北方典型城市既有居住建筑能耗现状及节能改造分析

张洪恩,郑武幸

1.青岛理工大学建筑学院,山东青岛266033 2.西安建筑科技大学建筑学院,陕西西安710055

北方典型城市既有居住建筑能耗现状及节能改造分析

张洪恩1,2,郑武幸2

1.青岛理工大学建筑学院,山东青岛266033 2.西安建筑科技大学建筑学院,陕西西安710055

通过对北方典型城市——石家庄市8.254×106m2既有居住建筑进行的抽样调查，得到了该城市既有居住建筑的分布、建造年代、结构形式、采暖及制冷方式、室内舒适状况、节能状况、实际能耗等；在对不同时期的建筑建立基准模型的基础上，提出了具有针对性的节能改造对策，并计算出按照不同对策进行改造后的效益，可为政府制定建筑节能改造政策和规划提供参考。

北方典型城市;居住建筑;建筑能耗;节能改造

随着建筑总量的不断增加和对室内舒适度要求的提高，建筑能耗在我国总能源消耗中所占比例不断增大[1]，已成为导致我国很多大城市夏季冬季用电高峰和供应紧张的主要因素。目前，我国的建筑能耗占到了社会总能耗的30%左右，我国的建筑节能事业已经到了一个非常关键的时期[2]。根据我国住建部和建筑节能与科技司制定的《“十二五”建筑节能专项规划》（建科〔2012〕72号）的要求，到“十二五”末，我国建筑节能需要形成1.16×108t标准煤节能能力[3]。为此，亟需了解我国目前各大中城市建筑能耗现状，摸清建筑节能改造的潜力，以制定相关的建筑节能政策和规划，全面科学有效地推进建筑节能工作。然而，由于我国幅员辽阔，建筑面积大且类型复杂，各城市尤其是北方采暖地区建筑能耗较高的大中城市既有居住建筑节能状况及能耗信息不够全面详实。本文在此背景下，针对北方典型城市——石家庄做了全面深入的调查研究，以期为政府部门制定建筑节能改造政策和规划提供依据和参考。

1 既有居住建筑现状调查及分析

1.1 调查概况

对石家庄市5个区(长安区、桥东区、桥西区、新华区、裕华区)随机抽取的7个街道办事处的2079栋居住建筑进行现状调查，调查总建筑面积为8.254×106m²，具体统计结果如表1所示。按照所调查建筑类型及建造年代划分，可以得到各年代建筑占总建筑面积的百分比，如图1所示。由图1可以看出，2001年之后的居住建筑面积最大，占35.0%；其次是1986年之前的建筑占调查总数的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 石家庄市抽样的既有居住建筑面积统计Table1 Sampling of existing residential building area statistics in Shijiazhuang

图1 各年代建筑占总建筑面积比例Fig.1 The proportion of different times construction of total building area

1.2 调查结果分析

1.2.1 非节能建筑1986年之前，我国未出台建筑节能设计标准，当时石家庄的居住建筑，多为6层及以下的非节能砖混建筑。就调查现状来看，建筑外墙无保温隔热措施；屋面保温材料主要为炉渣、水泥蛭石、水泥珍珠岩等；窗户为单玻木窗。多数住宅楼主体结构尚好，但是房屋布局、设备配置及能源消耗与节能建筑的标准有较大的差距，居住舒适度较差。

1.2.2 节能30%建筑1987～1995年，这一时期的居住建筑设计主要遵循《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-86）[4]，即节能30%。石家庄市的住宅建筑多为6层、7层，沿街的建筑基本设底层商铺，主要是砖混、框架及框剪结构。外围护结构外墙无保温隔热措施；屋面保温材料主要有水泥珍珠岩板、水泥蛭石、加气混凝土板（块）等；窗户为单玻钢窗或铝合金窗。住宅面积标准及房型布局较为合理，但多采用单层钢窗、易锈蚀变形，保温及气密性差。

1.2.3 节能50%建筑1996～2006年，此期间石家庄多数居住建筑基本符合建设部颁布的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-95）（即节能50%）[5]以及《河北省采暖建筑节能设计暂行规定》。这个时期的居住建筑一般为6层及以上，主要以框架和剪力墙结构为主，体型系数基本都控制在3.0以下。外围护结构外墙部分采用外贴聚苯板、挤塑板或现浇钢丝网架聚苯板进行保温,大部分外墙无保温隔热措施；屋面保温材料为挤塑、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板；窗户为推拉式双玻塑钢窗。

