汪凱文 孫川越 黃志甲

安徽工業(yè)大學建筑工程學院

0 引言

目前我國正處于城市化和新農(nóng)村建設階段，農(nóng)民生活質(zhì)量顯著上升，與此同時，農(nóng)村居住建筑能耗呈快速增長趨勢。2014～2016 年，我國農(nóng)村戶均能耗上升11.6%[1]。在節(jié)能減排背景下，節(jié)能潛力巨大的農(nóng)村地區(qū)受到關(guān)注。因此了解農(nóng)村地區(qū)居住建筑能耗現(xiàn)狀、研究能耗變化影響因素具有重要意義。

本文以馬鞍山市向山鎮(zhèn)杜塘村為研究對象，通過實地調(diào)研和調(diào)查問卷的方式，從家庭基本信息、居住建筑圍護結(jié)構(gòu)、家庭用能現(xiàn)狀及可再生能源利用四方面入手，分析農(nóng)村地區(qū)居住建筑能耗變化趨勢，研究農(nóng)村地區(qū)居住建筑能耗影響因素。本研究可為馬鞍山市及長三角地區(qū)的新農(nóng)村建設提供參考，也為農(nóng)村可再生能源進一步推廣以及建筑節(jié)能工作提供幫助。

1 研究區(qū)概況

馬鞍山市位于安徽省東部、蘇皖交界處，屬夏熱冬冷地區(qū)，是皖江經(jīng)濟帶中重要的工業(yè)城市，城鎮(zhèn)化率位于全省前列，其地理位置和經(jīng)濟水平可以代表長江中下游地區(qū)的中等城市。向山鎮(zhèn)杜塘村位于馬鞍山市東部，地處城鄉(xiāng)結(jié)合部，屬城郊融合型鄉(xiāng)村，同時也是當?shù)貙I(yè)的蔬菜種植地。村莊整體占地面積2670畝，在冊耕地占7.6%，村內(nèi)居住建筑較為密集，建筑朝向各不相同。2017 年村內(nèi)下轄村民組6 個，戶籍人口709 人，共312 戶。村內(nèi)使用的能源類型包括電力，液化石油氣，煤炭和可再生能源（生物質(zhì)能與太陽能），村民人均收入與馬鞍山市農(nóng)村人均收入相近。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用實地調(diào)研和調(diào)查問卷的方式收集杜塘村2016 年～2018 年居住建筑能耗信息。為了能夠準確反映農(nóng)村居住建筑中炊事、家電等住宅需求，了解家庭用能現(xiàn)狀，同時遵循問卷設計的各項原則，設計農(nóng)村能耗調(diào)研問卷，主要內(nèi)容如表1 所示。

表1 能耗調(diào)研問卷設計

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)村民不知家庭生物質(zhì)能的詳細用量，尤其是對沒有實際支付費用的生物質(zhì)能，很難估算使用量。此外，村內(nèi)主要農(nóng)作物為蔬菜，可獲取與使用的秸稈較少，因此對于生物質(zhì)能，問卷中只統(tǒng)計是否使用，沒有定量要求。為真實地了解杜塘村居住建筑能耗現(xiàn)狀，課題組通過與馬鞍山市住建委、杜塘村內(nèi)相關(guān)工作人員合作，共同完成問卷的發(fā)放，填寫和回收，確保數(shù)據(jù)真實可靠。問卷發(fā)放及回收情況具體如表2 所示。

表2 問卷發(fā)放回收情況

2.2 研究方法

1）能耗統(tǒng)計指標。農(nóng)村能耗評價使用的評價指標包括單位面積能耗[1]，人均能耗[2-3]和戶均能耗[4-5]。農(nóng)村居住建筑多為分散式，建筑面積一般較大，導致單位面積能耗產(chǎn)生“稀釋效應”[6]。此外，居住建筑能耗不僅與建筑自身有關(guān)，更與居住者的行為、習慣密切相關(guān)，因此本研究在能耗統(tǒng)計時以家庭人均能耗kgce/(p·a)為統(tǒng)計指標。

