洛陽市某老舊小區(qū)改造節(jié)能效果模擬分析

侯越斌，宋國濤，陳黎鳳，張 寧，董洪利

（1.建科環(huán)能科技有限公司，北京 100013；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；3.河南瑞之景建筑工程設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450000；4.洛陽市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，河南 洛陽 471499；5.洛陽市洛龍區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，河南 洛陽 471026）

0 引言

近年來我國城鎮(zhèn)化水平不斷提升，民用建筑年竣工面積已呈下降趨勢[1]。與之相對的城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作受到社會廣泛關(guān)注。2020年7月，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于全面推進(jìn)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2020〕23號）要求，2020年改造城鎮(zhèn)老舊小區(qū)3.9萬個，力爭到“十四五”期末完成建成于2000年前的老舊小區(qū)改造工作[2]。2021年“兩會”政府工作報告中指出，要加大城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造力度，本年度新開工改造城鎮(zhèn)老舊小區(qū)5.3萬個。

隨著建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，目前我國新建建筑普遍執(zhí)行65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)已開始執(zhí)行75%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)[3]，形成超過1億t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能能力[4]。而城鎮(zhèn)老舊小區(qū)一般建成于2000年以前，絕大部分并未采用節(jié)能設(shè)計，采暖空調(diào)能耗較高。在老舊小區(qū)改造的同時進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，可顯著降低建筑運行能耗。因此老舊小區(qū)改造對于我國節(jié)能減碳工作和實現(xiàn)“2030年碳達(dá)峰”“2060年碳中和”的目標(biāo)具有十分重要的意義。

本文以洛陽市某老舊小區(qū)改造項目為例，借助DeST－h(huán)軟件對該小區(qū)某居民樓建筑采暖空調(diào)能耗進(jìn)行模擬分析，通過對比改造前后的能耗情況對改造效果進(jìn)行定量分析。

1 小區(qū)現(xiàn)狀

原屬洛陽市某國企職工的居民小區(qū)建成于20世紀(jì)90年代，建筑面積約5.81萬m2，共13棟樓，812戶。原有企業(yè)由于經(jīng)營不善倒閉，小區(qū)陷入無人管理狀態(tài)，僅依靠社區(qū)統(tǒng)籌和居民自愿組織提供門衛(wèi)和清潔等基本服務(wù)。小區(qū)內(nèi)部環(huán)境整體較差，道路破損嚴(yán)重，雨污排水不暢，屋面防水層破損，建筑立面剝落老化嚴(yán)重，且未進(jìn)行保溫設(shè)計，冬季采暖效果差，夏季空調(diào)耗電嚴(yán)重，居民改造呼聲很高。隨著洛陽市老舊小區(qū)改造工作的持續(xù)開展，綜合考慮小區(qū)實際情況和居民的改造意愿，該小區(qū)被列入2020年度改造計劃。

小區(qū)內(nèi)典型居民樓如圖1所示，該樓棟共7層，分為6個單元，總戶數(shù)為84戶，總建筑面積約6 900m2。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，該小區(qū)建筑屋面主體為120mm厚鋼筋混凝土板，并采用水泥膨脹蛭石找坡，瀝青油氈防水以及細(xì)石混凝土面層。墻體主材料為240mm厚重砂漿砌筑黏土磚，內(nèi)外采用20mm厚水泥砂漿或石灰水泥砂漿抹面。外窗為鋁合金單層玻璃窗。

圖1 改造前樓棟立面

改造實施前建筑主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)及傳熱系數(shù)如表1所示。

表1 改造前圍護(hù)結(jié)構(gòu)及傳熱系數(shù)

2 改造方案

通過對小區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，同時充分考慮居民意愿，最終確定主要針對外墻及屋面進(jìn)行建筑改造。

屋面改造主要是將原有防水層進(jìn)行拆除并重新鋪設(shè)，采用倒置式屋面做法，同時提升屋面防水保溫性能。外墻改造主要是鏟除外墻松散面層，并進(jìn)行保溫改造，同時進(jìn)行粉刷裝飾。屋面及外墻保溫材料均采用聚苯乙烯泡沫塑料板，板厚60mm。改造實施后圍護(hù)結(jié)構(gòu)及傳熱系數(shù)如表2所示。

表2 改造后圍護(hù)結(jié)構(gòu)及傳熱系數(shù)

根據(jù)模擬計算，通過對屋面及外墻進(jìn)行保溫改造，傳熱系數(shù)分別降低為原來的42.14%和27.70%，熱工性能得到顯著提升。

除建筑改造外，該小區(qū)還實施了雨污分流、“三線”入地、道路提升、活動場地提升、照明監(jiān)控、綠化環(huán)境、加裝電梯等改造項目。

3 改造前后能耗模擬對比分析

3.1 能耗模擬參數(shù)設(shè)定

本文采用DeST-h能耗模擬軟件對小區(qū)典型建筑進(jìn)行建模分析。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和圖紙，建筑內(nèi)房間類型主要包括客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間和樓梯間。其中僅客廳和臥室設(shè)置有空調(diào)及采暖末端，建筑總空調(diào)面積約5 276m2。因DeST氣象數(shù)據(jù)庫中缺少洛陽地區(qū)，因此選用鄰近城市鄭州替代。制冷季為6月1日—8月31日，采暖季為11月15日—3月15日，室內(nèi)溫度控制設(shè)定為18～26℃。

