1 研究背景
长沙市地处长江流域，属于典型的夏热冬冷地区。近年来随着经济的发展，为了缓解酷暑严寒和常年潮湿的气候对该地区居住环境舒适性的威胁，空调的使用已越来越普及。然而，当前住宅室内热环境的改善依然有限,住宅建筑的能耗却相当惊人。因此，为深入了解住宅建筑的能源使用现状，科学分析住宅建筑能耗的成因与发展变化, 从而降低建筑能耗，促进人居环境的可持续发展，湖南大学会同其它有关单位于2002年夏季对长沙市的部分住宅建筑开展了一系列的调查研究活动。
2 调查方法
本次调查选定在2002年8月22日～8月26日。考虑到长沙市的地理位置、住宅建筑的特点和居民家庭情况的差异，有代表性的选取了100家住户进行连续5天的调查实测。各住户的位置分布如下：位于长沙市东部的共4户，南部11户，西部13户，北部10户，市中心62户。
实测调查分一般调查和详细调查两种。所有住户均为一般调查的对象,并且从中挑选了5户进行进一步的详细调查。图1标明了所有调查对象的具体分布情况。其中东南西北中表示一般调查对象的分布，符号◆代表详细调查对象所处的位置。
2.1 一般调查
测试人员给每一住户发放了2个液晶温度计和一份问卷调查表。请各住户将2枚液晶温度计分别置于主卧室和客厅离地1.1m的位置，并在连续的5天测试期内，依次记录6:00～8:00，11:00～13:00，19:00～21:00时间段内的温度。问卷调查表涵盖了住宅结构、冷气设备、能源使用情况、家庭收入等内容。
2.2 详细调查
在100家住户中挑选了有代表性的5户进行详细调查。每户除进行一般调查外，还安装了3枚自动温湿度测量仪Thermo Recorder TR-72S，分别置于客厅、主卧室离地1.1m的位置以及室外北面外墙。该温湿度测量仪能每隔30分钟自动记录测点的温度和相对湿度。
3 调查数据统计
3.1 住宅的基本建筑概况
图2、图3反映了100户调查对象的住宅建筑年代、建筑面积等情况。由于长沙市旧房改造的大力推进，在所有调查对象中，73%的住宅为90年代或2000年以后建造。住宅的围护结构以砖混为主，其比例达到81%。此外还有18%的住宅为钢筋混凝土(R.C.)结构，1%的住宅为其他结构。住户的建筑面积以每户60～100㎡居多，平均建筑面积为83㎡/户，最小的住户面积为33㎡，最大的达到170㎡。
3.2 夏季降温设备的统计
调查表明，居民家中的空调类型有窗式、分体式、柜式等单个家用空调器及户式空调、中央空调等多种。图4统计了各种空调设备的使用比例。结果表明，长沙市住宅建筑当前夏季降温仍以单个的家用空调器为主。在100户调查对象中，中央空调的普及率不到10%。且一般都为住户所在的工作单位统一安装，住户所应支出的能源费用也主要由单位补贴。
表1统计了所有调查对象的夏季降温设备的拥有情况。
表1 普通调查对象的夏季降温设备的统计|
建筑面积 （㎡） |
户数 |
拥有空调 的台数 |
平均每百户拥有的空调台数 |
拥有空调的户数占总户数的比例 |
拥有电风扇的数目 |
平均每百户拥有的风扇台数 |
|
30～40 |
2 |
1 |
50 |
50% |
5 |
250 |
|
40～50 |
5 |
3 |
60 |
60% |
13 |
260 |
|
50～60 |
4 |
5 |
125 |
100% |
8 |
200 |
|
60～70 |
22 |
29 |
132 |
95.24% |
53 |
241 |
|
70～80 |
14 |
19 |
136 |
93% |
37 |
264 |
|
80～90 |
16 |
26 |
163 |
93.75% |
41 |
256 |
|
90～100 |
13 |
20 |
154 |
100% |
37 |
285 |
|
100～110 |
10 |
18 |
180 |
100% |
28 |
280 |
|
110～120 |
2 |
4 |
200 |
100% |
4 |
200 |
|
120～130 |
5 |
10 |
200 |
100% |
14 |
280 |
|
130以上 |
5 |
10 |
200 |
100% |
11 |
220 |
|
合计 |
98 |
145 |
148 |
82.67% |
251 |
256 |
（注：在夏季降温设备的统计中，有效户数为98户。）
3.3 降温设备的使用
由于长沙市夏季闷热的气候和长期以来人们养成的生活习惯，当地居民通常采用“开窗＋风扇”、“风扇＋空调”、“只用空调”等多种降温方式。同时，由于住户为了节能，通常根据房间人员的有无等采取间歇性使用空调的方式。图5反映了一典型日内空调、风扇的逐时使用率。从图中空调和风扇的使用率曲线的变化趋势可以看出，降温设备的使用不仅和室外气温有关，更受室内人员活动的影响。