2）相關(guān)分析理論。研究2 個變量間相關(guān)關(guān)系稱為簡單相關(guān)分析。當變量多于2 個時，則稱偏相關(guān)分析[7]。簡單相關(guān)分析不能控制其他變量的影響，有時不能真實準確地反映事物之間的相關(guān)關(guān)系，此時可使用偏相關(guān)分析進一步分析[8]。相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計指標是相關(guān)系數(shù)，本研究采用Pearson 相關(guān)系數(shù)，并使用t 統(tǒng)計量對相關(guān)關(guān)系的顯著性進行假設檢驗，顯著性水平為0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)村居住建筑能耗現(xiàn)狀

3.1.1 家庭基本情況

2016 年～2017 年杜塘村平均家庭常住人口為2.7人，低于馬鞍山市農(nóng)村平均水平3.3 人。2018 年村內(nèi)常住人口為1 人的家庭占18.5%，2 人和3 人的家庭占比相近，共占調(diào)查總量的69.8%，4 人及以上的家庭占11.8%。2018 年村內(nèi)常住人口結(jié)構(gòu)統(tǒng)計結(jié)果為：0～14歲占5.9%，15～64 歲占71.6%，65 歲以上占22.5%。與村支書交流得知，村內(nèi)青年人部分在當?shù)仄髽I(yè)務工，大部分同村老年人一起種植蔬菜。由于地處城鄉(xiāng)結(jié)合部，村內(nèi)外來人員較多，與本村人的比例達到1:2.5。這些外來人口大體可分為兩類，一類是居住和工作地點都在村內(nèi)，一類是在村內(nèi)居住，工作地點在村外。

3.1.2 居住建筑基本情況

1）建筑形式通過實地調(diào)研與村民交流得知村內(nèi)居住建筑為自建房，基本無前期規(guī)劃或設計。村內(nèi)典型建筑如圖1 所示，建筑形式為多為單戶獨棟，建筑層數(shù)普遍在2 層以下。根據(jù)2018 年調(diào)研問卷統(tǒng)計結(jié)果，1 層建筑占比68%，2 層建筑占比28%，其中1 層建筑含有院子的占63%，2 層建筑含有院子的占79%。對建筑年代進行統(tǒng)計，其中20 世紀70 年代至90 年代間竣工的老舊建筑占82.4%，2000 年后竣工的新建建筑占17.6%。部分建筑圍護結(jié)構(gòu)年久失修，新建建筑使用氣密性能較好的門窗。

圖1 杜塘村典型建筑形式

2）建筑面積

2016 年～2017 年杜塘村人均居住建筑面積為36.3 m2，低于馬鞍山市農(nóng)村人均水平40.0 m2。2018 年村內(nèi)家庭建筑面積在80 m2以下的建筑占16.0%，80 m2～120 m2的建筑占57.1%，120 m2以上的建筑占26.9%。

3）圍護結(jié)構(gòu)

杜塘村居住建筑圍護結(jié)構(gòu)統(tǒng)計結(jié)果如表3 所示。屋頂類型包括平屋頂和坡屋頂，坡屋頂建筑占比略高于平屋頂。建筑結(jié)構(gòu)包括框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，磚混結(jié)構(gòu)占比達80%，只有部分二層和三層建筑采用框架結(jié)構(gòu)。窗框材料包括木料，塑鋼和鋁合金。此外，木窗框為平開窗，塑鋼與鋁合金窗框多為推拉窗。地面材料包括木地板和非木地板，非木地板包括水泥地面和瓷磚地面。木地板占比略有上升，但地面仍以非木地板材料為主。

