吉林省農(nóng)村住宅能耗調研及分析

摘 要

摘要：對吉林省農(nóng)村住宅的圍護結構、供暖設施等進行調研總結，計算了典型農(nóng)村住宅的耗熱量指標。農(nóng)村住宅供暖形式單一，圍護結構絕熱性能較差，冬季室內舒適性差，建筑耗熱量指標較高
摘要：對吉林省農(nóng)村住宅的圍護結構、供暖設施等進行調研總結，計算了典型農(nóng)村住宅的耗熱量指標。農(nóng)村住宅供暖形式單一，圍護結構絕熱性能較差，冬季室內舒適性差，建筑耗熱量指標較高。
關鍵詞：農(nóng)村住宅；圍護結構；耗熱量指標
Investigation and Analysis on Energy Consumption of Rural Houses in Jinlin Province
ZHENG Xinmin，WANG Liwen，REN Shengfeng，SUN Ruijuan
Abstract：The building envelop and heating facilities of rural houses in Jinlin Province are investigated and summarized.The heat consumption index of typical rural houses is calculated.The heating form of rural houses is single，the thermal insulation performance of building envelop is poor.the indoor thermal comfort in winter is poor，and the heat consumption index is higher.
Key words：rural house；building envelop；heat consumption index
1 概述
    目前，我國正在大力發(fā)展住宅建設，其中農(nóng)村住宅建設增長速度快，建設量大面廣，城市與農(nóng)村住宅幾乎各占50%[1]。農(nóng)村住宅的節(jié)能設計和節(jié)能改造，對社會、經(jīng)濟和環(huán)保效益的影響至關重要。因此自2009年7月開始，為完成十一五國家科技支撐計劃“村鎮(zhèn)住宅建筑設計標準研究課題”，由中國建筑標準設計研究院等單位組成的課題組與天津城市建設學院組織的調研組，在全國開展村鎮(zhèn)住宅實態(tài)調查工作，調查對象為全國村莊和集鎮(zhèn)的住宅。本文對吉林省農(nóng)村住宅能耗情況進行調研與分析。
2 農(nóng)村住宅現(xiàn)狀
2.1 圍護結構
    由調研可知，該地區(qū)地勢平坦，村落布局受地形限制比較小，住宅大多為自建，且多采用傳統(tǒng)的建筑技術建造。朝向：朝南占83%，朝東占4%，其他朝向占13%。住宅層數(shù)：1層占97%，2層占3%。屋頂：構造：木屋架瓦屋頂占92%，混凝土屋頂占8%；絕熱情況：設絕熱層占35%，無絕熱層占65%。外墻：構造：490 mm厚磚墻占43%，370mm厚磚墻占37%，240mm厚磚墻占20%；絕熱情況：設絕熱層占27%，無絕熱層占73%。外窗：材料：木質占87%，塑鋼占9%，鋁合金占4%；結構：木質單層單玻占72%，木質雙層雙玻占15%，其他占13%。
    調研地區(qū)農(nóng)村住宅以獨戶式有宅院為主，平均層數(shù)為1層，建筑朝向多為朝南，外形為規(guī)整的長方體，體形系數(shù)較大。隨著建造年代的推后，住宅層高逐漸升高，目前新建住宅的層高大都在3.6m左右。
    農(nóng)村住宅建造年代不一，建造年代較久的住宅外墻多為490mm和370mm厚黏土磚墻，外墻面一般直接外露磚面(見圖1)。新建住宅外墻多為370mm和240mm厚黏土磚墻，外墻面則為瓷磚或水刷石，一般不采取絕熱措施。
 

   對于外窗，建造年代較久的住宅多為木質，新建住宅為鋁合金或塑鋼。單層玻璃窗占絕大多數(shù)，由于其價格低、加工簡單方便，成為農(nóng)村住宅外窗的首選。農(nóng)村住宅窗墻比較大，南向窗墻比平均到0.6左右。
   對于屋頂，多為可上人的平屋頂，平屋頂一般為混凝土澆制，上覆瀝青作為防水層。采用挑檐直接排水，基本無散水。平屋頂可以作為曬場，暴曬農(nóng)作物。建造年代較久的住宅為傳統(tǒng)木屋架瓦屋頂，新建住宅屋頂為混凝土屋頂，無論哪種屋頂絕大多數(shù)沒有設置絕熱層，因此屋頂?shù)慕^熱效果不佳。
2.2 供暖及生活熱水供應
    由調研可知，農(nóng)村住宅供暖設施：火炕占40%，火炕+燃煤爐占18%，火炕+土暖氣占36%，燃煤爐占4%，其他占2%。燃料：薪柴占22%，煤占74%，燃氣占2%，電占2%。在生活熱水的制備中，22%為薪柴加熱，17%為電加熱，52%為燃煤和液化石油氣加熱，9%為太陽能加熱。
3 典型住宅能耗分析
    由調研可知，農(nóng)村住宅的傳統(tǒng)布局為朝南，雖然各住宅之間略有差異，但其住宅的結構、功能、建材等大同小異。因此，以長春市典型新建住宅為例，進行耗熱量指標計算。該住宅建筑面積為76.56m2，層高為3.6m，房間結構見圖2，圖中數(shù)值單位為mm。