4 夏季能耗的统计与分析
4.1 住宅建筑夏季能耗量的统计
住宅建筑的能耗情况主要从用电量和用气量上反映出来。通过对调查数据的统计表明，各住户夏季的户均用电量为222.66度/月，户均用气量为16.82㎏/月，人均用电量为72.63度/月，人均用气量为5.89㎏/月。图6、图7对各住户的夏季用电量、用气量进行了进一步说明。通过到能源部门调研及相关文件的查阅可知，目前长沙市住宅的气源主要有管道煤气、液化石油气、管道液化石油气三种，其中73%为液化石油气。在100户调查对象中，61.9%的住户每月用气量在10～20㎏之间，相当于每月使用液化石油气1罐左右；而每月用气量在30㎏（2罐）以上的住户很少,仅占4.8%。
4.2 诸因素对夏季能耗的影响分析
4.2.1 当地气候的影响
长沙市属于典型的冬冷夏热地区。最热月份平均温度有29.3℃，夏季极端温度高达42.7℃[1]，暑热期长达130天，相对湿度维持在70%以上[2]。高温高湿的环境使得降温用能耗大大增加；同时，漫长的暑热期延长了降温设备的使用期，从而从整体上增加了住户的夏季用电量。
4.2.2 建筑面积的影响
表2统计了所有住户的夏季能耗随建筑面积的变化情况。为便于比较，表中及以下所涉及的各种能源的计量单位均统一为热值。根据该表分析可以得知：（1）夏季每户每月用电量及总能耗（即每户每月用气量和用电量之和）均随建筑面积的增加而增大。这主要是因为建筑面积较大的住户经济条件较好，家电的拥有量和使用量较多。同时建筑面积增加，照明电量也相应增加。（2）用气量与建筑面积之间没有必然的联系。（3）单位面积总能耗随着建筑面积的增大而减少是因为建筑面积增加的幅度大于能耗增加的幅度。
表2 住宅能耗随建筑面积的变化|
建筑面积（㎡） |
40～60 |
60～80 |
80～100 |
100～120 |
120～140 |
140～ |
|
每户每月用电量（MJ/户•月） |
681 |
714.36 |
908.87 |
901.13 |
1080 |
1620 |
|
每户每月用气量（MJ/户•月） |
582.4 |
754.82 |
677.68 |
804.04 |
503.4 |
490.25 |
|
每户每月总能耗（MJ/户•月） |
1263.4 |
1469.18 |
1586.55 |
1705.17 |
1583.4 |
2110.25 |
|
单位面积总能耗（MJ/户•月•㎡） |
26.25 |
21.23 |
17.53 |
15.92 |
12.76 |
14.071 |
|
单位面积用电量（MJ/户•月•㎡） |
13.425 |
9.98 |
10.24 |
8.43 |
8.73 |
10.8 |
4.2.3 每户人口数的影响
表3给出所有住户的夏季能耗随每户人口数变化的情况。每户用电量和总能耗与每户人口数之间没有必然的关系，而每户用气量随着每户人口数的增加而稍有增加。
在所有调查对象中，人口数为3人的住户超过了调查总数的一半。结合《长沙统计年鉴》的统计结果可以认为，3口之家的能耗情况代表了长沙市住户的普遍情况。2口之家的能耗量与之接近。而4口之家尽管家中人口数增多，但家庭年收入却比2口之家还稍低，不高的经济收入客观限制了能源的使用。此外通过热环境的分析发现，在自然通风状态下4口之家的室内热环境最好，这样用于改善室内热状况的空调能耗也相应减少。所以4口之家的用电量和总能耗最少。5口之家的用电量和总能耗最大。这主要是因为半数以上的5口之家为4～6万的高收入家庭，住宅建筑面积一般都有100㎡左右。在宽裕的经济条件下，用电量和总能耗自然增多。并且，5口之家的室内热环境最差，日平均PMV值高达1.65。为满足人体的热舒适，使用空调的时间更长，所需的空调能耗也更大。
在用气量方面，由于气源主要保证炊事、热水之用，人口数增多，在热水、炊事等方面的能耗也就相应增多，但增加幅度并不大。
由上分析可见，每户人口数并不是影响能耗变化的主要因素。每户用电量和总能耗的变化并不取决于每户人口数的多少，而主要取决于家庭的经济状况和室内热环境状况等其他因素；就用气量而言，每户人口数增加，用气量稍有增加。
表3 住宅能耗随每户人口数的变化|
每户人口数 |
每户2人 |
每户3人 |
每户4人 |
每户5人 |
|
每户每月用电量（MJ/户•月） |
846.65 |
846.56 |
645.75 |
1035 |
|
每户每月用气量（MJ/户•月） |
676.11 |
678.74 |
699.28 |
