吉林省农村住宅能耗调研及分析_工程实践

摘要

摘要：对吉林省农村住宅的围护结构、供暖设施等进行调研总结，计算了典型农村住宅的耗热量指标。农村住宅供暖形式单一，围护结构绝热性能较差，冬季室内舒适性差，建筑耗热量指标较高

摘要：对吉林省农村住宅的围护结构、供暖设施等进行调研总结，计算了典型农村住宅的耗热量指标。农村住宅供暖形式单一，围护结构绝热性能较差，冬季室内舒适性差，建筑耗热量指标较高。

关键词：农村住宅；围护结构；耗热量指标

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，我国正在大力发展住宅建设，其中农村住宅建设增长速度快，建设量大面广，城市与农村住宅几乎各占50%^[1]。农村住宅的节能设计和节能改造，对社会、经济和环保效益的影响至关重要。因此自2009年7月开始，为完成十一五国家科技支撑计划“村镇住宅建筑设计标准研究课题”，由中国建筑标准设计研究院等单位组成的课题组与天津城市建设学院组织的调研组，在全国开展村镇住宅实态调查工作，调查对象为全国村庄和集镇的住宅。本文对吉林省农村住宅能耗情况进行调研与分析。

2 农村住宅现状

2.1 围护结构

由调研可知，该地区地势平坦，村落布局受地形限制比较小，住宅大多为自建，且多采用传统的建筑技术建造。朝向：朝南占83%，朝东占4%，其他朝向占13%。住宅层数：1层占97%，2层占3%。屋顶：构造：木屋架瓦屋顶占92%，混凝土屋顶占8%；绝热情况：设绝热层占35%，无绝热层占65%。外墙：构造：490 mm厚砖墙占43%，370mm厚砖墙占37%，240mm厚砖墙占20%；绝热情况：设绝热层占27%，无绝热层占73%。外窗：材料：木质占87%，塑钢占9%，铝合金占4%；结构：木质单层单玻占72%，木质双层双玻占15%，其他占13%。

调研地区农村住宅以独户式有宅院为主，平均层数为1层，建筑朝向多为朝南，外形为规整的长方体，体形系数较大。随着建造年代的推后，住宅层高逐渐升高，目前新建住宅的层高大都在3.6m左右。

农村住宅建造年代不一，建造年代较久的住宅外墙多为490mm和370mm厚黏土砖墙，外墙面一般直接外露砖面(见图1)。新建住宅外墙多为370mm和240mm厚黏土砖墙，外墙面则为瓷砖或水刷石，一般不采取绝热措施。

对于外窗，建造年代较久的住宅多为木质，新建住宅为铝合金或塑钢。单层玻璃窗占绝大多数，由于其价格低、加工简单方便，成为农村住宅外窗的首选。农村住宅窗墙比较大，南向窗墙比平均到0.6左右。

对于屋顶，多为可上人的平屋顶，平屋顶一般为混凝土浇制，上覆沥青作为防水层。采用挑檐直接排水，基本无散水。平屋顶可以作为晒场，暴晒农作物。建造年代较久的住宅为传统木屋架瓦屋顶，新建住宅屋顶为混凝土屋顶，无论哪种屋顶绝大多数没有设置绝热层，因此屋顶的绝热效果不佳。

2.2 供暖及生活热水供应

由调研可知，农村住宅供暖设施：火炕占40%，火炕+燃煤炉占18%，火炕+土暖气占36%，燃煤炉占4%，其他占2%。燃料：薪柴占22%，煤占74%，燃气占2%，电占2%。在生活热水的制备中，22%为薪柴加热，17%为电加热，52%为燃煤和液化石油气加热，9%为太阳能加热。

3 典型住宅能耗分析

由调研可知，农村住宅的传统布局为朝南，虽然各住宅之间略有差异，但其住宅的结构、功能、建材等大同小异。因此，以长春市典型新建住宅为例，进行耗热量指标计算。该住宅建筑面积为76.56m²，层高为3.6m，房间结构见图2，图中数值单位为mm。

计算说明：供暖室内计算温度为12℃；农村大多为间歇供暖，导致室内热环境为非稳态，计算中设定为稳态；耗热量指标结合JGJ 26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》给出的计算式进行简化计算，计算时忽略太阳辐射得热量。该住宅围护结构的性能参数见表1。

表1 围护结构的性能参数

类别	构造	传热系数/(W·m～·K^-1)	传热面积/m²
地面	水泥砂浆	0.47	76.56
外墙	20mm厚白灰砂浆+490mm厚黏土砖	1.27	东西向：22.62，南向：27.48，北向：51.48
外窗	塑钢单框单玻	4.30	21.00
外门	铝框玻璃门	2.91	2.40
屋顶	20mm厚白灰砂浆+预制空心楼板+80mm混凝土+20mm水泥砂浆	1.86	76.56

