北方典型城市既有居住建筑能耗現狀及節能改造分析

張洪恩,鄭武幸

1.青島理工大學建筑學院,山東青島266033 2.西安建筑科技大學建筑學院,陜西西安710055

北方典型城市既有居住建筑能耗現狀及節能改造分析

張洪恩1,2,鄭武幸2

1.青島理工大學建筑學院,山東青島266033 2.西安建筑科技大學建筑學院,陜西西安710055

通過對北方典型城市——石家莊市8.254×106m2既有居住建筑進行的抽樣調查，得到了該城市既有居住建筑的分布、建造年代、結構形式、采暖及制冷方式、室內舒適狀況、節能狀況、實際能耗等；在對不同時期的建筑建立基準模型的基礎上，提出了具有針對性的節能改造對策，并計算出按照不同對策進行改造后的效益，可為政府制定建筑節能改造政策和規劃提供參考。

北方典型城市;居住建筑;建筑能耗;節能改造

隨著建筑總量的不斷增加和對室內舒適度要求的提高，建筑能耗在我國總能源消耗中所占比例不斷增大[1]，已成為導致我國很多大城市夏季冬季用電高峰和供應緊張的主要因素。目前，我國的建筑能耗占到了社會總能耗的30%左右，我國的建筑節能事業已經到了一個非常關鍵的時期[2]。根據我國住建部和建筑節能與科技司制定的《“十二五”建筑節能專項規劃》（建科〔2012〕72號）的要求，到“十二五”末，我國建筑節能需要形成1.16×108t標準煤節能能力[3]。為此，亟需了解我國目前各大中城市建筑能耗現狀，摸清建筑節能改造的潛力，以制定相關的建筑節能政策和規劃，全面科學有效地推進建筑節能工作。然而，由于我國幅員遼闊，建筑面積大且類型復雜，各城市尤其是北方采暖地區建筑能耗較高的大中城市既有居住建筑節能狀況及能耗信息不夠全面詳實。本文在此背景下，針對北方典型城市——石家莊做了全面深入的調查研究，以期為政府部門制定建筑節能改造政策和規劃提供依據和參考。

1 既有居住建筑現狀調查及分析

1.1 調查概況

對石家莊市5個區(長安區、橋東區、橋西區、新華區、裕華區)隨機抽取的7個街道辦事處的2079棟居住建筑進行現狀調查，調查總建筑面積為8.254×106m2，具體統計結果如表1所示。按照所調查建筑類型及建造年代劃分，可以得到各年代建筑占總建筑面積的百分比，如圖1所示。由圖1可以看出，2001年之后的居住建筑面積最大，占35.0%；其次是1986年之前的建筑占調查總數的24.8%；1996～2000年建造的建筑占22.4%；1987～1995年建造的建筑占17.8%。

表1 石家莊市抽樣的既有居住建筑面積統計Table1 Sampling of existing residential building area statistics in Shijiazhuang

圖1 各年代建筑占總建筑面積比例Fig.1 The proportion of different times construction of total building area

1.2 調查結果分析

1.2.1 非節能建筑1986年之前，我國未出臺建筑節能設計標準，當時石家莊的居住建筑，多為6層及以下的非節能磚混建筑。就調查現狀來看，建筑外墻無保溫隔熱措施；屋面保溫材料主要為爐渣、水泥蛭石、水泥珍珠巖等；窗戶為單玻木窗。多數住宅樓主體結構尚好，但是房屋布局、設備配置及能源消耗與節能建筑的標準有較大的差距，居住舒適度較差。

1.2.2 節能30%建筑1987～1995年，這一時期的居住建筑設計主要遵循《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-86）[4]，即節能30%。石家莊市的住宅建筑多為6層、7層，沿街的建筑基本設底層商鋪，主要是磚混、框架及框剪結構。外圍護結構外墻無保溫隔熱措施；屋面保溫材料主要有水泥珍珠巖板、水泥蛭石、加氣混凝土板（塊）等；窗戶為單玻鋼窗或鋁合金窗。住宅面積標準及房型布局較為合理，但多采用單層鋼窗、易銹蝕變形，保溫及氣密性差。

1.2.3 節能50%建筑1996～2006年，此期間石家莊多數居住建筑基本符合建設部頒布的《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）（即節能50%）[5]以及《河北省采暖建筑節能設計暫行規定》。這個時期的居住建筑一般為6層及以上，主要以框架和剪力墻結構為主，體型系數基本都控制在3.0以下。外圍護結構外墻部分采用外貼聚苯板、擠塑板或現澆鋼絲網架聚苯板進行保溫,大部分外墻無保溫隔熱措施；屋面保溫材料為擠塑、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板；窗戶為推拉式雙玻塑鋼窗。

