東莞理工學(xué)院既有建筑節(jié)能評(píng)估及優(yōu)化改造措施的研究

劉汝鋒 鄭海鵬

（東莞理工學(xué)院 建筑工程系，廣東東莞 523808）

東莞理工學(xué)院既有建筑節(jié)能評(píng)估及優(yōu)化改造措施的研究

劉汝鋒 鄭海鵬

（東莞理工學(xué)院 建筑工程系，廣東東莞 523808）

隨著我國(guó)建筑節(jié)能工作的全面展開(kāi)，節(jié)能型建筑已成為今后城市建設(shè)的發(fā)展方向。而且我國(guó)城鎮(zhèn)既有居住建筑量大面廣，對(duì)既有建筑的節(jié)能技術(shù)指標(biāo)評(píng)估同樣也是一個(gè)重中之重的工作。東莞理工學(xué)院的建筑群是沒(méi)有按照建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的，不一定能滿足國(guó)家節(jié)能規(guī)范，選取具有代表性的學(xué)生宿舍建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)分析和評(píng)估的研究在推動(dòng)貴校既有建筑節(jié)能改造上具有十分重要的意義。

既有建筑；節(jié)能分析；改造

1 宿舍建筑三維建模

1.1 所研究既有建筑地理位置情況

在居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，以一月份的平均溫度11.5℃為分界線，將夏熱冬暖地區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為南、北兩個(gè)區(qū)，北區(qū)建筑夏季考慮隔熱，冬季考慮采暖；南區(qū)建筑不考慮冬季采暖，僅考慮夏季隔熱。本課題所研究既有建筑處于夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)，為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，夏季漫長(zhǎng)而濕熱，冬季短暫而溫和，寒冷時(shí)間短，幾乎長(zhǎng)夏無(wú)冬。常年氣溫的年較差和日較差都不大，晝夜溫差小，太陽(yáng)輻射強(qiáng)。所以僅考慮夏季隔熱，不考慮冬季采暖。

1.2 三維模型的建立

建筑設(shè)計(jì)軟件更多的是注重圖紙的表達(dá)，而節(jié)能設(shè)計(jì)軟件注重的是維護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑的體型參數(shù)，另外，對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)而言，最關(guān)心的是墻體和門窗，所以節(jié)能分析的對(duì)象是封閉的空間，對(duì)于走廊，陽(yáng)臺(tái)等外部結(jié)構(gòu)視作遮陽(yáng)設(shè)施，從而建立符合節(jié)能分析要求的簡(jiǎn)化模型。

根據(jù)上述原則，開(kāi)始建立三維模型:①宿舍樓建筑高度為23.00 m，建筑層數(shù)為7層，局部6層，6層及以下層高為3.3 m，7層層高3.2 m。柱子平面尺寸根據(jù)建筑圖設(shè)置。墻體厚度為200 mm，在墻體信息里設(shè)置梁高和墻體朝向。②插入門窗，與建筑圖對(duì)應(yīng)，在門窗信息里設(shè)置遮陽(yáng)類型和遮陽(yáng)板尺寸。③運(yùn)用搜索房間命令繪出建筑物各層輪廓線和面積及其功能性質(zhì)，在頂層搜索出屋頂線。最后建立樓層框，形成節(jié)能模型，用模型檢查命令對(duì)模型進(jìn)行檢查，如檢查出現(xiàn)錯(cuò)誤，逐一查看修改錯(cuò)誤，直至模型不出錯(cuò)。至此建立節(jié)能模型完成。

1.3 建筑節(jié)能計(jì)算相關(guān)參數(shù)

①建筑物的體形系數(shù)是指建筑物的外表面面積（不包括地面）與其所包圍的建筑體積之比。體形系數(shù)的大小影響著建筑的能耗，體形系數(shù)越大，單位建筑面積對(duì)應(yīng)的外表面面積越大，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)熱損失也越大。研究資料表明:體形系數(shù)每增加0.01，耗熱量指標(biāo)增加2.5%。②窗墻面積比是窗戶洞口面積與房間立面單元面積（即房間層高與開(kāi)間定位軸線圍成的面積）的比值。普通窗戶的保溫隔熱性能比外墻差得多，夏季白天的太陽(yáng)輻射可通過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)，冬季室內(nèi)的熱量也可通過(guò)窗戶直接向室外散失，總的來(lái)說(shuō)，窗墻面積比越大，建筑物能耗也就越大。③圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能參數(shù)主要有外墻傳熱系數(shù)K和熱惰性指標(biāo)D、屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K和熱惰性指標(biāo)D。外墻K值的變化對(duì)建筑總能耗的影響較大，外墻的K值從1.5降到1時(shí)，節(jié)能率提高15%。而屋面的K值則對(duì)頂層房間的能耗影響較大。④建筑門窗（包括陽(yáng)臺(tái)落地門的透明部分）是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)洞部位，是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，其熱能損失是外墻的4到5倍，占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的50%。而且窗戶是圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱材料最輕質(zhì)薄壁的部位，是建筑保溫、隔熱、隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。夏熱冬暖地區(qū)太陽(yáng)輻射通過(guò)窗玻璃引起室內(nèi)過(guò)熱，增加了空調(diào)耗電量。