1.2.4 节能65%建筑2007年1月1日起，河北省要求新建建筑50%节能设计标准执行率达100%，设区城市推行《居住建筑节能设计标准》[DB13(J)63-2007][6]，节能率为65%。2007年之后石家庄居住建筑多为高层建筑，主要以框架剪力墙结构为主。外围护结构外墙主要外贴聚苯板、挤塑板或现浇钢丝网架聚苯板进行保温；屋面保温材料为挤塑、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板；窗户为平开式塑钢中空玻璃窗或断桥铝合金中空玻璃窗。

2 既有居住建筑采暖、制冷及室内舒适状况

2.1 采暖状况

根据对100户家庭进行问卷调查统计得知，供热方式主要有：集中供热，占调查总面积的96.7%；分户供热，占3.2%；其他方式占0.1%。由此可见，集中供热方式是石家庄市居住建筑采暖的主要方式。集中供热系统中室内大部分采用散热器供暖系统，主要由换热站为各用户提供生活用热；热水管网采用热水双管系统(又称“上供下回式”系统)。由于室内供暖系统未设置温度控制和调节装置，且供热系统未安装分户计量设备或恒温阀、手动阀，这将不利于供热系统节能。

2.2 制冷状况

根据问卷调查统计得知，在被调查的住宅建筑中，供冷方式主要有：分户式（各户安装分体式空调），占99.6%；集中式，占0.3%；其他方式占0.1%。由此可见，居住建筑几乎全部采用分户供冷方式。

通过对石家庄市100户居民家庭进行问卷调查得知，每年空调的使用集中在6月到9月这四个月之间（见图2）。调查结果显示，有空调家庭一天中空调开启主要集中在以下时段（见图3）：中午12:00～14:00，空调开启率为45%；晚上18:00～20:00，空调开启率为53%，20:00～22:00，空调开启率为56%，22:00～24:00，空调开启率为35%。

2.3 室内舒适状况

根据问卷调查统计得知，在冬季采暖期，53%的住户对室内空气温度满意，39%的住户对室内空气温度不太满意，另外8%的住户对室内温度感觉无所谓。室内空气湿度是影响室内舒适的另一个重要因素，63%的住户觉得空气干燥或略干燥，对此不太满意，通常会采用往地板上洒水、使用加湿器等各种加湿措施来改善这种状况；20%的住户对室内空气湿度较为满意，17%的住户对室内空气湿度感觉无所谓。

图2 被调查家庭一年中空调逐月使用情况Fig.2 The usage of air conditioning from month to month in a year in surveyed families

图3 被调查家庭一天中分时段空调开启情况Fig.3 The open of air conditioning in surveyed families of one day

3 既有居住建筑能耗状况

通过对石家庄397栋总面积约1.737×106m2各时期既有住宅楼进行能耗统计，计算得出总能源消耗折合约4.86×104t标煤，单位面积平均能耗折合标煤约28.0 kg/m²。统计结果详见表2。从表2可以看出，1990年之前的居住建筑单位面积能耗最大，2000年后的居住建筑单位面积能耗最小，这与我国各个时期建筑节能设计标准的颁布密切相关。

表2 石家庄市抽样调查的既有居住建筑能耗统计Table 2 The energy consumption statistics of existing residential building in Shijiazhuang

4 节能改造对策及效益分析

4.1 基准模型

按照统计的信息，针对非节能建筑、节能30%的建筑、节能50%的建筑分别建立一栋基准建筑模型，如下：

4.1.1 非节能建筑模型建筑层数为4层，砖混结构，层高3 m，标准层面积580 m²，建筑面积为2320 m²，外墙面积为1260 m²,窗户面积为336 m²,屋顶面积为580 m²。

4.1.2 节能30%建筑模型建筑层数为6层，砖混结构，层高3 m，标准层面积526 m²，建筑面积为2774 m²，外墙面积为1110 m²,窗户面积为510 m²,屋顶面积为526 m²；体形系数0.28，南向、北向、西向和东向窗墙比分别为0.29、0.25、0.05和0.06。

