烏魯木齊既有居住建筑的節(jié)能改造規(guī)劃研究

李潔，王萬江，劉險(xiǎn)峰，樊輝

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，烏魯木齊830045）

隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，我國目前正處在房屋建筑的高峰期，建筑用能已經(jīng)達(dá)到全國能源消費(fèi)總量的1／4左右，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加［1］。在我國冬季采暖地區(qū)，由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能差，導(dǎo)致能源消耗巨大，同時(shí)也造成了冬季嚴(yán)重的空氣污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國北方地區(qū)由于冬季采暖消耗的能源達(dá)1.3億t，占全國能源生產(chǎn)的11%。另一方面北方地區(qū)由于冬季采暖燃煤導(dǎo)致的空氣污染指數(shù)是世界衛(wèi)生組織推薦的最高標(biāo)準(zhǔn)的2～5倍［2］。因此，在新建的居住建筑必須嚴(yán)格執(zhí)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，必須要對(duì)既有居住建筑進(jìn)行節(jié)能改造，以減輕建筑耗能對(duì)我國能源供應(yīng)的壓力［3］。

烏魯木齊市是新疆的首府城市，轄區(qū)面積14216.3 km2，現(xiàn)轄七區(qū)一縣（天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)、頭屯河區(qū)、米東區(qū)、達(dá)坂城區(qū)和烏魯木齊縣）。截止2010年，烏魯木齊市共有居住建筑面積7709萬m2，其中既有非節(jié)能居住建筑面積為4852.9萬m2，占居住建筑面積的63%。這些既有居住建筑熱環(huán)境較差，建筑用能效率低，基本未進(jìn)行任何節(jié)能改造。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2010年烏魯木齊市建筑供熱消耗燃煤395萬t（其中實(shí)際燃煤鍋爐耗煤271萬t，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱耗煤78萬t，清潔能源消耗折合原煤消耗46萬t），約占全社會(huì)能源消耗總量的20%，其中既有非節(jié)能居住建筑是耗能大戶。

為了提高節(jié)能的效率，減少建筑耗能，對(duì)烏魯木齊既有居住建筑進(jìn)行節(jié)能改造勢(shì)在必行。由于烏魯木齊市現(xiàn)存的既有居住建筑面積較大、改造資金需求大等原因，節(jié)能改造工作需要有規(guī)劃的分批進(jìn)行，因此，本文對(duì)烏魯木齊市的既有居住建筑節(jié)進(jìn)行多層次分析，確定節(jié)能改造原則，并提出改造順序系數(shù)的概念，從而為烏魯木齊市的既有居住建筑改造綜合規(guī)劃提供依據(jù)。

1 烏魯木齊既有居住建筑的現(xiàn)狀

截止2010年，烏魯木齊市各行政區(qū)既有非節(jié)能居住建筑面積見表1。

由表1可知：天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)4個(gè)中心城區(qū)既有非節(jié)能居住建筑面積為4371.3萬m2，占烏魯木齊市既有非節(jié)能居住建筑面積的90%以上。因此，烏魯木齊市既有居住建筑改造規(guī)劃的重點(diǎn)應(yīng)放在4個(gè)中心城區(qū)。

烏魯木齊既有居住建筑絕大多數(shù)是在2003年強(qiáng)制實(shí)施節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)以前修建的。各年代居住建筑份額見表2。

表1 烏魯木齊既有非節(jié)能居住建筑的分布情況Tab.1 The distribution of the existing non－energy－saving residential building in Urumqi

表2 既有居住建筑年代分布［4］Tab.2 The age distribution of the existing residential building

烏魯木齊市既有多層居住建筑中結(jié)構(gòu)形式以磚混結(jié)構(gòu)為主，既有高層建筑中主要為框架、框剪結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)的墻體以實(shí)心粘土磚為主，厚度370 mm。自2008年7月，烏魯木齊市廢止實(shí)心粘土磚，開始使用370 mm厚空心磚（在改造內(nèi)容中補(bǔ)充空心磚應(yīng)用空心磚專用錨栓）。框架結(jié)構(gòu)填充墻有200 mm厚輕集料混凝土、250 mm或300 mm厚加氣混凝土；框剪結(jié)構(gòu)剪力墻多為200 mm厚鋼筋混凝土板；屋面保溫層常用180 mm厚爐渣保溫，常見屋面保溫材料還包括200 mm厚加氣混凝土砌塊、150 mm厚聚苯板等；樓板多為50 mm厚水泥焦渣；烏魯木齊市1982年以前的居住建筑多采用雙層木窗，1983－1997年多為空腹或?qū)嵏闺p層鋼窗，1998年后多為單框雙玻塑鋼窗。

