昆明市居住建筑能耗调研分析*

2021-03-16昆明理工大学潘斗松王志浩邓诗涵

暖通空调 2021年1期

昆明理工大学潘斗松王志浩邓诗涵

云南正元安泰建设工程设计咨询有限公司崔跃

0 引言

据统计，世界各国的能源消耗有10%～35%来自居住建筑[1]。作为世界上最大的发展中国家，我国的居住建筑能耗占全国所有能耗的11%以上，并且这一比例仍在持续增大[2]。随着我国经济社会发展水平的提升和城镇化进程的加快，居民收入不断提高，居住建筑能耗亦快速增长，尤其是电力消耗。2017年，全社会用电量达到63 077亿kW·h，同比增长6.6%，增速较上年提升1.7个百分点。第一、二、三产业和居民生活用电量分别为1 155亿、44 413亿、8 814亿、8 695亿kW·h，分别同比增长7.3%、5.5%、10.7%和7.8%[3]。电能消耗的快速增长反映了我国近年来空调、电热水器、计算机等家用电器的普及和我国居住建筑产业的空前发展。2017年昆明市房地产业完成投资1 683.33亿元，其中住宅投资1 058.9亿元，占62.9%；商品房销售面积1 827.25万m2，其中住宅销售面积1 387.77万m2，占75.9%[4]。相关数据较2016年均有上涨。能源消耗的增加一方面反映了我国居民物质生活水平的提高，另一方面也意味着能源保护和节能减排政策落地实施还有很大的空间。

在居住建筑能耗调研和统计分析领域，诸多学者开展了研究工作。李峥嵘等人分析了居住建筑的能耗特点[5]。陈淑琴等人提出了居住建筑能耗统计体系的框架[6]。江亿等人分析了我国城镇住宅除供暖外总能耗、分项能耗和我国建筑用能发展趋势[7]。王悦等人对我国南北方10个城镇及农村居民建筑的生活能耗进行了全面调查，利用调查数据分析了我国城乡用能水平与用能方式存在显著差异的主要影响因素[8]。简毅文等人以北京城区某栋住宅楼的44户住户为研究对象，通过对供暖耗热量和用电量的数据采集和统计分析，研究分析了居住建筑的能耗结构，分析结果表明，导致住宅高能耗的主要原因之一在于居住者不合理的供暖、空调和生活用电行为[9]。史洁等人通过对近几年上海市高层住宅供暖、空调、热水及围护结构等状况的调查，探讨了上海市高层住宅能耗的特点和节能潜力[10]。石晓菲等人对上海市350户居民住宅的能耗进行了问卷调查，针对不同类型、不同年代的建筑，统计了不同收入居民的住宅用气、用水和用电量，分析了影响上海市居住建筑能耗的各种因素的影响程度，并针对这些调研结果提出了上海市居住建筑节能的建议[11]。李晓瑞等人采用问卷调研的方式对广州地区建筑概况、家庭基本情况、降温设备拥有情况、能源消耗情况进行了调查，并进行了敏感性分析[12]。刘祥等人通过调研获得了重庆地区典型家庭结构、住宅人员在室情况、供暖空调方式、供暖空调控制习惯等现有居住实态情况[13]。

近年来，清华大学、上海市建筑科学研究院、哈尔滨工业大学、深圳市建筑科学研究院、湖南大学、重庆大学、四川大学等高校和科研院所对几个典型城市的住宅能源消费情况做了大量而深入的调查，通过对居民能源消费习惯的入户问卷调查和用户电耗的数据统计，加深了对我国城镇居住建筑的能耗特点、能耗数据的认识。结合这些能耗调查结果和国家能耗统计数据，可以大致得到我国城镇居住建筑的能耗特点和能耗数据。

关于严寒地区居住建筑能耗特征的调研表明，该地区供暖能耗占比较大，无空调能耗或空调能耗占比较小，而其他地区居住建筑的能耗构成中大多包含空调能耗且占比较大。昆明市位于低纬度高原地区，气候温和、干湿季分明。2001年以来，夏季极端温度为30 ℃左右，极值为32.8 ℃(2014年)；冬季极端温度在0 ℃左右，极值为-2.8 ℃(2012年)。2001—2017年昆明市冬夏季平均气温和年平均气温如图1所示。