改造前建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)按表1設(shè)定，改造后建筑將屋面與外墻修改為表2結(jié)構(gòu)，其他參數(shù)設(shè)置不做調(diào)整。

3.2 結(jié)果對比

通過修改建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)分別對目標(biāo)建筑改造前后能耗進(jìn)行模擬分析，全年范圍內(nèi)改造前后建筑主要負(fù)荷指標(biāo)如表3所示。

表3 改造前后負(fù)荷指標(biāo)

洛陽屬于寒冷地區(qū)，冬季采暖需求遠(yuǎn)高于夏季制冷需求。保溫改造后建筑熱負(fù)荷降低明顯，最大熱負(fù)荷降低23.46%，全年累計熱負(fù)荷降低37.81%。而保溫改造對冷負(fù)荷降低效果有限，最大冷負(fù)荷僅降低2.78%，累計冷負(fù)荷降低3.20%。改造前建筑采暖負(fù)荷約為夏季制冷負(fù)荷的1.8倍，通過改造實施降低至1.2倍。

節(jié)能改造實施后該建筑每年將帶來87844kW·h的負(fù)荷節(jié)約，其中供熱負(fù)荷節(jié)約83968kW·h，制冷負(fù)荷節(jié)約3876kW·h。洛陽市城區(qū)采用集中供暖，供熱負(fù)荷的減少將直接影響燃煤消耗。標(biāo)準(zhǔn)煤熱值取29.27MJ/kgce，城市熱網(wǎng)效率取0.6[5]，則供暖季年均節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤17.20t。制冷季使用戶式空調(diào)器，一般為2級能效，制冷效率取5.40[6]，燃煤電廠供電煤耗取0.273kgce/kW·h[7]，則制冷季年均節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.20t。全年來看，該建筑通過節(jié)能改造每年將獲得17.40t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能收益，減少碳排放約44.74t。老舊小區(qū)節(jié)能改造效果十分可觀。

3.3 節(jié)能改造建議

本項目改造中，僅針對建筑屋面及外墻進(jìn)行保溫節(jié)能改造，外窗仍保持原樣，難以符合當(dāng)前節(jié)能設(shè)計要求。為進(jìn)一步研究外窗改造的節(jié)能效果，將外窗更換為中空玻璃窗（6＋9A＋6）mm再次進(jìn)行模擬計算。全年范圍內(nèi)建筑冷熱負(fù)荷變化如圖2所示。

圖2 建筑全年負(fù)荷指標(biāo)

進(jìn)一步模擬結(jié)果顯示，在屋面及外墻保溫的基礎(chǔ)上輔以外窗更換措施，將使建筑全年累計熱負(fù)荷降至88 862kW·h，降低59.99%；全年累計冷負(fù)荷降至89 751kW·h，降低25.79%。每年可獲得28.87t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能收益，并減少73.32t碳排放。相較原方案能獲得更顯著的節(jié)能減排效果。

然而老舊小區(qū)改造不同于新建建筑，改造過程中需著重考慮居民意見。整窗更換措施將對居民生活產(chǎn)生較大影響，更換施工需入戶，會對戶內(nèi)裝修造成破壞，施工時間受限，且具有一定的安全隱患，易引發(fā)居民反感。

鑒于整窗更換方案的不利方面，可考慮采用加裝外窗的措施進(jìn)行替代。雙層玻璃窗之間存在約100mm靜止空氣層，綜合傳熱系數(shù)低于同材質(zhì)普通中空玻璃窗[8]。將雙層窗應(yīng)用于老舊小區(qū)改造，可在提升保溫隔熱性能的同時盡可能減少對居民正常生活的影響，成本投入也更低。因此在改造資金和現(xiàn)場條件允許的前提下，應(yīng)鼓勵推廣雙層窗保溫改造方案，以獲得更好的節(jié)能減排效果。

4 結(jié)語

我國老舊小區(qū)仍有較大存量，實施老舊小區(qū)改造對于提升居住環(huán)境、緩解住房矛盾具有十分重要的意義。本文通過模擬計算，指出在老舊小區(qū)改造中實施屋面和外墻的節(jié)能改造能獲得可觀的節(jié)能效果，目標(biāo)建筑年供熱負(fù)荷可降低37.81%，顯著降低碳排放量。進(jìn)一步研究表明，同時對外窗進(jìn)行改造將顯著提升節(jié)能減排效果，目標(biāo)建筑年供熱負(fù)荷可降低59.99%，年制冷負(fù)荷可降低25.79%，應(yīng)在改造中加以推廣。