2 烏魯木齊既有居住建筑節(jié)能改造規(guī)劃

2.1 節(jié)能改造的原則

烏魯木齊市既有居住建筑絕大多數(shù)位于天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)4個(gè)中心城區(qū)；同時(shí)，根據(jù)烏市空氣環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查，城市中心的空氣污染比城市周邊地區(qū)較為嚴(yán)重。因此，既有居住建筑改造規(guī)劃的重點(diǎn)應(yīng)放在4個(gè)中心城區(qū)，并且先改中心城區(qū)，逐年向周邊片區(qū)擴(kuò)展。通過對(duì)前期既有建筑改造過程的分析我們發(fā)現(xiàn)：在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，不能把現(xiàn)存的既有居住建筑統(tǒng)一劃入改造的范圍內(nèi)；在是否具有改造價(jià)值的判定方面，不能僅以建造年代進(jìn)行劃分，同時(shí)還要考慮建筑層數(shù)和建筑區(qū)域、居民配合程度等因素［5］。

此外，烏魯木齊市現(xiàn)有供熱站48家，主要負(fù)責(zé)4個(gè)中心城區(qū)的冬季供熱，總供熱面積7037.9萬m2，其中供熱非節(jié)能居住建筑面積3555.8萬m2。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)供熱區(qū)內(nèi)，既存在節(jié)能建筑又有非節(jié)能建筑，在采暖期會(huì)出現(xiàn)節(jié)能建筑室內(nèi)過熱，非節(jié)能建筑室內(nèi)溫度由較低的現(xiàn)象，供熱單位為滿足非節(jié)能建筑室內(nèi)溫度不得不通過增加鍋爐房燃煤量來滿足這些建筑的需要，而節(jié)能建筑只能通過冬季開窗來降低室溫，造成節(jié)能建筑不節(jié)能的現(xiàn)象，同時(shí)也造成了冬季采暖燃煤的浪費(fèi)［6］。因此，在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，應(yīng)以供熱站的供熱區(qū)域?yàn)楦脑靻挝弧?/p>

綜合考慮上述因素，確定節(jié)能改造規(guī)劃的原則［7］為：

（1）先易后難的原則，即改造時(shí)要考慮建造年代、建筑層數(shù)以及建筑面積等因素；

（2）應(yīng)以供熱站的供熱區(qū)域?yàn)楦脑靻挝唬?/p>

（3）應(yīng)以中心城區(qū)為出發(fā)點(diǎn)，先改中心城區(qū)，逐年向周邊片區(qū)擴(kuò)展，并形成相應(yīng)的改造規(guī)劃，如圖1所示。

圖1 改造規(guī)劃體系Fig.1 Retrofit planning system

2.2 節(jié)能改造價(jià)值的評(píng)估

根據(jù)上述原則，改造規(guī)劃評(píng)價(jià)體系分兩級(jí)層次進(jìn)行評(píng)價(jià)［8］。一級(jí)層次評(píng)價(jià)指標(biāo)集為F＝｛改造價(jià)值（F1），改造區(qū)域（F2）｝，權(quán)重分別為0.6和0.4。其中，一級(jí)層次評(píng)價(jià)指標(biāo)改造價(jià)值（F1）又由二級(jí)層次評(píng)價(jià)指標(biāo)集構(gòu)成，即F1＝｛不具改造價(jià)值面積的百分比（F11），最具改造價(jià)值面積的百分比（F12），具有改造價(jià)值面積的百分比（F13）｝，權(quán)重分別為0.3、0.4和0.3。

一級(jí)層次改造價(jià)值（F1）的分值是由F11、F12、F13的組成而定，其分值根據(jù)以上組成的比例不同分為10級(jí)［9］，具體分值劃分見表3。表3中：F11＝該供熱區(qū)內(nèi)1980年以前的建筑和1980年以后4層及4層以下建筑（不含別墅）面積／該供熱區(qū)改造面積；F12＝該供熱區(qū)內(nèi)1998年以后大于4層的既有非節(jié)能居住建筑面積／該供熱區(qū)具有改造價(jià)值面積；F13＝該供熱區(qū)具有改造價(jià)值面積（即1980年以后4層以上的既有非節(jié)能居住建筑面積）／具有改造價(jià)值總面積。

表3 改造價(jià)值取值參數(shù)Tab.3 The parameter of the retrofit value

二級(jí)層次改造區(qū)域（F2）的分值是以烏魯木齊市中心為開始，劃定8個(gè)區(qū)域，中心區(qū)域的供熱站的供熱區(qū)域取值最高為8分，向外依次遞減1，最遠(yuǎn)區(qū)域?yàn)?分。