图1 昆明市冬夏季平均气温和年平均气温(2001—2017年)

鉴于此，开展昆明市居住建筑能耗调研分析，对了解温和地区居住建筑能耗构成和特征，掌握居民用能习惯和规律，指导该地区建筑节能工作的开展有重要意义。

1 调研基本情况

云南省土木建筑学会热能动力暖通空调学术委员会、云南正元安泰建设工程设计咨询有限公司于2017年针对昆明市主城五区的居住建筑组织开展了调研工作。此次调研发放问卷320份，收回302份，获得有效问卷298份。问卷内容如表1所示。

表1 调研问卷内容

1.1 建筑概况

本次调研的居住建筑分别位于盘龙区(85户)、五华区(44户)、西山区(111户)、官渡区(47户)、呈贡区(11户)。按建筑年代分，1980年代占5.7%，1990年代占11.7%，2000年代占40.1%，2010年代占42.5%；按建筑类型分，低层占9.5%，多层占31.3%，中高层占24.2%，高层占35%；按建筑面积分，≤60 m2的占12%，60～100 m2的占38%，100～160 m2的占43%，≥160 m2的占7%。

1.2 家庭基本状况

接受本次调研的家庭成员以中青年为主，其中家庭人口平均年龄在35岁以下的住户占总数的61.7%，40岁以下的住户占比为76.5%。图2显示了调研家庭人数情况，可以看出，本次调研以2人户和3人户的家庭为主。

图2 调研家庭人数

1.3 用能设备

调研住户拥有的家庭用能设备类型与占比情况如图3所示。

图3 家庭用能设备类型与占比

由图3可知：电磁炉、电冰箱、热水器等家用电器占比明显较高，均超过80%；电风扇和空调占比较小，拥有电风扇的家庭占17%，而拥有空调的家庭仅占5%。根据《云南调查年鉴(2018)》，2017年昆明市城镇居民每百户耐用消费品拥有情况为：电冰箱(柜)95.7台，空调2.1台，热水器97.5台(太阳能热水器68台)[14]，与本次调研结果基本类似。

2 调研统计分析

2.1 居民耐受能力

根据用能设备的占比情况可推测，昆明市居民对夏季气候的耐受能力和适应性好于冬季。本次调研中，用户对夏季无空调、冬季无供暖的满意度统计情况如图4所示。

图4 用户对夏季无空调、冬季无供暖的满意度统计

由图4可知，基于长期以来的适应性，昆明市居民对夏季无空调和冬季无供暖的状况接受程度较高。夏季无空调条件下，居民对住宅室内热环境可接受、较满意和满意的比例为94.5%。与国内夏季炎热地区的城市相比，仅住宅空调能耗一项，昆明市住宅的能耗水平就会显著降低。冬季无供暖情况下，居民对住宅室内热环境可接受、较满意和满意的比例降为64.4%，较不满意和不满意比例超过35%，说明昆明市居住建筑也有一定的供暖需求，才能满足居民冬季热舒适性要求。通常来说，北方人耐寒能力强，南方人耐热能力强。因此，调研结果一方面与南方居民耐热比耐寒能力强的普遍认识一致，另一方面需要看到，随着城市居民生活水平的提高，对室内热舒适也提出了更高要求。近几年来，昆明市曾先后出现过几次短期的极寒天气，这对于一个没有统一供暖的南方城市而言，的确是一种挑战。低温天气时，昆明市居民会临时选择使用电取暖器、暖风机(扇)、地面辐射供暖等取暖设施和系统，供电负荷会急剧上升。本次调研发现，拥有取暖器的家庭占比为49%。取暖器形式多样，居民可采取灵活的取暖方式抵御短期极端严寒天气。在南方住宅有供暖需求且国家能源总量控制的前提下，如何通过合理的供暖方式提升昆明市居住建筑冬季室内热舒适性及温和地区人体热舒适评价是本专业值得探讨和研究的课题。