4.1.3 节能50%建筑模型建筑层数为6层，层高3 m，建筑面积5966 m²，外墙面积为2971 m²,楼地面总面积为909 m²,窗户面积为738 m²,屋顶面积为909 m²。三个模型体形系数均为0.28，南向、北向、西向和东向窗墙比分别为0.29、0.25、0.05和0.06。

4.2 改造对策及效益

如果对所调查的8.254×106m²不同年代的居住建筑进行节能改造，需要分别提出不同的改造方案，以求达到节能改造效益最大化。通过对各个阶段的既有建筑建立基准模型进行耗热量和收益分析，现提出如下改造对策，并分析了相应的效益：

(1)非节能建筑的改造重点以更换建筑外窗户为主。可实现节能7.7 kg标准煤/m²·年，合计节约6.36 ×104t标准煤/年；每年可减少二氧化碳1.692×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，烟尘8000 t。

(2)节能30%的建筑建议在有条件的情况下，对墙、窗户、屋顶均进行节能改造。可实现节能11.6 kg标准煤/m²·年，合计节约9.57×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳2.546×105t，二氧化硫排放量900 t，氮氧化物700 t，烟尘1.21×104t。若只对墙体进行节能改造，可实现节能8.2 kg标准煤/m ²·年，合计节约6.77×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳1.801×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，烟尘8500 t；若只对窗户进行节能改造，可实现节能7.1 kg标准煤/m²·年，合计节约5.86×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳15.59×105t，二氧化硫排放量500 t，氮氧化物400 t，烟尘7400 t；若只对屋顶进行节能改造，可实现节能5.3 kg标准煤/m²·年，合计节约4.37×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳1.162×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物300 t，烟尘5500 t。

(3)节能50%的建筑建议在有条件的情况下，对墙、窗户、屋顶均进行节能改造。可实现节能7.7 kg标准煤/m²·年，合计节约6.36×104t标准煤，每年可减少二氧化碳1.692×105t，二氧化硫排放量600 t，氮氧化物500 t，烟尘8000 t；若只对墙体进行节能改造，可实现节能5.8 kg标准煤/m²·年，合计节约4.79×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳12.74×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物400 t，烟尘6000 t；若只对窗户进行节能改造，可实现节能5 kg标准煤/m2·年，合计节约4.13× 104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳1.099×105t，二氧化硫排放量400 t，氮氧化物300 t，烟尘5200 t；若只对屋顶进行节能改造，可实现节能4.3 kg标准煤/m2·年，合计节约3.55×104t标准煤/年，每年可减少二氧化碳9.44×104t，二氧化硫排放量300 t，氮氧化物300 t，烟尘4500 t。

5 结论

通过调查和研究，本文得到如下结论：

（1）对石家庄市既有居住建筑面积、分布、建造年代、结构形式、建筑采暖、制冷、室内舒适状况、节能状况、实际能耗等基本信息有了较为全面的认识和掌握；

（2）通过对不同时期的建筑进行建模计算，提出了具有针对性的节能改造对策，经过计算，按照不同对策进行节能改造，效益显著。

本文分析研究成果，将为政府在“十二五”期间实施既有居住建筑节能改造提供较为可靠的数据支持，为政府制定合理的节能改造政策或规划提供参考，从而最终实现预期的节能改造总体目标。

[1]郑武幸.西安大型酒店建筑能源审计研究[D].西安:西安建筑科技大学,2009

[2]江亿,杨秀.从中外能耗比较看我国的建筑节能途径[J].中国科技成果,2007(22):10-13

[3]住建部建筑节能与科技司.“十二五”建筑节能专项规划（建科〔2012〕72号）[EB/OL].(2012-05)[2014-06-22]. http://www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_0/jsbwjjskj/201205/t20120531_210093.html

[4]住建部.民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ26-86)[S].北京:中国建筑工业出版社,1986

[5]住建部.民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ26-95)[S].北京:中国建筑工业出版社,1996

[6]河北省住建厅.居住建筑节能设计标准(DB13(J)63-2007)[S].北京:中国建材工业出版社,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

张洪恩(1979-),男,汉族,讲师,博士,主要研究方向:城市空间发展及节能研究.E-mail:onplan@163.com