① 围护结构的传热耗热量

围护结构传热耗热量q_HT的计算式为：

式中q_HT——围护结构的传热耗热量，W/m²

t_n——供暖室内计算温度，℃，取12℃

t_w——供暖室外平均温度，℃

n——围护结构数量

ε_i——第i种围护结构传热系数的修正系数

K_i——第i种围护结构的传热系数，W/(m²·K)

A_i——第i种围护结构的面积，m²

A₀——建筑面积，m²

根据JGJ 26—2010，t_w取-6.7℃。由式(1)计算得，围护结构传热耗热量q_HT为43.64W/m²。

② 冷风渗透耗热量

冷风渗透耗热量q_INF的计算式为：

式中q_INF——冷风渗透耗热量，W/m²

ρ——供暖室外平均温度下的空气密度，kg/m³

N——换气次数，h^-1，取0.5h^-1

V——房间净体积，m³

由式(2)计算得，冷风渗透耗热量q_INF为6.64W/m²。

③ 耗热量指标

耗热量指标q_H的计算式为：

q_H=q_HT+q_INF-q_IN (3)

式中q_H——耗热量指标，W/m²

q_IN——建筑物内部得热量，包括炊事、照明、家电和人体散热，W/m²，取3.8W/m²

由式(3)计算得，耗热量指标q_H为46.48W/m²。通过计算可知，围护结构的传热耗热量所占比例最大，其中，外墙和屋顶传热耗热量所占比例最大(为74.72%)，是农村住宅中最薄弱部位，也是节能的重点部位，其次是外窗。

该农村住宅的耗热量指标为46.48W/m²，不仅远高于DB 22-164-1998《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)吉林省实施细则》中对长春市居住建筑耗热量指标不大于21.7W/m²的规定，也高于JGJ 26-2010中对长春市不高于3层居住建筑耗热量指标不大于23.3W/m²的规定。

4 存在问题

① 建筑类型

该地区农村住宅主要为一层独立式建筑，体形系数在0.7以上，是城市住宅的2倍。体形系数越大，单位建筑空间的散热面积越大，能耗就越高。

② 围护结构绝热性能差

由调研可知，该地区农村住宅外墙多为黏土砖墙，且没有采取绝热措施。外窗多为木框单层玻璃窗，传热系数大。多数屋顶没有设置绝热层，绝热性能差。外窗一般是薄壁的轻质构件，是建筑的薄弱环节，因此增强外窗的绝热性能，减少外窗的能耗，是改善建筑热环境，实现建筑节能的重点工作^[2～4]。

③ 供暖方式单一

该地区的供暖方式单一，仍然是以火炕为主。虽然火炕蓄热系数比较大，热量释放持久，但是火炕的温度上升缓慢，传热面为水平面，不利于与空气进行对流传热，室内空气升温慢^[5～7]，造成了能源的严重浪费。

④ 室内舒适性差

火炕是北方农村住宅中普遍采用的供暖设施，它利用炊事余热加热炕面，从而使室温升高^[8]，因此冬季室内舒适性较差。而且燃烧秸秆等会产生大量的有害物，易造成室内空气质量恶劣等问题。

⑤ 新型能源利用少

该地区属于我国太阳能较丰富地区，但是通过调研发现，该地区很少采用太阳能等新型能源，生活热水仍然通过燃烧薪柴或煤获得，能耗较大。

5 结论

吉林省农村住宅能耗非常大，其中供暖能耗所占比例最大，耗热量指标高于JGJ 26-2010中对长春市不高于3层居住建筑耗热量指标限制值。造成农村住宅供暖能耗大的主要原因是建筑围护结构未采取绝热措施。

参考文献：

[1] 许东，王雪英，石岩，等.辽宁地区农村住宅的节能研究[J].辽宁工业大学学报：自然科学版，2010，30(1)：44-47.

[2] 倪吉，李念平，周慧，等.长沙居住建筑外窗能耗的模拟研究[J].煤气与热力，2008，28(3)：A15-A19.

[3] 姚健，闫成文，周燕，等.夏热冬冷地区外窗传热系数对建筑能耗的影响[J].煤气与热力，2008，28(9)：A09-A11.

[4] 王兰，王云山，高玲.外窗对寒冷地区居住建筑节能的影响[J].煤气与热力，2009，29(12)：A11-A17.

[5] 高国录.白银区农村住宅能源消费结构分析[J].甘肃农业，2009(9)：33-36.

[6] 吴雅君，许东，王雪英.锦州地区农村住宅现状及节能情况分析[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2010，29(2)：228-231.

[7] 吴媛媛.北京农村地区供暖方式及技术经济性分析[J].煤气与热力，2011，31(5)：A15-A19，

[8] 许东，王雪英，裴玉屏.辽宁省农村住宅的火炕与地炕分析[J].四川建筑科学研究，2010，36(4)：299-301.

(本文作者：郑新敏¹ 王丽文¹ 任绳凤² 孙瑞娟² 1.天津大学建筑设计研究院天津 300072；2.天津城市建设学院天津 300384)