成都市既有建筑節(jié)能改造初探

談 天,李 瑋

(南京工業(yè)大學建筑與城市規(guī)劃學院,江蘇 南京 210009)

在社會發(fā)展的步伐中,建筑節(jié)能不僅僅是建筑技術進步的一個重大標志,也是人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個關鍵環(huán)節(jié)。改善生態(tài)環(huán)境,加快經(jīng)濟發(fā)展,提高人們生活水平以及發(fā)展建筑業(yè),都與建筑節(jié)能技術的發(fā)展和應用息息相關。目前,我國城鄉(xiāng)建筑總面積約 400億平方米,這些建筑在使用過程中,其采暖、空調(diào)、通風、照明等方面消耗的能量已占全國總能耗的 30%左右,因此,建筑節(jié)能已成為我國節(jié)能工作的重點。

1 成都市建筑能耗現(xiàn)狀

成都市推行節(jié)能建筑已經(jīng)有十幾年歷史了,1989年成都市就被列為全國墻改南方試點城市。從 1986年制定的《民用建筑節(jié)能設計標準》開始,到 2005年 7月 1日開始實施的《公共建筑節(jié)能設計標準》,成都市政府都要求各相關單位嚴格執(zhí)行。成都市的《建筑節(jié)能管理規(guī)定》也在 2005年 8月 31日出臺。雖然成都建筑節(jié)能工作取得較大進展,但從總體上看,還存在許多問題,市內(nèi)仍有不少八九十年代建造的房屋建筑,而其中大部分不能達到節(jié)能設計標準。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、人們生活水平的提高,市民對居住、辦公環(huán)境的要求也不斷提高,冬季采暖和夏季降溫的空調(diào)電器能耗急劇增加,不但增加社會經(jīng)濟負擔,而且加重環(huán)境污染,影響生態(tài)質(zhì)量。因此,對既有建筑節(jié)能改造迫在眉睫,應從政策上、經(jīng)濟上和技術上加快推動這項工作的開展。

2 成都地區(qū)氣候特點

成都地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風氣候,按我國《民用建筑熱工設計規(guī)范》,從建筑熱工設計的角度分區(qū),成都市屬于夏熱冬冷地區(qū)。但因其地處川西盆地西北部,四面環(huán)山,岷江水系貫穿整個地區(qū),故四季分明,夏無酷暑,冬無嚴寒,氣候宜人的春秋兩季相對較長,最冷月平均溫度為 5.4～5.8℃,最熱月平均溫度為 25.4～25.6℃,年平均氣溫 16.2℃,所以較同屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)的其他城市有所不同。與此同時,成都地區(qū)特殊的地理位置,使其空氣相對濕度,不論冬季和夏季,都比其他城市高約 5%～10%,盆地熱效應,比其他城市更為突出。因此,夏天雖然氣溫不高,卻顯得悶熱;冬天平均氣溫在 5℃以上,但卻由于陰天多,空氣潮,顯得很濕冷。故成都雖然屬于夏熱冬冷地區(qū),卻又因其地理地貌的特殊性以及海拔、氣壓的不同,造就了其不同于其他區(qū)域的獨特的氣候特點。

3 外圍護結構改造要點方案

建筑能耗的多少,主要取決于以下五個因素:室內(nèi)外溫差和輻射、建筑維護結構面積、建筑維護結構熱工性能、室內(nèi)外空氣交換狀況和室內(nèi)熱源狀況。其中四個因素與建筑外圍護結構有直接聯(lián)系。考慮到對既有建筑節(jié)能改造的安全性、可行性和實用性,改造施工宜在外部進行,通過建筑外圍護結構的改造來達到建筑節(jié)能的目的,才是行之有效、立竿見影的方法。建筑外圍護結構改造主要有窗戶改造、外墻改造和屋頂改造三個方面。

3.1 窗戶的節(jié)能改造

在建筑維護結構中,窗戶是保溫、隔熱、降噪的薄弱環(huán)節(jié),在建筑耗熱量當中,窗戶的傳熱耗熱量與空氣滲透耗熱量相加約占 50%。成都市既有建筑窗戶多為普通單層鋁合金窗和塑鋼窗,其傳熱系數(shù)分別約為 6.4W/(m2·K)和4.7W/(m2·K),不能有效阻止熱輻射。再加上氣密性較差,更進一步加大建筑耗能。所以,窗戶改造也是成都市既有建筑節(jié)能改造的一個重點。