1.4 既有建筑三維建模

東莞理工學(xué)院學(xué)生宿舍第10號(hào)宿舍樓，運(yùn)用斯維爾節(jié)能分析軟件對(duì)該建筑進(jìn)行三維建模，由建筑施工圖到節(jié)能圖紙的過(guò)程就是確定了建筑物的節(jié)能范圍，因?yàn)樗芯繉W(xué)生宿舍建筑為外廊式居住建筑，而且樓梯為開(kāi)敞式樓梯，所以外走道、樓梯以及開(kāi)放陽(yáng)臺(tái)不納入節(jié)能模型中，在節(jié)能模型計(jì)算時(shí)不考慮這些部分的影響。建立好的模型見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 節(jié)能模型視角一

圖2 節(jié)能模型視角二

圖3 屋面構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣

圖4 外墻構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣

1.5 既有建筑熱工設(shè)置

根據(jù)構(gòu)造做法表中屋面、墻體以及門窗材料的選用對(duì)節(jié)能模型進(jìn)行工程構(gòu)造設(shè)置。

表1 屋面構(gòu)造（由上到下）見(jiàn)圖3 mm

表2 外墻構(gòu)造（由外到內(nèi)）見(jiàn)圖4 mm

圖5 熱橋構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣

圖6 遮陽(yáng)參數(shù)圖示

表3 熱橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（由外到內(nèi)）見(jiàn)圖5 mm

表4 門窗遮陽(yáng)類型（均屬于平板遮陽(yáng)） 表中各參數(shù)見(jiàn)圖6

2 建筑模型節(jié)能計(jì)算分析

根據(jù)公式以及軟件程序計(jì)算結(jié)果得到:

表5 建筑物體形系數(shù)

表6 建筑外窗窗墻比

體形系數(shù)=外表面積/地上體積=6 115.99/11 863.65≈0.52

③外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)

注:b為各朝向權(quán)重系數(shù)；A為各朝向外窗總面積；S為綜合遮陽(yáng)系數(shù)。

表7 屋頂傳熱系數(shù)與熱惰性指標(biāo)

表8 外墻傳熱系數(shù)與熱惰性指標(biāo)

根據(jù)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》廣東省實(shí)施細(xì)則（DBJ 15-50-2006）中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得出所研究宿舍建筑的評(píng)定結(jié)果為:體形系數(shù)較大，但標(biāo)準(zhǔn)不作具體要求，滿足；各朝向窗墻面積該標(biāo)準(zhǔn)比小于標(biāo)準(zhǔn)要求限制，滿足；外窗平均綜合遮陽(yáng)系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)要求限制，滿足；屋頂傳熱系數(shù)K大于標(biāo)準(zhǔn)要求限制，不滿足，熱惰性指標(biāo)D小于標(biāo)準(zhǔn)要求限制，滿足，由于該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格要求，所以最后結(jié)論不滿足；外墻傳熱系數(shù)K和熱惰性指標(biāo)D小于標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足。

3 優(yōu)化改造措施

由節(jié)能計(jì)算分析結(jié)果知，需要對(duì)學(xué)生宿舍建筑屋面進(jìn)行節(jié)能改造。由屋頂?shù)臉?gòu)造可以看出，屋頂是采用通風(fēng)隔熱屋面:在屋頂中砌磚形成通風(fēng)間層，上面加蓋預(yù)制鋼筋混凝土板，使上層板面起著遮擋陽(yáng)光的作用，利用風(fēng)壓和熱壓作用把間層中的熱空氣不斷帶走，以減少傳到室內(nèi)的熱量，從而達(dá)到隔熱降溫的目的。然而這種隔熱屋面做法難以符合目前節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，加上該學(xué)生宿舍以投入使用約8年之久，屋面材料也有所損耗，所以更加不能有效地保證屋面隔熱效果，使下部空間有一個(gè)良好舒適的使用環(huán)境。因此，屋面節(jié)能對(duì)于頂層房間的節(jié)能極其重要。