表3 杜塘村不同圍護結(jié)構(gòu)占比統(tǒng)計

3.1.3 家庭用能設備

1）炊事設備

村民家中炊事設備分為使用傳統(tǒng)能源的柴火爐，鍋灶等以及使用清潔能源的煤氣灶，電磁爐，電飯鍋等。從炊事的用能方式來看，大部分農(nóng)村家庭炊事用能呈現(xiàn)多樣化趨勢，近幾年的總體趨勢是向煤氣灶、電炊具等清潔炊事方式發(fā)展。傳統(tǒng)炊事器具使用家庭相對減少，只占到10%左右。與村委會工作人員交流，近幾年煤氣灶的普及率逐年增加。電磁爐因其經(jīng)濟實惠、使用方便、節(jié)能環(huán)保等特點普及率也逐年增多。柴火爐、鍋灶因其熱效率較低、環(huán)境污染大、不便老人使用等原因逐漸被淘汰，只有逢年過節(jié)炊具不夠才會使用。

2）降溫與采暖設備

村民家中降溫設備包括電扇與空調(diào)，采暖設備包括電暖器與空調(diào)。根據(jù)2016 年至2018 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，空調(diào)的每百戶擁有量最高，為157 臺/百戶，風扇的擁有量呈顯著增長趨勢，從62 臺/百戶增長至116 臺/百戶。電暖器的擁有量有所下降，從79 臺/百戶下降至66 臺/百戶。對村民降溫采暖設備使用情況進行調(diào)研，降溫措施包括自然通風，使用風扇和使用空調(diào)，采暖措施包括無采暖，使用電暖器和使用空調(diào)。

3）其他家用設備

調(diào)研問卷中除對環(huán)境控制家電進行統(tǒng)計外，還統(tǒng)計了電視，電腦，洗衣機，電冰箱和電水壺等電器設備，每百戶擁有量如圖2 所示。2016 年至2018 年，電視，洗衣機，電冰箱和電水壺的每百戶擁有量均呈上升趨勢，增長率分別為15.8%，7.5%，8.0%和9.2%，電視的擁有量增長較為明顯，2018 年每百戶擁有量超過了100 臺。而電腦的擁有量基本無變化，每百戶擁有量為38 臺。

圖2 杜塘村每百戶電器擁有量

3.1.4 可再生能源利用

村內(nèi)已使用的可再生能源包括生物質(zhì)能和太陽能。太陽能的利用方式為太陽能熱水器，村內(nèi)大多數(shù)家庭僅使用太陽能熱水器已基本滿足春、夏、秋季的生活用水需求，普及率在90%以上。

3.1.5 家庭用能分析

統(tǒng)計杜塘村每戶家庭逐年商品能源使用情況，并按照標準中規(guī)定的能源折算系數(shù)將各類能源折算成公斤標煤，其中電力、煤炭、液化石油氣的折算系數(shù)分別為0.3170、0.7143 和1.7143[9]。由于煤炭只有個別家庭使用且使用量極少，將其納入家庭總能耗但不單獨顯示。將折算后的能耗繪制人均能耗箱線圖，如圖3所示。

圖3 人均能耗統(tǒng)計情況

圖中箱體的底部和頂部分別為下四分位數(shù)和上四分位數(shù)，箱體中間細線代表該組數(shù)據(jù)的平均值。杜塘村近三年家庭人均電耗均值為142.3 kgce/(p·a)、199.8 kgce/(p·a)、276.3 kgce/(p·a)。家庭人均液化氣耗均值為33.4 kgce/(p·a)、37.2 kgce/(p·a)、54.7 kgce/(p·a)。家庭人均總能耗均值為176.5 kgce/(p·a)、237.1 kgce/(p·a)、331.5 kgce/(p·a)。電耗和液化石油氣耗均呈逐年增長趨勢，從能耗增長幅度看，電力明顯高于液化石油氣。此外，電耗占家庭總能耗的60～80%，電力是杜塘村家庭主要用能類型。

