湘潭市居住建筑热环境及能耗现状调查及分析

摘 要：为了了解湘潭市的居住建筑能耗现状，实现我国2006年提出的单位GDP能耗降低20%的目标，本文针对湘潭市居住建筑能耗情况进行调查研究，结果发现：该地区是我国能源消耗比较大的地区，随着人民生活的进一步提高，这一区域夏季空调和冬季采暖所消耗的能源正在急剧增长，本次调查研究的结果，可以帮助我们准确、全面地认识该地区热环境及能耗的情况，为改善这一地区的热环境和能耗提供参考依据。
    关键词：湘潭居住建筑：热环境和能耗现状；实地调查
   
    1 调研的背景及意义
   
    夏热冬冷地区是我国能源消耗比较大的地区，由于气候的影响，这一区域夏季空调和冬季采暖所消耗的能源正在急剧增长，而且随着人民生活的进一步提高，这种能耗还将会大幅度的增加。主要原因有两个方面：一是由于环境潮湿，该地区建筑对通风的要求很高，一般窗户面积较大，所以通风能耗大；第二这个地区夏季酷热，冬季寒冷，建筑需要机械制冷和采暖的时间很长，总共约半年左右，制冷采暖的能耗较大。由于存在这些增大能耗的因素，在达到相应的热舒适情况下，其单位建筑面积能耗要比其他地区更高。
    湖南地处长江中下游，属北亚热带季风气候，是我国气候特征十分典型的寒暑过渡带，即夏热冬冷地区，夏季炎热，冬季潮湿寒冷。过去由于经济和社会的原因，该地区的一般居住建筑没有采暖空调设施，多年来片面追求降低造价，致使围护结构普遍偏薄，门窗缝隙过大，保温隔热性能普遍较差，造成室内热环境极差。湖南省传统建筑围护结构现状为：住宅建筑绝大部分为砖混结构建筑体系，240mm实心粘土砖外墙、架空隔热通风屋面、单层玻璃钢窗的传热系数分別为2.0，1.7，6.4W/(m2.K)，屋顶不设保温层。所以房屋的隔热保温性能很差，冬季室内阴冷，气温只有4-5℃，远低于卫生标准的下限(16℃)：夏季室内外几乎同温，远高于夏季室内舒适温度标准的上限(28℃)。近年来，建筑中越来越多的使用普通混凝土小型空心砌块墙及现浇钢筋混凝土墙，而这两种墙体保温隔热性能不但没有得到改善，反而有所降低，其传热系数分别为2.6和3.2W/(m2.K)以上，居住建筑室内热环境进一步恶化。随着这一地区的经济发展和人民生活水平快速提高，居民普遍自行安装釆暖空调设备，但由于缺乏科学的设计和采取相应的技术措施，以及该地区需要空调制冷和采暖的时间又较长，致使该地区建筑冬、夏季空调能耗急剧上升，在达到应该达到的热舒适的情况下，其单位面积能耗比寒冷地区还高，能源浪费严重：加上该地区空调制冷和采暖所用的主要是电能，致使湖南地区在用电高峰期出现严重的电力紧缺，不得不拉闸限电，严重影响了居民日常生活和工业生产。因此，湖南省建设厅2004年开始全面推行实施建筑节能工作，并于2004年11月1日起强制实施湖南省居住建筑节能设计标准，力争在保证相同的室内热环境指标的前提下，与采取节能措施前相比，节约能耗不小于50%。针对湖南地区的特点，居住建筑可以通过提高建筑围护结构保温隔热性能和优化建筑招体规划设计等措施来实现本地区的节能目标。本次调研也是基于如何实现国家建筑节能50%的要求而进行的。
   
    湖南省由于地理、经济及人文等原因，湖南住宅建筑又有其独特性，目前对湖南地区住宅建筑的能耗的调研工作开展的较少，作者于2007年对湖南省湘潭市民用住宅建筑进行了抽样调查，共调查了10个小区的建筑，共88栋房屋和989户居民，调查对象都是已建成的住宅建筑，建成时间为2000年以前，同时对样本进行选择时注意了建筑物所在地区分布的情况，具有一定的代表性，希望对了解湖南地区的建筑能耗的提供一定的参考依据。 2 调研的方式和方法
   
