冬季测试期间连续5天的室内外温湿度变化曲线。

 

3.3能源的使用量汇总

问卷调查统计了所有住户在2002年12月份的能耗情况。分析表明，12月份户均用电量为205度/户，户均用燃气量为16.6千克/户。图2、3对电、燃气用量进行了进一步说明。为便于比较，图中给出了夏季调查得到的7月份能源使用量。综合两图中可以看到，冬季住户能耗总量要略低于夏季的用量。

 

3.4耗能设备的构成

结合文献[3]及一般推算，在冬季的住宅能源使用结构中，采暖用能所占的比例最大。图4统计了所有住户冬季采暖及生活热水的供应方式。结果表明，传统的个别采暖及生活热水的供给模式依然占主导地位。另外，在调查中发现，每户个别采暖以电采暖为主，其电取暖装置的拥有率达到了94.6%。平均每户拥有自备电取暖设备2.3台。40%的住户购置了2台电取暖设备，33.4%的住户拥有3台及3台以上的电取暖设备。图5反映了住户自备电取暖设备的采暖方式构成。从该图可以发现，冬季有85%的住户直接或辅助用电空调以外的其他电取暖装置进行采暖，其电功率一般为400～2000W/户。该方式将高品位电能直接转化为热能，能源浪费很大。另外，局部采暖方式通常还造成室温分布不均等普遍问题。以上均证实了长沙市住宅建筑的能源使用存在着较大的不合理性。  

 

 

4.1住宅建筑基本状况的影响

 

住宅建筑的基本状况主要是指建筑物的基本构造（含建筑结构及内外装饰情况等），朝向，采光，住户的建筑面积及所处楼层位置等^[2]。文献[2]通过夏季调查已对长沙市的住宅建筑现状进行了简要阐述。将现有围护结构的热工性能和文献[4]中的规定值进行比较发现，现有的外墙、门窗及楼板的保温隔热性能离标准中的要求尚有一段较大的距离，特别是门窗的热工性能欠佳。在100户调查对象中，使用单层窗的住户比例占到了总住户数的92%；窗体材料采用铝合金制品的住户达到了67%，而使用新型塑钢材料的住户仅占8%。以上分析可见，现有围护结构的热工性能及其气密性都有待大幅度提高。

 

4.2热舒适性要求的影响

 

考虑到目前夏热冬冷地区的实际情况，以及温度在诸多热环境指标中的重要性，文献[4]给出了冬季住宅卧室及起居室的室内温度范围是16～18℃。综合文献[4]及上述对室内外热环境的测试分析，调查住户的冬季室内热环境普遍比较恶劣。同样，问卷调查结果也表明，居民早上（起床时）、晚间（18:00～22:00）对房间内温度的不满意度分别达到了89%和71%；在使用取暖器过程中感到室温太低或存在温度不均匀等问题的住户数占到了51.2%。因此，住户为满足一定的热舒适性要求而需提高室内温度和加强室内换气，但同时使得能耗量大大增加。

 

4.3生活习惯的影响

文献[2]对各调查住户的年收入情况进行了统计。根据《长沙统计年鉴2002》的统计数据，长沙市城镇居民2001年人平可支配收入8704.00元。据此推算，家庭年收入在2万元以上为较高收入者，反之为较低收入者。表1以2万元为分界线给出了两种收入者的总体能源开销情况以及对能源消费的不满意程度。表1中所反映的结论与夏季调查情况^[2]一致。

 

 

4.5地区能源政策的影响

 

目前，长沙市的电力供应的结构性供需矛盾依然存在，具体反映为“峰电不足而谷电有余”。然而，对于城镇居民住宅而言，电价不分时段均为0.503元/千瓦时。因此，居民住宅用电对城市电网“移峰填谷”的作用并不明显。相反，电力部门的鼓励用电政策以及生活水平的提高使得住宅用电明显增加。在城镇住宅的用气方面，随着“川气入湘”将至，政府及相关部门已经制定并正在实施一系列政策对居民使用燃气进行合理规划^[2]。当前，长沙市城镇居民用气以罐装液化石油气为主。依托城市原建及新建的燃气管网，部分住户使用了管道液化石油气和管道煤制气。文献[2]统计了长沙市用气的居民数量。然而，尽管目前采用政府定价，管道燃气的价格不高，但考虑到现有燃气管网的覆盖率不高，以及需要收取较高的开户费，因此制约了管道燃气的使用量。相比较而言，罐装液化石油气因购置、使用较为方便，用户数量较大。但罐装气随市场定价，波动较大，且使用费较高，住户仅限于烹饪和提供部分生活热水，因此平均每户的用气量不大。天然气入湘后，政府规划将在全市范围内新建或改建现有管网，统一使用天然气燃料。由于预期天然气价格适中且使用方便，必将使得燃气用户数及用气量大增，居民用电和用燃气的比例也将相应发生变化。

 

4.6当地气候和气象特点

长沙市属亚热带季风性湿润气候，属于典型的夏热冬冷地区。最热月平均温度有29.3℃，夏季极端温度高达42.7℃。最冷月平均温度为4.6℃，冬季极端温度达-11.3℃。全年相对湿度维持在70～80%之间^[5]。本次测试选择在元月上旬，连续的雨雪天气使得测试期间内室外气温绝大部分时间均低于4.0℃，相对湿度则常在80%以上。该天气状况真实地反映了长沙冬季的气候特点。在此湿冷的室外环境的影响下，住宅建筑的采暖负荷相应维持在较高水平，最终增加了建筑的能源使用量。图9反映了各月份使用采暖设备的住户百分比。12月下旬至次年元月下旬这一冬季最冷期间，各住户采暖设备的使用最为普遍，此期间的采暖用能在冬季最大。