3.2 能耗影響因素相關(guān)分析

3.2.1 簡單相關(guān)分析

使用SPSS 軟件對居住建筑年能耗與各變量進行簡單相關(guān)分析，結(jié)果如表4 所示。杜塘村居住建筑能耗與家庭常住人口，人員結(jié)構(gòu)，家庭收入，窗框材料，建筑面積，炊事方式，降溫方式，家電數(shù)量和太陽能與生物質(zhì)能使用這9 個因素顯著相關(guān)，屋頂結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、地面材料、采暖方式四個因素的顯著性水平大于0.05，因此與農(nóng)村家庭能耗不顯著相關(guān)。

表4 影響因素簡單相關(guān)分析結(jié)果

3.2.2 偏相關(guān)分析

對簡單相關(guān)分析結(jié)果中9 個與家庭年能耗顯著相關(guān)的變量進行偏相關(guān)分析，結(jié)果如表5 所示。杜塘村居住建筑能耗與常住人口，人員結(jié)構(gòu)，家庭收入，建筑面積，家電數(shù)量和太陽能與生物質(zhì)能使用6 個因素顯著相關(guān)。窗框材料、炊事方式、降溫方式3 個因素顯著性水平均大于0.05，因此與農(nóng)村家庭能耗不顯著相關(guān)。

表5 影響因素偏相關(guān)分析結(jié)果

4 討論

4.1 家庭用能情況差異

將杜塘村能耗統(tǒng)計結(jié)果與其他長三角地區(qū)農(nóng)村能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行比較，如表6 所示。淮安市金湖縣農(nóng)村電耗、液化石油氣耗與杜塘村相近，但家庭人均能耗顯著高于杜塘村，原因是當?shù)卮妒潞蜕顭崴嗍褂媚静褡鳛槿剂?，占家庭總能耗?1.2%。此外，本研究僅對杜塘村家庭商品能源消耗進行定量分析，是導致杜塘村家庭人均能耗較低的原因之一，有待后續(xù)進一步完善。杜塘村電耗介于烈山鎮(zhèn)與蕭縣之間，但液化石油氣耗明顯低于兩地，原因可能與村民炊事方式不同有關(guān)。

表6 杜塘村與其他長三角地區(qū)農(nóng)村能耗水平對比

4.2 農(nóng)村居住建筑能耗影響因素

其他學者對于農(nóng)村居住建筑能耗影響因素的研究結(jié)果如表7 所示。通過對比可以看出農(nóng)村居住建筑能耗影響因素眾多，且具有時變性和地域性等特點，但人口數(shù)量，建筑面積和家庭收入這三個因素是較為普遍的規(guī)律。本研究通過調(diào)研與問卷較為全面地考慮分析了農(nóng)村居住建筑能耗影響因素，但只選取一個典型村莊進行分析，因此需要進一步跟蹤分析農(nóng)村居住建筑能耗的變化情況，同時增加典型村莊的數(shù)量以了解影響長三角地區(qū)城市化和新農(nóng)村建設階段農(nóng)村居住建筑能耗的普適性規(guī)律。

表7 農(nóng)村居住建筑能耗影響因素對比

5 結(jié)論

本文基于安徽省馬鞍山市向山鎮(zhèn)杜塘村連續(xù)三年的能耗調(diào)研數(shù)據(jù)，分析農(nóng)村居住建筑能耗影響因素，研究表明：

1）近三年家庭人均總能耗均值分別為176.5 kgce/(p·a)、237.1 kgce/(p·a)、331.5 kgce/(p·a)，電力為家庭主要用能類型。

2）農(nóng)村居住建筑能耗與常住人口，人員結(jié)構(gòu)，家庭收入，建筑面積，家電數(shù)量和太陽能與生物質(zhì)能使用6 個因素顯著相關(guān)。

3）農(nóng)村地區(qū)在利用可再生能源方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，具有很大節(jié)能潛力。