1.2.4 節能65%建筑2007年1月1日起，河北省要求新建建筑50%節能設計標準執行率達100%，設區城市推行《居住建筑節能設計標準》[DB13(J)63-2007][6]，節能率為65%。2007年之后石家莊居住建筑多為高層建筑，主要以框架剪力墻結構為主。外圍護結構外墻主要外貼聚苯板、擠塑板或現澆鋼絲網架聚苯板進行保溫；屋面保溫材料為擠塑、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板；窗戶為平開式塑鋼中空玻璃窗或斷橋鋁合金中空玻璃窗。

2 既有居住建筑采暖、制冷及室內舒適狀況

2.1 采暖狀況

根據對100戶家庭進行問卷調查統計得知，供熱方式主要有：集中供熱，占調查總面積的96.7%；分戶供熱，占3.2%；其他方式占0.1%。由此可見，集中供熱方式是石家莊市居住建筑采暖的主要方式。集中供熱系統中室內大部分采用散熱器供暖系統，主要由換熱站為各用戶提供生活用熱；熱水管網采用熱水雙管系統(又稱“上供下回式”系統)。由于室內供暖系統未設置溫度控制和調節裝置，且供熱系統未安裝分戶計量設備或恒溫閥、手動閥，這將不利于供熱系統節能。

2.2 制冷狀況

根據問卷調查統計得知，在被調查的住宅建筑中，供冷方式主要有：分戶式（各戶安裝分體式空調），占99.6%；集中式，占0.3%；其他方式占0.1%。由此可見，居住建筑幾乎全部采用分戶供冷方式。

通過對石家莊市100戶居民家庭進行問卷調查得知，每年空調的使用集中在6月到9月這四個月之間（見圖2）。調查結果顯示，有空調家庭一天中空調開啟主要集中在以下時段（見圖3）：中午12:00～14:00，空調開啟率為45%；晚上18:00～20:00，空調開啟率為53%，20:00～22:00，空調開啟率為56%，22:00～24:00，空調開啟率為35%。

2.3 室內舒適狀況

根據問卷調查統計得知，在冬季采暖期，53%的住戶對室內空氣溫度滿意，39%的住戶對室內空氣溫度不太滿意，另外8%的住戶對室內溫度感覺無所謂。室內空氣濕度是影響室內舒適的另一個重要因素，63%的住戶覺得空氣干燥或略干燥，對此不太滿意，通常會采用往地板上灑水、使用加濕器等各種加濕措施來改善這種狀況；20%的住戶對室內空氣濕度較為滿意，17%的住戶對室內空氣濕度感覺無所謂。

圖2 被調查家庭一年中空調逐月使用情況Fig.2 The usage of air conditioning from month to month in a year in surveyed families

圖3 被調查家庭一天中分時段空調開啟情況Fig.3 The open of air conditioning in surveyed families of one day

3 既有居住建筑能耗狀況

通過對石家莊397棟總面積約1.737×106m2各時期既有住宅樓進行能耗統計，計算得出總能源消耗折合約4.86×104t標煤，單位面積平均能耗折合標煤約28.0 kg/m2。統計結果詳見表2。從表2可以看出，1990年之前的居住建筑單位面積能耗最大，2000年后的居住建筑單位面積能耗最小，這與我國各個時期建筑節能設計標準的頒布密切相關。

表2 石家莊市抽樣調查的既有居住建筑能耗統計Table 2 The energy consumption statistics of existing residential building in Shijiazhuang

4 節能改造對策及效益分析

4.1 基準模型

按照統計的信息，針對非節能建筑、節能30%的建筑、節能50%的建筑分別建立一棟基準建筑模型，如下：

4.1.1 非節能建筑模型建筑層數為4層，磚混結構，層高3 m，標準層面積580 m2，建筑面積為2320 m2，外墻面積為1260 m2,窗戶面積為336 m2,屋頂面積為580 m2。

4.1.2 節能30%建筑模型建筑層數為6層，磚混結構，層高3 m，標準層面積526 m2，建筑面積為2774 m2，外墻面積為1110 m2,窗戶面積為510 m2,屋頂面積為526 m2；體形系數0.28，南向、北向、西向和東向窗墻比分別為0.29、0.25、0.05和0.06。

4.1.3 節能50%建筑模型建筑層數為6層，層高3 m，建筑面積5966 m2，外墻面積為2971 m2,樓地面總面積為909 m2,窗戶面積為738 m2,屋頂面積為909 m2。三個模型體形系數均為0.28，南向、北向、西向和東向窗墻比分別為0.29、0.25、0.05和0.06。