屋面的節(jié)能改造多用倒置式保溫隔熱屋面，其特點(diǎn)是把隔熱層置于防水層之上，這樣可以不破壞屋面原本的防水層，也是對(duì)防水層起到一個(gè)屏蔽防護(hù)作用，降低了太陽(yáng)光和氣候變化對(duì)其的影響，也保護(hù)其不易受到外界的機(jī)械損傷，從而延緩了防水層的老化，延長(zhǎng)其使用年限。

選擇一種合適的屋面隔熱材料至關(guān)重要。擠塑聚苯板（XPS）具有完美的閉孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)讓XPS板在吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)以及蒸汽滲透系數(shù)等方面指標(biāo)優(yōu)于其他類型板狀保溫材料，特別是在長(zhǎng)期高濕或浸水環(huán)境下，如夏季多雨季節(jié)的屋面經(jīng)常處于浸水狀態(tài)，XPS板仍能保持其原本優(yōu)良的保溫性能。由于XPS板長(zhǎng)期吸水率低，特別適合用于倒置式屋面作為保溫隔熱材料，而且還具有很好的耐凍融性能和較好的抗壓縮蠕變性能。是性價(jià)比極高應(yīng)用范圍極廣泛的節(jié)能材料。所以采用擠塑聚苯板（XPS）做保溫層正是倒置式屋面的最佳隔熱材料，根據(jù)其廠家規(guī)格厚度一般取30 mm。

表9 改造后的屋面構(gòu)造（由上到下） mm

表10 改造后屋頂傳熱系數(shù)與熱惰性指標(biāo) mm

圖7 改造后的屋面構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣

根據(jù)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》廣東省實(shí)施細(xì)則（DBJ 15-50-2006）表4.1.6規(guī)定了屋頂和外墻的平均傳熱系數(shù)K、熱惰性指標(biāo)D的要求。改造后的屋頂計(jì)算得出K=0.84、D= 2.785，而標(biāo)準(zhǔn)要求是K≤1.0，D≥2.5或K≤0.5，滿足要求。

4 優(yōu)化結(jié)果

性能指標(biāo)的核心思想就是考慮建筑的整體能耗是否滿足規(guī)定。夏熱冬暖地區(qū)居住建筑?？刹捎煤?jiǎn)化的能耗計(jì)算方法——耗電量指標(biāo)。

表11 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

針對(duì)屋面改造后，對(duì)于整體建筑能耗損失減少3.19%，從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看還是比較樂(lè)觀的。

5 結(jié)語(yǔ)

夏熱冬暖地區(qū)的既有建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)及改造，并非國(guó)家既有建筑節(jié)能改造的重點(diǎn)考慮地區(qū)，即并非北方采暖地區(qū)既有建筑，但是，考慮到逐年全球氣溫的不斷上升，以及人們生活水平的不斷提高，為保證室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度，每家每戶基本都裝上空調(diào)，空調(diào)能耗必將大大提高其占該地區(qū)能源總能耗的比重。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能不佳，建筑布局朝向不適宜，將會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)熱舒適性不好，并造成空氣污染，將嚴(yán)重不符國(guó)家節(jié)能減排的工作要求。所以，對(duì)夏熱冬暖地區(qū)既有建筑節(jié)能改造的探索，具有十分重要的意義。

［1］ 廣東省建筑科學(xué)研究院.《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》廣東省實(shí)施細(xì)則（DBJ15-50-2006）［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:5-25.

［2］ 中國(guó)人民共和國(guó)建設(shè)部.《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-93）［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，1993:13-16.

［3］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.《建筑外門窗氣密，水密，抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》（GB/T 7106-2008）［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008:3

Dongguan University of Technology，Both the ModificationMeasures of Building Energy Efficiency Evaluationand Optimization Research

LIU Ru.feng ZHENG Ha i.peng
（Department of Civil Engineering Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Along with our country construction energy conservation work in full swing，energy-saving building has become the development direction of urban construction in the future.And the town of existing residential buildings in our country enormous quantity wide，energy-saving technical indicators evaluation of existing buildings is also a top priority.Dongguan university of technology in buildings is not in accordance with the building energy efficiency design standards，can notmeet the national energy conservation standards，so selection of the typical student dormitory building energy-saving design analysis and evaluation of research in your school both construction energy conservation transformation has the very vital significance.

existing buildings；the energy saving analysis；transformation

TU8

A

1009-0312（2014）01-0085-06

2013-04-08

劉汝鋒（1990—），男，東莞，本科生，主要從事建筑設(shè)計(jì)研究。