3.1.1 更換窗戶材料

單層玻璃窗熱阻小,保溫性能差。可采用中空玻璃或多層玻璃窗,利用空氣熱阻來提高保溫隔熱性能。窗框也應采用傳熱系數(shù)小、氣密性高的材料,如斷熱鋁合金等。成都市龍錦慧苑小區(qū),通過合理的窗墻面積比和窗型設計,使其達到了建筑節(jié)能 65%的標準。其東西面的窗墻面積比為 0.2,小于順應成都市主導風向的南北面的窗墻面積比。南向居室外窗為加防太陽輻射,均采用 5mm+9mm+5mm Low-E的塑鋼中空玻璃;北向居室外窗為提高保溫性能,則采用 5mm+9mm+5mm的塑鋼中空玻璃;其他房間均為塑鋼單玻窗。這樣既達到了很好的綜合節(jié)能效果,也降低了成本。

3.1.2 加設外窗遮陽結構

加強窗戶內(nèi)外的遮陽措施,是減少太陽輻射的另一種方法。多年來,外窗遮陽在成都的居住建筑設計中幾乎是空白,居住者自發(fā)安裝遮陽棚的現(xiàn)象卻十分普遍。這些遮陽棚由于缺乏科學的設計,不僅遮陽效果差而且影響城市建筑形象。統(tǒng)一采用不銹鋼支架固定陽光板的遮陽棚合理易行。另外,配合可根據(jù)不同季節(jié)和天氣靈活調(diào)節(jié)的可調(diào)式百葉窗簾,能使室內(nèi)小氣候得到進一步改善,它能多角度靈活采光,同時阻止部分太陽輻射。

3.1.3 調(diào)整不同朝向的開窗面積

由于氣候適應性的反應,成都地區(qū)的人們對新鮮空氣特別敏感,即使最冷或最熱天氣,人們都有打開窗戶引入新鮮空氣的習慣。大面積開窗,雖然能有效加強自然通風,但是會帶來大量的熱交換,加大空調(diào)能耗。而長時間關窗又會導致室內(nèi)空氣置換的停滯,空氣質(zhì)量下降?？紤]到成都地區(qū)常年主導風為北風,可將南北向窗戶開啟面積適當增加,這樣人們可以選擇在適當?shù)臅r間段,依靠自然的調(diào)節(jié)手段來改善室內(nèi)小氣候。例如在成都地區(qū)夏季典型氣候條件下,深夜至次日凌晨有約 4個多小時的氣溫在 25℃以內(nèi)。人們可充分利用這個時段,開窗引導室內(nèi)自然通風,排出室內(nèi)悶濕空氣,這是改進室內(nèi)熱環(huán)境、保持空氣清新、提高建筑節(jié)能效益的最經(jīng)濟而有效的措施。

3.2 外墻節(jié)能改造

在建筑使用耗能中,外墻冷熱耗量在外圍護結構能耗中占有很大比例,加強外墻的保溫隔熱性能很重要。雖然,從2003年 6月 1日起,成都市全面禁止生產(chǎn)和使用實心黏土磚,但是仍有大量之前建造的既有建筑,使用的是 240mm實心黏土磚,隔熱性能相對較差。根據(jù)成都地區(qū)的氣候特點,對既有建筑外墻的節(jié)能改造可以夏季隔熱、遮陽為主,同時兼顧冬季保暖要求?？梢圆捎靡韵麓胧?/p>

3.2.1 淺色外墻飾面

外墻采用淺色表面,則太陽輻射吸收系數(shù)ρ值小,夏季能反射較多的太陽輻射熱,從而降低房間的得熱量和外墻內(nèi)表面溫度。但單純的反射輻射隔熱會對周邊建筑和環(huán)境造成影響,增強城市熱島效應,所以應考慮結合進行立體綠化。

3.2.2 立體綠化

利用建筑外墻面尤其是西面外墻種植綠色植物來進行遮陽。可種植爬山虎、常青藤等攀爬植物。這些植物在炎熱的夏天生長茂盛,能阻擋部分太陽輻射,植物的蒸騰作用也能帶走外墻的部分熱量。增加了綠化率,減弱了城市熱島效應,是一種既有效又經(jīng)濟美觀的外墻節(jié)能改造措施。

3.2.3 加設保溫隔熱層

在外墻上加設外保溫層重點應該在于熱橋部分的保溫隔熱。如混凝土或鋼筋混凝土的梁、柱、板和肋等等。因為這些構件的傳熱系數(shù)比普通墻體的傳熱系數(shù)要大得多。因此對于建筑的熱橋,如梁柱結構等部位,應該重點加設保溫隔熱層。在不影響使用的情況下,盡量在室內(nèi)也進行相關加設處理。