4.2 改造對策及效益

如果對所調查的8.254×106m2不同年代的居住建筑進行節能改造，需要分別提出不同的改造方案，以求達到節能改造效益最大化。通過對各個階段的既有建筑建立基準模型進行耗熱量和收益分析，現提出如下改造對策，并分析了相應的效益：

(1)非節能建筑的改造重點以更換建筑外窗戶為主。可實現節能7.7 kg標準煤/m2·年，合計節約6.36 ×104t標準煤/年；每年可減少二氧化碳1.692×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，煙塵8000 t。

(2)節能30%的建筑建議在有條件的情況下，對墻、窗戶、屋頂均進行節能改造。可實現節能11.6 kg標準煤/m2·年，合計節約9.57×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳2.546×105t，二氧化硫排放量900 t，氮氧化物700 t，煙塵1.21×104t。若只對墻體進行節能改造，可實現節能8.2 kg標準煤/m 2·年，合計節約6.77×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳1.801×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，煙塵8500 t；若只對窗戶進行節能改造，可實現節能7.1 kg標準煤/m2·年，合計節約5.86×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳15.59×105t，二氧化硫排放量500 t，氮氧化物400 t，煙塵7400 t；若只對屋頂進行節能改造，可實現節能5.3 kg標準煤/m2·年，合計節約4.37×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳1.162×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物300 t，煙塵5500 t。

(3)節能50%的建筑建議在有條件的情況下，對墻、窗戶、屋頂均進行節能改造。可實現節能7.7 kg標準煤/m2·年，合計節約6.36×104t標準煤，每年可減少二氧化碳1.692×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，煙塵8000 t；若只對墻體進行節能改造，可實現節能5.8 kg標準煤/m2·年，合計節約4.79×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳12.74×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物400 t，煙塵6000 t；若只對窗戶進行節能改造，可實現節能5 kg標準煤/m2·年，合計節約4.13× 104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳1.099×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物300 t，煙塵5200 t；若只對屋頂進行節能改造，可實現節能4.3 kg標準煤/m2·年，合計節約3.55×104t標準煤/年，每年可減少二氧化碳9.44×104t，二氧化硫排放量300 t，氮氧化物300 t，煙塵4500 t。

5 結論

通過調查和研究，本文得到如下結論：

（1）對石家莊市既有居住建筑面積、分布、建造年代、結構形式、建筑采暖、制冷、室內舒適狀況、節能狀況、實際能耗等基本信息有了較為全面的認識和掌握；

（2）通過對不同時期的建筑進行建模計算，提出了具有針對性的節能改造對策，經過計算，按照不同對策進行節能改造，效益顯著。

本文分析研究成果，將為政府在“十二五”期間實施既有居住建筑節能改造提供較為可靠的數據支持，為政府制定合理的節能改造政策或規劃提供參考，從而最終實現預期的節能改造總體目標。

[1]鄭武幸.西安大型酒店建筑能源審計研究[D].西安:西安建筑科技大學,2009

[2]江億,楊秀.從中外能耗比較看我國的建筑節能途徑[J].中國科技成果,2007(22):10-13

[3]住建部建筑節能與科技司.“十二五”建筑節能專項規劃（建科〔2012〕72號）[EB/OL].(2012-05)[2014-06-22]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjjskj/201205/t20120531_210093.html

[4]住建部.民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)(JGJ26-86)[S].北京:中國建筑工業出版社,1986

[5]住建部.民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)(JGJ26-95)[S].北京:中國建筑工業出版社,1996

[6]河北省住建廳.居住建筑節能設計標準(DB13(J)63-2007)[S].北京:中國建材工業出版社,2007

Analysis on Status of Energy Consumption and Energy Efficiency Renovation of Existing Residential Building of Northern Typical City in China

ZHANG Hong-en1,2,ZHENG Wu-xing2
1.School of Architecture,Qingdao Technological University,Qingdao 266033,China 2.School of Architecture,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China

Through a total of 8,254,000 m2sample surveys on existing residential buildings in northern typical city Shijiazhuang,it got the information of distributions,ages,structures,heating&cooling patterns,indoor comfort conditions, state of energy efficiency,actual energy consumptions etc.Based on establishing the baseline model of different periods of construction,it proposed some targeted energy-saving measures,and calculated the benefits after renovation according to different measures.The results could provide some assistance for government to making plan on building energy efficiency renovation.

Northern typical city in China;residential buildings;energy status;energy efficiency renovation

TU201

A

1000-2324(2014)03-0410-04

2012-12-03

2013-03-24

張洪恩(1979-),男,漢族,講師,博士,主要研究方向:城市空間發展及節能研究.E-mail:onplan@163.com