    計算說明：供暖室內計算溫度為12℃；農(nóng)村大多為間歇供暖，導致室內熱環(huán)境為非穩(wěn)態(tài)，計算中設定為穩(wěn)態(tài)；耗熱量指標結合JGJ 26—2010《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》給出的計算式進行簡化計算，計算時忽略太陽輻射得熱量。該住宅圍護結構的性能參數(shù)見表1。
表1 圍護結構的性能參數(shù)
類別
構造
傳熱系數(shù)/(W·m～·K-1)
傳熱面積/m2
地面
水泥砂漿
0.47
76.56
外墻
20mm厚白灰砂漿+490mm厚黏土磚
1.27
東西向：22.62，
南向：27.48，
北向：51.48
外窗
塑鋼單框單玻
4.30
21.00
外門
鋁框玻璃門
2.91
2.40
屋頂
20mm厚白灰砂漿+預制空心樓板+80mm混凝土+20mm水泥砂漿
1.86
76.56
    ① 圍護結構的傳熱耗熱量
圍護結構傳熱耗熱量qHT的計算式為：
 
式中qHT——圍護結構的傳熱耗熱量，W/m2
    tn——供暖室內計算溫度，℃，取12℃
    tw——供暖室外平均溫度，℃
    n——圍護結構數(shù)量
    εi——第i種圍護結構傳熱系數(shù)的修正系數(shù)
    Ki——第i種圍護結構的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
    Ai——第i種圍護結構的面積，m2
    A0——建筑面積，m2
    根據(jù)JGJ 26—2010，tw取-6.7℃。由式(1)計算得，圍護結構傳熱耗熱量qHT為43.64W/m2。
   ② 冷風滲透耗熱量
冷風滲透耗熱量qINF的計算式為：
 
式中qINF——冷風滲透耗熱量，W/m2
    ρ——供暖室外平均溫度下的空氣密度，kg/m3
    N——換氣次數(shù)，h-1，取0.5h-1
    V——房間凈體積，m3
    由式(2)計算得，冷風滲透耗熱量qINF為6.64W/m2。
    ③ 耗熱量指標
    耗熱量指標qH的計算式為：
    qH=qHT+qINF-qIN    (3)
式中qH——耗熱量指標，W/m2
    qIN——建筑物內部得熱量，包括炊事、照明、家電和人體散熱，W/m2，取3.8W/m2
    由式(3)計算得，耗熱量指標qH為46.48W/m2。通過計算可知，圍護結構的傳熱耗熱量所占比例最大，其中，外墻和屋頂傳熱耗熱量所占比例最大(為74.72%)，是農(nóng)村住宅中最薄弱部位，也是節(jié)能的重點部位，其次是外窗。
    該農(nóng)村住宅的耗熱量指標為46.48W/m2，不僅遠高于DB 22-164-1998《民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)吉林省實施細則》中對長春市居住建筑耗熱量指標不大于21.7W/m2的規(guī)定，也高于JGJ 26-2010中對長春市不高于3層居住建筑耗熱量指標不大于23.3W/m2的規(guī)定。
4 存在問題
   ① 建筑類型
   該地區(qū)農(nóng)村住宅主要為一層獨立式建筑，體形系數(shù)在0.7以上，是城市住宅的2倍。體形系數(shù)越大，單位建筑空間的散熱面積越大，能耗就越高。
    ② 圍護結構絕熱性能差
    由調研可知，該地區(qū)農(nóng)村住宅外墻多為黏土磚墻，且沒有采取絕熱措施。外窗多為木框單層玻璃窗，傳熱系數(shù)大。多數(shù)屋頂沒有設置絕熱層，絕熱性能差。外窗一般是薄壁的輕質構件，是建筑的薄弱環(huán)節(jié)，因此增強外窗的絕熱性能，減少外窗的能耗，是改善建筑熱環(huán)境，實現(xiàn)建筑節(jié)能的重點工作[2～4]。
   ③ 供暖方式單一
   該地區(qū)的供暖方式單一，仍然是以火炕為主。雖然火炕蓄熱系數(shù)比較大，熱量釋放持久，但是火炕的溫度上升緩慢，傳熱面為水平面，不利于與空氣進行對流傳熱，室內空氣升溫慢[5～7]，造成了能源的嚴重浪費。
    ④ 室內舒適性差
    火炕是北方農(nóng)村住宅中普遍采用的供暖設施，它利用炊事余熱加熱炕面，從而使室溫升高[8]，因此冬季室內舒適性較差。而且燃燒秸稈等會產(chǎn)生大量的有害物，易造成室內空氣質量惡劣等問題。
    ⑤ 新型能源利用少
    該地區(qū)屬于我國太陽能較豐富地區(qū)，但是通過調研發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)很少采用太陽能等新型能源，生活熱水仍然通過燃燒薪柴或煤獲得，能耗較大。
5 結論
    吉林省農(nóng)村住宅能耗非常大，其中供暖能耗所占比例最大，耗熱量指標高于JGJ 26-2010中對長春市不高于3層居住建筑耗熱量指標限制值。造成農(nóng)村住宅供暖能耗大的主要原因是建筑圍護結構未采取絕熱措施。
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(本文作者：鄭新敏1 王麗文1 任繩鳳2 孫瑞娟2 1.天津大學 建筑設計研究院 天津 300072；2.天津城市建設學院 天津 300384)