746.92 |
|
每户每月总能耗（MJ/户•月） |
1522.76 |
1525.3 |
1345.03 |
1781.92 |
|
单位面积总能耗（MJ/户•月•㎡） |
18.67 |
18.52 |
16.11 |
18.22 |
|
单位面积用电量（MJ/户•月•㎡） |
9.99 |
10.15 |
7.23 |
10.56 |
4.2.4 住户年收入的影响
表4表明了夏季能耗随住户年收入的变化情况。每户每月用电量、总能耗以及单位面积用电量都随着年收入的增加而明显增加；用气量的变化与其无直接关系。
每户每月用电量、总能耗随着年收入的增多而增多的原因是：住户年收入越高，居民的消费水平也会相应增高，拥有的家电数目更多，使用频率更大，从而导致能耗的增加。同时通过调查还进一步发现，虽然高收入家庭的能耗开销比低收入家庭大，但在年收入中所占的比例反而更小，加之居民本身对生活质量有着更高要求，所以高收入家庭对能耗开销的满意度反而更高。较高的满意度反过来又会导致能耗开销保持在原有甚至更高的水平。表5清楚地反映出能耗开销与满意率之间的关系[3]。对于燃气而言，每户的用气量主要受人口数及生活方式的影响，与年收入的多少无明显关系。
综合而言，住户年收入是影响能耗的主要因素。
表4 住宅能耗随住户年收入的变化|
年收入（元） |
6000元以下 |
6千～1万 |
1～2万 |
2～4万 |
4～6万 |
|
每户每月用电量（MJ/户•月） |
154.8 |
495 |
718.06 |
777.6 |
1152 |
|
每户每月用气量（MJ/户•月） |
628.5 |
628.5 |
579.38 |
774.4 |
662.1 |
|
每户每月总能耗（MJ/户•月） |
783.3 |
1123.5 |
1297.44 |
1152 |
1814.1 |
|
单位面积总能耗（MJ/户•月•㎡） |
13.02 |
18.25 |
15.69 |
20.14 |
18.63 |
|
单位面积用电量（MJ/户•月•㎡） |
2.93 |
7.32 |
9.07 |
10.35 |
11.59 |
表5 家庭收入水平与能源消费情况比较
|
家庭收入 |
用电量(度/人) |
能源消费占总收入比率 |
能源消费不满意比率 |
|
低收入（2万元以下） |
74.1 |
11% |
48% |
|
高收入（2万元以上） |
83.0 |
8.7% |
27% |
4.2.5 建筑年代的影响
在100户对象中，挑选了家庭年收入在2～4万之间，建筑面积在60～100㎡之间，就业者平均年龄在40～50岁之间的住户，在保证这些影响因素相同的情况下，分析不同的住宅建筑年代对夏季能耗的影响。
分析表明，住宅建筑年代对各住户夏季能耗的影响主要体现在用电量方面。建筑年代越久远，围护结构的热工性能越差，通过围护结构传入的冷负荷越多，从而导致空调电耗加大，每月户均用电量也随之增加。表6反映了其间的关系。并且在所选的对象中，70年代的住宅的户均建筑面积最小，电耗却最大；2000年以后的住宅的户均建筑面积最大，但用电量却最小。这进一步说明围护结构的热工性能对能耗的影响。
表6 住宅能耗随建筑年代的关系|
建筑年代 |
70年代 |
80年代 |
90年代 |
2000年以后 |
|
每户用电量（MJ/户•月） |
1116 |
960 |
747 |
720 |
5 结论
由于居民生活水平的提高，越来越多的家庭采用空调器来改善夏季室内热环境；而炎热的气候及较差的围护结构的热工性能，大大增加了空调能耗和用电量。
具体分析影响能耗的因素，发现住宅能耗是多种因素综合作用的结果。当地的气候条件影响着能源的使用。但住宅能耗更多的与建筑面积、每户人口数、住户年收入、建筑年代等因素有关。其中，每户年收入和建筑面积是影响能耗的主要因素，年收入越多，建筑面积越大，能耗越多；住宅的建筑年代在一定程度上也影响各住户的能耗；而每户人口数对能耗的影响不大，仅对每户用气量稍有影响。
参考文献
（1） 高广华，张健.四川建筑，2001，1（21）：27～29
（2） 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术.北京：中国建筑工业出版社，2002
（3） Guan Jun，Li Nianping，Pan Yougui et.al. The Conference ISHVAC03.Beijing：Tsinghua University Press,2003,V（Ⅰ）：550～560
（4） 武海滨，朱颖心，周鹏.暖通空调新技术，2001，1：52～56