2.2 用能特征

本次调研发现，昆明市居住建筑能源消耗以电能和天然气为主，使用量占比分别为51%和45%，用水量占比较低，仅为4%，这与家庭用能设备类型和数量有关。

居住建筑用气量的增加与昆明市能源结构调整和清洁能源政策相关。30年前，昆明城区居民做饭、取暖都依赖蜂窝煤。1983年6月昆明市人工管道煤气开始建设，1986年8月正式向昆明城区用户供气后，改写了城市居民燃煤烧柴的历史。后来，随着城市的发展，昆明市人工管道煤气需求持续快速增长，全年人工管道煤气消耗量已超出设计供应能力，特别是冬季持续低温天气的用气高峰，供需矛盾十分突出。2014年，中缅管道天然气正式入昆，昆明市进入人工煤气与天然气“双气并行”的供气模式。从蜂窝煤时代到煤气时代，再到天然气时代，昆明市用了28年时间。2017年4月，安宁公平计量站正式停止了向昆明市供应煤气，这意味着昆明市告别煤气使用，全面进入天然气清洁能源时代[15]。前已述及，昆明市冬季存在供暖需求。在步入天然气清洁能源时代后，2018年底，昆明市发展和改革委员会出台了《关于昆明市居民采暖用气价格有关问题的通知》，指出从2018年12月1日起，居民天然气实行“采暖用气”和“一般生活用气”2种价格。其中，居民每年一次性最多可购买2 000 m3天然气，仍按2.95元/m3结算。通知也明确提出，使用天然气供暖的用户，可向燃气供应企业申报购买，这为昆明市冬季供暖提供了新的选择。近年来，昆明市居民使用天然气供暖的数量不断增加，每年以10%的速度增长，但实施效果尚不显著，仍有很大提升空间。

本次调研中，将用电、用水、用气(天然气、煤气、液化石油气)的数量作为居住建筑能耗基本构成，为便于比较，将三者转化为标准煤。参照GB/T 2589—2008《综合能耗计算通则》提供的折算系数，得到本次调研的居住建筑能耗指标(以标准煤计，下同)为4.67 kg/(m2·a)。该指标远低于GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技术标准》规定的近零能耗居住建筑能效指标，即≤6.8 kg/(m2·a)。2009—2015年全国居住建筑能耗指标变化趋势[16]如图5所示。

图5 全国居住建筑能耗指标(2009—2015年)

由图5可知，2009—2015年全国居住建筑能耗指标呈现逐年上升趋势，由2009年的7.06 kg/(m2·a)上升至2015年的7.59 kg/(m2·a)。此次计算得出的昆明市居住建筑能耗指标(4.67 kg/(m2·a))仅为2015年全国平均水平(7.59 kg/(m2·a))的61%，这主要得益于以昆明为代表的温和地区具有良好的气候与资源条件。随着温和地区城市对室内热舒适性的要求日益提高，发展基于该地区气候资源优势的能源利用技术应作为当地建筑节能工作的方向积极加以推进。重点通过推广被动式太阳能供暖技术、改善门窗保温隔热性能和气密性，以较低的成本建设低能耗建筑或将既有建筑改造为低能耗建筑，全面实现营造健康舒适的室内环境。

2.3 建筑层高与能耗的关系

鉴于近些年居住建筑高层化带来能耗增加的问题愈加凸显，本文对不同层高的居住建筑能耗指标进行了统计分析，发现不同层高居住建筑的能耗指标存在差异：中高层与多层居住建筑的能耗指标较高，分别为5.13 kg/(m2·a)和5.05 kg/(m2·a)；低层与高层居住建筑能耗指标相对较低，分别为4.44 kg/(m2·a)和4.31 kg/(m2·a)。从调研样本来看，不同层高居住建筑能耗指标样本个体呈现出较大差距，如样本中的低层建筑，能耗指标极大值为16.7 kg/(m2·a)，极小值为1.03 kg/(m2·a)，极大值是极小值的16倍。相应地，多层住宅能耗指标极大值是极小值30倍，中高层住宅的该比值为16，高层住宅达100(最高为20.7 kg/(m2·a)，最低为0.27 kg/(m2·a))。调研中能耗指标高的用户主要有2类，一是家庭成员较多、用能设备较多且设备运行时间较长的用户，二是家庭成员较多(含老人与小孩)、对室内热环境要求较高、电器设备长期开启的用户。由此可见，各类住户的用能习惯亦是能耗存在差异的原因，良好的用能习惯将有助于减少居住建筑能耗。