 

 

通过上述分析发现，在围护结构、居民采暖方式及日常生活习惯、政府的能源管理工作等方面存在着一些问题和缺陷。这些问题的综合作用最终造成了住宅热环境质量的下降、能耗的增加和能源结构的不合理等。为达到舒适、节能的目的，采取相应措施加以改进已成为当务之急。

 

5.1  围护结构的改进

围护结构的热工性能及气密性较差是使住宅能耗增加的重要原因之一。为量化反映该区域现有围护结构状况下的建筑能耗水平，进而通过合理设计以降低住宅能耗，现以一实测调查住户为例，计算了其在现有普通围护结构和假想节能围护结构两种情况下的夏季冷负荷、冬季热负荷。图10为该调查对象的建筑平面图，表2为负荷计算条件。表3分析了计算结果。由于该住户在南北两向外墙上安装了大面积的铝合金窗，几乎占据了2/3的墙面积，但只采用了简单的单层窗帘内遮阳，所以导致了每平米窗的冷热负荷非常大。而且在长沙地区，为追求建筑美观而增大窗墙比已成为住宅的普遍现象，这使采暖空调能耗大大增加。因此，合理设定窗墙比成了一项重要的节能措施。另外通过负荷比较发现，采用节能材料来提高围护结构的热工性能和气密性这一节能方式，存在较大的潜力，并且通过此方式完全可以达到围护结构节能25%的目标^[4]。而建筑热环境也能因此得到改善。

 

注：D为墙体的热惰性指标。所有围护结构热工参数均摘自《实用供热空调设计手册》（陆耀庆编）^[6]

 

 

5.2  采暖方式的改进

 

居住建筑采用何种采暖方式合理，要根据当地能源、家庭收入水平、生活习惯等多种因素共同确定。对于分散式采暖，尽管局部电采暖器的热利用率近似100%，且调节灵活，但由于我国目前平均发电效率只有30%，其供暖的一次能源利用率也只能达到30%^[7]。从节能的角度，应限制电暖器采暖。热泵式空调的能耗比可达2.3以上，安装使用方便，为目前首选的采暖降温方式。对于住宅小区集中式供冷和供热，由于其能源利用率高，如果技术经济条件允许，应优先考虑。此外，还应鼓励综合使用多种能源及太阳能等可再生能源来采暖。

 

在采暖设备的使用上，100户问卷调查分析表明，不论住宅房间大小，住户均选用一台1200～1300瓦的空调。空调安装位置的确定也多以美观、方便为依据。由此可见，住户缺乏根据房间负荷、特点来合理选配和安装空调等相关知识，其节能意识和空调的科学使用方法都有待于加强。同时，考虑到现有热泵技术在夏热冬冷地区应用所存在的诸如制热效率不高、冬季结霜等缺陷，国家相关部门应按有关标准严格控制居住建筑采暖空调设备的能效比、热效率，并对节能产品予以认证，从而对居民购买采暖空调设备起到正确引导的作用。

 

5.3 政府公共管理职能的加强

 

通过对燃气、电力等有关部门的调查，政府在住宅建筑的能耗管理、住宅节能等方面的工作还处于起步阶段，很多问题有待解决。首先，政府对居民能源消耗情况掌握得不够具体，需要展开大规模的市场调研等基础工作。其次，在充分了解能耗现状的基础上，找出合理的供能、用能方式，制定整个城市住宅能源的供需总体规划。第三，需通过能源政策的调整和新能源的加速普及，对能源使用结构进行合理规划：加大燃气使用的普及力度；制定新的居民用电政策，如分时段电价、正常用电和采暖用电分开计量等，以缓解用电高峰期电网的压力，引导电能的合理利用。最后，综合行政、法律、市场、财政等各种手段，加速现有建筑的节能改造和节能建筑的新建工作。

 

 

通过以上分析，可以得到如下结论：

6.1与夏季住宅建筑的能源使用状况相比，冬季的情况呈现出一定的季节性特点。总体而言，住户在冬季期间的用能高峰出现在12月下旬至次年元月下旬，而日用能高峰则在19： 00～22：00期间。

6.2影响冬季住宅建筑能源使用的因素与夏季基本一致。归纳为6个方面，即住宅建筑基本状况、热舒适性要求、生活习惯、家庭收入水平、地区能源政策、当地气候和气象特点。

6.3冬季的能源使用存在着一定的不合理性。（1）耗能设备使用的不科学。如电取暖器等的大量使用不仅无法满足舒适性要求，而且导致了能耗量的剧增。（2）合理的能源结构尚未形成。

6.4 在住宅建筑节能措施方面，围护结构、采暖方式急需改进，政府对住宅能源的公共管理职能急需加强。

 

1 国家统计局.中国统计年鉴2001.北京:中国统计出版社,2001

2 Guan Jun, Li Nianping, Pan Yougui et.al. Summer Investigation and Analysis on Energy Utilization Structure of Urban Residential Buildings in Changsha, China. In :The Conference ISHVAC03.Beijing:Tsinghua University Press,2003,V(Ⅰ):550-560

3龙惟定,张蓓红,钟婷.上海住宅空调能源的现状与发展.见：全国暖通空调制冷2002年学术年会学术文集.中国建筑工业出版社,2002:153-161

4 JGJ 134-2001.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准.

5高广华，张健.不可忽视的夏热冬冷地区空调建筑节能问题.四川建筑,2001，21（1）：27

6陆耀庆.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社.2001

7 郎四维.《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》暖通空调条文简介.见:涂逢祥,郎四维,白胜芳,等编. 建筑节能36. 北京:中国建筑工业出版社, 2002:33-46