中國寒冷地區(qū)農(nóng)村居住建筑現(xiàn)狀調(diào)查與能耗分析

◎ 天津城市建設(shè)學(xué)院能源與機(jī)械工程系 郭春梅 張志剛 張麗璐 魏璠 賴艷萍

引言

在中國城鎮(zhèn)，建筑設(shè)計和建造嚴(yán)格執(zhí)行國家和地方頒布的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，近三年來，對于前期建設(shè)的不節(jié)能建筑進(jìn)行了大規(guī)模的節(jié)能改造,使之達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能要求。然而，農(nóng)村居住建筑由于缺乏規(guī)范性的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)施工隊伍，還是沿用傳統(tǒng)的建設(shè)方法。本文對中國寒冷地區(qū)的天津、河北、河南、山東、山西、陜西、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏和遼寧部分地區(qū)的農(nóng)村居住建筑，針對房屋類型、建造年代、圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)方式等進(jìn)行了調(diào)查分析，計算了房屋冬季供暖能耗。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 調(diào)查內(nèi)容

我國寒冷地區(qū)幅員遼闊，包括天津、北京、河北、山東、山西、陜西、甘肅、河南、內(nèi)蒙、寧夏和遼寧部分地區(qū)，因為北京清華大學(xué)的江億等對北京地區(qū)的農(nóng)村住宅情況進(jìn)行過調(diào)查分析，對北京地區(qū)以外的省市進(jìn)行了調(diào)查，共計調(diào)查268戶，各省市調(diào)查比例和調(diào)查內(nèi)容如表1、表2所示。

表1 調(diào)查范圍比例表

表2 調(diào)查內(nèi)容

1.2 調(diào)查結(jié)果

根據(jù)對建筑基本情況調(diào)查結(jié)果形成了餅狀圖，如圖1～圖7所示。由統(tǒng)計圖可以看出，我國的農(nóng)村建筑大多數(shù)建于1990年以后，絕大多數(shù)為平房，面積在100平方米左右，墻體主要采用傳統(tǒng)的370磚墻，屋頂以木支撐的瓦面斜屋頂為主，約有一半的外門采用平開木門，外窗的形式多樣，木質(zhì)、鐵質(zhì)、鋁合金、塑鋼框平開和推拉窗種類繁多，其中普通單層玻璃窗占到70%，在所有外窗中木框單玻平開窗的比例最大，為33.6%。

圖1 房屋類

圖2 房屋建設(shè)年代

圖3 建筑面積

圖4 屋頂結(jié)構(gòu)

圖5 墻體結(jié)構(gòu)

圖6 外門類型

圖7 外窗類型

表3 典型建筑結(jié)構(gòu)形式和熱工性能

對于室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)節(jié)上，從圖8可以看出，幾乎所有的建筑在冬季采取供暖措施，81.7%的建筑設(shè)土炕取暖，49.6%的建筑依靠爐火取暖，38.8% 的建筑安裝戶式土暖氣，可見農(nóng)村冬季取暖的能源以煤和柴為主。然而在夏季，人們很少使用空調(diào)制冷，19.8%的建筑依靠自然通風(fēng)度過夏季，65.3%的建筑輔以電風(fēng)扇即可。由此可知，在我國寒冷地區(qū)的農(nóng)村建筑熱環(huán)境調(diào)節(jié)的能耗主要在冬季取暖的燃煤能耗。

圖8 供暖形式

圖9 供冷形式

圖10 農(nóng)村典型居住建筑平面圖

2 能耗現(xiàn)狀分析

根據(jù)農(nóng)村建筑的典型形式，如圖10所示，按照建筑體型15 m ×6 m ×3m，采用穩(wěn)態(tài)傳熱法，計算冬季供暖熱負(fù)荷。建筑熱工性能如表3所示。

據(jù)此，按照我國寒冷地區(qū)24個城市典型年氣象參數(shù)按照穩(wěn)態(tài)傳熱計算方法,，對寒冷地區(qū)農(nóng)村居住建筑設(shè)計熱負(fù)荷和年耗熱量進(jìn)行了計算。計算表明，建筑設(shè)計熱負(fù)荷最大為蘭州182 W/m2，最小為徐州156 W/m2，24個地區(qū)的設(shè)計熱負(fù)荷平均值178 W/m2。建筑物耗熱量指標(biāo)最大為蘭州149 W/m2，最小為徐州115 W/m2，24個地區(qū)平均耗熱量指標(biāo)為132 W/m2。造成各地區(qū)的負(fù)荷數(shù)值不同主要與供暖室外計算溫度及風(fēng)速有關(guān)。圖11、圖12為24個地方建筑設(shè)計熱負(fù)荷與耗熱量指標(biāo)。

3 結(jié)論

我國寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅屬于非節(jié)能型建筑，建筑熱工性能與建筑供暖負(fù)荷與節(jié)能建筑相去甚遠(yuǎn)，并且70%的建筑年齡不到20年，除了頒布相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對新建建筑加以規(guī)范以外，對既有建筑建筑的節(jié)能改造也是勢在必行?？梢詮慕ㄔ於鄬幼≌?、聯(lián)排房屋等方式降低房屋體形系數(shù)，外窗、外墻保溫以及利用新型火炕取暖等放肆，綜合考慮降低建筑取暖能耗。

圖11 不同地區(qū)建筑設(shè)計熱負(fù)荷及平均設(shè)計熱負(fù)荷

圖12 不同地區(qū)建筑設(shè)計熱負(fù)荷及平均設(shè)計熱負(fù)荷