    本次调研主要采取了实地走访、问卷调查、能耗调查的三种调查方式。其中实地走访主要了解建筑物的建设地点、时间；总建筑面积、每户建筑面积；结构形式、朝向、层数、层高、窗墙比；围护结构(墙体、门窗、局面材料及构造，遮阳措施等)；外装修材料及颜色。而能耗调查主要了解建筑的空调安装率；夏季制冷方式、空调能耗量：冬季采暖方式、采暖能耗量；用能设备及能耗等。其中能耗量主要是调查各家各户夏季和冬季的耗电量。问卷调查主要是提出一些有关能耗的问题让住户回答。
    由于现在大部分小区均采用了IC智能卡，很难了解当前居民的年耗电量，因此，有些数据来自几年以前的手抄电表、水表数据，随着人民生活的提高，空调及各种电暖炉的广泛使用，耗电量一定比目前的数据还会增加很多。
    本次调研的10个小区分别是：下摄司解放村、东园村、神仙塘、友谊广场的荷花村、芙蓉路的三湘名苑、三湘鑫苑、城建学院的新湖校区及城建学院的高新校区、三大桥附近的新景家园、老城区的百姓家园。这些小区分布于湘潭市的各个不同城区，具有一定的代表性。各小区的建筑朝向主要为南北或南北偏东、偏西，外墙的材料以粉刷和贴面类为主，外墙的颜色也主要以浅色为主。窗户主要采用的是铝合金或塑钢做骨架的单层玻璃窗，且窗洞面积较大。通过现场调研发现，目前采用太阳能热水的居民主要是顶层居民为主。屋顶采用遮阳或绿化遮阳的建筑不到10%，这些建筑主要还是倚赖于原有建筑屋顶构造的保温隔热措施，如：架空隔热和铺设保温层的保温隔热措施为主。
   
    由于高层建筑在湘潭市近几年才兴建起来，水电费的收缴主要采用的IC智能卡，所以无法计算水、电能耗，因此本次的调研的水电表数据主要来自于2002～2003年的多层建筑中，其中还包括个别的2007年的多层住宅和小部分别墅及复式楼的耗电数据。
   
    3 调查结果分析与比较
   
    本次调查，共实地调查了10个居民小区88栋房屋和989户居民。但由于有一些小区从2004年起开始实施了智能卡收取电费的形式，所以年耗电量、耗水量的计算无法进行。因此我们主要收集了2002年和2003年的有关小区电费记账本，他们分别是解放村、神仙塘、东园村、三湘名苑、三湘鑫苑、新湖校区住宅、高新校区住宅共计538户，48栋房屋，外加8栋别墅及3栋12户复式楼。以下是对本次调查结果的总结和分析。
   
    3.1 2002年与2003年住户平均年耗电量的比较：
    在调查中我们分别收集了6栋共计216户居民用电和用水的数据，对其在2002年和2003年的用电量进行了比较。调查中发现在2002年中该居民的全年平均耗电量为14.255度/m2，其中夏季耗电量为4.78度/m2，冬季耗电量为3.42度/m2；而在2003年同样的居民全年平均耗电量为15.865度/m2，其中夏季耗电量为5.72度/m2，冬季耗电量为4.325度/m2。与上一年相比全年平均耗电量增长了11.29%。其中夏季比上一年增长了19.67%，冬季比上一年增长了26.46%。同时我们还调查了上述住户2002年的耗水量为8.68t/户，在2003年的全年耗水量为9.38t／户，比上一年略有增长。如图1、图2所示。
    由图中可以了解到城市居民的年耗电量呈增长趋势，特别是夏季和冬季，且冬季的增长速度比夏季增长的速度还要快。分析其主要原因是因为夏季采用空调制冷的耗电量增长趋势相对比较稳定，而冬季随着人们生活的不断提高，采用空调和电暖炉取暖，取代以往采用烧煤或烧炭的居民增加的比例更多，这样就造成了冬季用电量的剧增。
   
    3.2 一楼、顶层住户、中间楼层、东西两侧住户用电量的比较
    在调查中我们收集了48栋房屋，共计538户居民的用电量数据。特别分析了2003年中，底层住户、顶层住户、中间楼层住户的用电量及房屋东西两侧住户用电量的情况。其中顶层住户全年耗电量为27.91度/m2，中间层住户全年耗电量为17.04度/m2，而底层住户全年耗电量为12.66度/m2。同时东、西两侧及中间单元的住户耗电量分别为：东头为10.99度/m2；西头为15.65度/m2：中间单元喂为14.2度/m2。这里尤其值得注意的是顶层住户耗电量与底层住户相比多了120.46%：西头住户耗电量与东头住户相比又多了42.4%。如图3、图4所示。
    由图中可知，底层与楼层居民的用电量相对比较均衡，只有在炎热的夏季和寒冷的冬季略有升高，而顶层居民在夏季和冬季用电量的幅度升高的较快。因此我们得出，湘潭建筑的节能措施有待进一步的完善。特别是对于顶层住户而言其居住的环境还是相当恶劣的，其热量损失对于整个住宅的能耗有着极大的影响。
    2007年中(21栋房屋及98户居民)全年平均耗电量为17.30度/m2，其中：别墅(8户)全年平均耗电量为15.79度/m2，且夏季为5.9度/m2，冬季为4.84度/m2；复式楼(12户)全年平均耗电量为13.21度/m2，且夏季为5.61度/m2(夏)，冬季为4.68度2m2。由于调查的面不够广泛，因此，还不能下结论。如图5所示。