中国寒冷地区农村居住建筑现状调查与能耗分析

◎ 天津城市建设学院能源与机械工程系 郭春梅 张志刚 张丽璐 魏璠 赖艳萍

引言

在中国城镇，建筑设计和建造严格执行国家和地方颁布的节能标准，近三年来，对于前期建设的不节能建筑进行了大规模的节能改造,使之达到相应的节能要求。然而，农村居住建筑由于缺乏规范性的设计标准和专业施工队伍，还是沿用传统的建设方法。本文对中国寒冷地区的天津、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃、内蒙、宁夏和辽宁部分地区的农村居住建筑，针对房屋类型、建造年代、围护结构和室内环境调节方式等进行了调查分析，计算了房屋冬季供暖能耗。

1 现状调查

1.1 调查内容

我国寒冷地区幅员辽阔，包括天津、北京、河北、山东、山西、陕西、甘肃、河南、内蒙、宁夏和辽宁部分地区，因为北京清华大学的江亿等对北京地区的农村住宅情况进行过调查分析，对北京地区以外的省市进行了调查，共计调查268户，各省市调查比例和调查内容如表1、表2所示。

表1 调查范围比例表

表2 调查内容

1.2 调查结果

根据对建筑基本情况调查结果形成了饼状图，如图1～图7所示。由统计图可以看出，我国的农村建筑大多数建于1990年以后，绝大多数为平房，面积在100平方米左右，墙体主要采用传统的370砖墙，屋顶以木支撑的瓦面斜屋顶为主，约有一半的外门采用平开木门，外窗的形式多样，木质、铁质、铝合金、塑钢框平开和推拉窗种类繁多，其中普通单层玻璃窗占到70%，在所有外窗中木框单玻平开窗的比例最大，为33.6%。

图1 房屋类

图2 房屋建设年代

图3 建筑面积

图4 屋顶结构

图5 墙体结构

图6 外门类型

图7 外窗类型

表3 典型建筑结构形式和热工性能

对于室内热环境的调节上，从图8可以看出，几乎所有的建筑在冬季采取供暖措施，81.7%的建筑设土炕取暖，49.6%的建筑依靠炉火取暖，38.8% 的建筑安装户式土暖气，可见农村冬季取暖的能源以煤和柴为主。然而在夏季，人们很少使用空调制冷，19.8%的建筑依靠自然通风度过夏季，65.3%的建筑辅以电风扇即可。由此可知，在我国寒冷地区的农村建筑热环境调节的能耗主要在冬季取暖的燃煤能耗。

图8 供暖形式

图9 供冷形式

图10 农村典型居住建筑平面图

2 能耗现状分析

根据农村建筑的典型形式，如图10所示，按照建筑体型15 m ×6 m ×3m，采用稳态传热法，计算冬季供暖热负荷。建筑热工性能如表3所示。

据此，按照我国寒冷地区24个城市典型年气象参数按照稳态传热计算方法,，对寒冷地区农村居住建筑设计热负荷和年耗热量进行了计算。计算表明，建筑设计热负荷最大为兰州182 W/m2，最小为徐州156 W/m2，24个地区的设计热负荷平均值178 W/m2。建筑物耗热量指标最大为兰州149 W/m2，最小为徐州115 W/m2，24个地区平均耗热量指标为132 W/m2。造成各地区的负荷数值不同主要与供暖室外计算温度及风速有关。图11、图12为24个地方建筑设计热负荷与耗热量指标。

3 结论

我国寒冷地区农村住宅属于非节能型建筑，建筑热工性能与建筑供暖负荷与节能建筑相去甚远，并且70%的建筑年龄不到20年，除了颁布相关的标准对新建建筑加以规范以外，对既有建筑建筑的节能改造也是势在必行。可以从建造多层住宅、联排房屋等方式降低房屋体形系数，外窗、外墙保温以及利用新型火炕取暖等放肆，综合考虑降低建筑取暖能耗。

图11 不同地区建筑设计热负荷及平均设计热负荷

图12 不同地区建筑设计热负荷及平均设计热负荷