2.3 節(jié)能改造順序

依據(jù)不同因素和不同權(quán)重提出“改造規(guī)劃系數(shù)”公式，由此公式確定中心城區(qū)48家供熱站供熱區(qū)域的改造規(guī)劃得分值，得分越高越先改造。改造規(guī)劃系數(shù)計(jì)算公式為：

Vj＝ω1（∑KiAij）＋ω2Bj，其中：Vj是j供熱站得分值；ω1是難易權(quán)重，0.6；ω2是區(qū)域權(quán)重，0.4；Ki是第i項(xiàng)影響分值權(quán)重；Aij是j供熱站第i項(xiàng)改造價(jià)值得分；Bj是j供熱站區(qū)域位置得分。

2.4 節(jié)能改造規(guī)劃實(shí)例分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，烏魯木齊市既有居住建筑面積具有改造價(jià)值總面積為2419.5948萬m2。下面以烏魯木齊明苑物業(yè)公司供熱站、新通物業(yè)供熱站、友好花園供熱站和物回新民路供熱站為例進(jìn)行計(jì)算和分析。

明苑物業(yè)公司供熱站需改造的既有居住建筑面積為51.5855萬m2，其中，不具改造價(jià)值的建筑面積為1.6744萬m2，最具改造價(jià)值的建筑面積為37.5044萬 m2，具有改造價(jià)值的建筑面積為49.9111萬 m2，經(jīng) 計(jì) 算，其 F11、F12、F13分 別 為3.25%、75.14%和2.07%，查表3，得分分別為9、8、8。該供熱站位于第一區(qū)域，F(xiàn)2得分為8分。因此，烏魯木齊明苑物業(yè)公司供熱站改造規(guī)劃得分V＝0.6（0.3×9＋0.4×8＋0.3×8）＋0.4×8＝8.18分。

新通物業(yè)供熱站需改造的既有居住建筑面積為77.9068萬m2，其中，不具改造價(jià)值的建筑面積為4.9519萬m2，最具改造價(jià)值的建筑面積為55.2222萬m2，具有改造價(jià)值的建筑面積為73.9549萬m2。經(jīng)計(jì)算，其 F11、F12、F13分別為6.36%、75.69%和3.05%，查表3，得分分別為8、8、7。該供熱站位于第三區(qū)域，F(xiàn)2得分為6分。因此，新通物業(yè)供熱站改造規(guī)劃得分V＝0.6（0.3×8＋0.4×8＋0.3×7）＋0.4×6＝7.02分。

友好花園供熱站需改造的既有居住建筑面積為11.4708萬m2，其中，不具改造價(jià)值的建筑面積為0 m2最具改造價(jià)值的建筑面積為11.4708萬m2，具有改造價(jià)值的建筑面積為11.4708萬m2。經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)11、F12、F13分別為0、100%和0.48%、1.00%。查表3，得分分別為10、10、10。該供熱站位于第四區(qū)域，F(xiàn)2得分為5分。因此，友好花園供熱站改造規(guī)劃得分V＝0.6（0.3×10＋0.4×10＋0.3×10）＋0.4×5＝8.0分。

物回新民路供熱站需改造的既有居住建筑面積為45.3420萬m2，其中，不具改造價(jià)值的建筑面積為120 m2，最具改造價(jià)值的建筑面積為21.7444萬m2，具有改造價(jià)值的建筑面積為45.33萬m2。經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)11、F12、F13分別為0.03%、47.97%、1.88%，查表3，得分分別為9、5、9。該供熱站位于第三區(qū)域，F(xiàn)2得分為6分。因此，物回新民路供熱站改造規(guī)劃得分V＝0.6（0.3×9＋0.4×5＋0.3×9）＋0.4×6＝6.84分。

明苑物業(yè)公司供熱站、新通物業(yè)供熱站、友好花園供熱站和物回新民路供熱站的改造規(guī)劃得分由高到低排序見表4。通過計(jì)算，明苑物業(yè)公司供熱站的得分最高，應(yīng)優(yōu)先改造，物回新民路供熱站得分最低，應(yīng)最后改造。以此方法，計(jì)算烏魯木齊市48家供熱站的供熱區(qū)域的得分，確定改造順序及改造規(guī)劃。

表4 各供熱站改造規(guī)劃得分Tab.4 Retrofit planning score of the heating plants

3 結(jié)語

本文以烏魯木齊市既有居住建筑改造為研究對(duì)象進(jìn)行多層次分析，提出改造規(guī)劃系數(shù)的概念，為烏魯木齊既有居住建筑改造規(guī)劃提供依據(jù)。該方法也可為其他北方采暖城市既有居住建筑改造提供參考依據(jù)，但由于各地既有建筑分布狀況和所處區(qū)域不同，各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和得分應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

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