3.3 屋頂節(jié)能改造

為了改善頂層住戶的舒適性和耗能指標,屋面的節(jié)能改造是不容忽視的。由于成都市既有建筑多為平屋頂,對此類屋頂?shù)墓?jié)能改造通常可采取以下幾種措施。

3.3.1 屋頂綠化

植物能吸收熱量,也能很好地遮擋太陽熱輻射,加上土壤中的水分蒸發(fā)也會帶走大量熱量,因此屋頂種植植物,或采用爬藤植物做遮陽屋面能有效降低建筑能耗。爬藤植物應選用冬季落葉類植物,這樣可以滿足夏季防熱冬季得熱的效果。

3.3.2 太陽能結合坡面屋頂改造

成都地區(qū)日照不多,但安裝太陽能熱水系統(tǒng)同樣能降低建筑能耗,節(jié)省電力資源和天然氣資源。而太陽能熱水系統(tǒng)的安裝更可結合坡面屋頂改造一并進行,坡面屋頂為頂層住戶提供一個隔熱層,同時熱水系統(tǒng)的蓄水部分也可安藏于此,而免受夏季日曬雨淋和冬季寒風霜凍。

4 其他節(jié)能改造措施

在既有建筑改造的過程中也可以利用一些其他內(nèi)部設施來達到節(jié)能減排的目的。如樓道及其他公共區(qū)域使用聲控智能燈,多采用高效節(jié)能型燈具、節(jié)能高效變頻空調(diào),都可以有效降低建筑能耗。雖然成都地區(qū)日照率不算高,但是充分利用太陽能,安裝太陽能供電儲電系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng),仍能分擔部分公共照明能耗和熱水能耗。此外,還可以借助綠化來改善建筑外部小環(huán)境,減小熱島效應。例如:在建筑的西側和南側種植落葉喬木,夏季可以減弱太陽對建筑的熱輻射,冬季落葉以后又不阻擋太陽熱輻射。

另外,在公共建筑中可用地源熱泵系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)。它具有效率高、無污染、維護費用低等多方面優(yōu)勢。而且,地源熱泵中央空調(diào)機組占地面積僅約為傳統(tǒng)空調(diào)的三分之一,并且沒有室外機組,故可充分利用原有的傳統(tǒng)空調(diào)機機房和排放系統(tǒng)管道,來對既有公共建筑進行地源熱泵系統(tǒng)安裝改造。

筆者認為,地源熱泵技術在公共建筑節(jié)能改造中可以推廣運用,但在既有居住建筑節(jié)能改造中則不提倡使用。主要出于如下幾點考慮:

(1)目前國內(nèi)的地源熱泵技術多采用集中式供冷供暖,而既有居住建筑的使用人群不一定有相同的供應需求和使用的經(jīng)濟實力,勢必不利于協(xié)調(diào)。從成都龍錦慧苑小區(qū)的統(tǒng)計費用中,可以看出地源熱泵中央空調(diào)的一次性投資比家用空調(diào)至少高出8000元。

(2)既有居住建筑不一定有合適的場地來安裝地源熱泵空調(diào)機組。大部分既有居住建筑此前沒有安裝中央空調(diào)或新風系統(tǒng),所以不能保證地源熱泵空調(diào)機組有充足合適的空間來進行改造安裝。

(3)地源熱泵需要鉆井來安裝,有可能因為基地的地質(zhì)結構導致施工難度加大,增加安裝設置成本。因此,在既有建筑的節(jié)能改造中不提倡使用地源熱泵技術。

5 結束語

既有建筑節(jié)能改造是利國利民的長期工程,是可持續(xù)發(fā)展的重要一步。不僅需要科技技術的支持,同時也需要政策法規(guī)的完善和民眾的積極配合才能保證既有建筑節(jié)能改造目標的全面實現(xiàn)。

[1]付祥釗.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002

[2]涂逢祥.節(jié)能窗技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

[3]成都市墻改辦.龍錦慧苑建筑節(jié)能 65%試點示范項目設計[J].建筑節(jié)能,2006(8)

[4]韋延年.地區(qū)氣候特征與氣候適應性對節(jié)能住宅建筑熱工設計的影響[J].四川建筑科學研究,2001(3)

[5]成都簇錦房地產(chǎn)開發(fā)有限公司.成都龍錦慧苑地源熱泵運行技術經(jīng)濟分析[OL]http://www.chinaesco.net/newshtml/xxzx/20070803150354.htm