北京市某既有居住建筑節(jié)能改造后的效果分析

陳 斌，鮑宇清，周 寧，代 云（北京建筑節(jié)能研究發(fā)展中心， 北京 100025）

2021 年 9 月和 10 月，中共中央和國務院先后兩次聯合發(fā)文，分別對我國碳達峰、碳中和工作和城鄉(xiāng)建設綠色發(fā)展提出意見，推動城鎮(zhèn)既有建筑的節(jié)能改造和綠色化改造成為了其中一項重要內容。當前我國城鎮(zhèn)既有居住建筑存量大，建筑能耗較高，而且受社會經濟發(fā)展和氣候條件等因素的影響，不同地區(qū)的建筑能耗水平差異大，特別是受冬季采暖影響，北方采暖地區(qū)的能耗強度普遍比其他地區(qū)高。根據中國建筑節(jié)能協會測算[1]，2018 年全國建筑全壽命周期能耗總量為標準煤 21.47 億 t，占全國能源消費總量的 46.5%，建筑運行階段能耗占建筑全壽命周期能耗份額在 47% 左右，其中城鎮(zhèn)居住建筑面積 307 億 m2，運行階段能源消耗標準煤3.8 億 t，單位面積能耗為標準煤 12.38 kg/m2。

我國從 2007 年開始由北至南逐步開展既有居住建筑節(jié)能改造規(guī)?；七M工作，取得了顯著成效。至 2018 年底，北方采暖地區(qū)已完成既有居住建筑節(jié)能改造 1.57 億 m2，夏熱冬冷地區(qū)已完成既有居住建筑節(jié)能改造 5 825 萬 m2[2]。國內學者對既有居住建筑節(jié)能改造技術及效果開展了大量研究[3-6]，但研究內容多側重改造技術，而對節(jié)能改造后的效果情況缺乏較全面的現場實測分析。因此，本文對北京市某小區(qū)的 2 棟建筑開展了多項現場檢測，分析節(jié)能改造后的效果。

1 工程基本情況

1.1 工程概況

改造的 2 棟建筑位于北京市海淀區(qū)某小區(qū)內，分別為 4層的多層建筑和 20 層的高層建筑（以下簡稱為多層建筑和高層建筑），建筑的基本信息見表 1。由于建成年代早，小區(qū)的建筑未進行節(jié)能設計，導致小區(qū)內的建筑室內熱舒適性差，且存在適老化設施不足、停車難等問題，因此在 2017年對小區(qū)實施了綜合整治并于 2018 年完工，節(jié)能改造設計執(zhí)行北京市地方標準 DB 11/381—2016《既有居住建筑節(jié)能改造技術規(guī)程》。項目改造完成后在 2018 年底至 2019 年對 2 棟建筑開展相關的用能檢測工作。

表 1 建筑基本信息

1.2 節(jié)能改造技術

多層建筑和高層建筑的節(jié)能改造主要涉及外圍護結構、供暖系統和公共區(qū)域照明，各部位和系統的節(jié)能改造技術具體見表 2。供暖系統改造除樓本體外還涉及小區(qū)換熱站改造。

表 2 節(jié)能改造技術

2 外墻節(jié)能性能測試與分析

2.1 外墻主斷面?zhèn)鳠嵯禂?/h3>

綜合考慮測試方法和居民意愿，2019 年 1 月采用熱箱法對多層建筑的東側外墻進行了主斷面?zhèn)鳠嵯禂惮F場測試，測試期間門窗處于關閉狀態(tài)，室內電暖器處于持續(xù)加熱狀態(tài)，以保證室內外溫差在 15 K 以上。經分析，實際測試結果為 0.24 W/(m2·K)，滿足設計值 0.25 W/(m2·K)要求。通過增設外墻外保溫，圍護結構實現了良好的保溫節(jié)能效果。

2.2 外墻熱工缺陷

建筑外圍護結構由于設計保溫缺失、保溫施工質量不合格或熱橋等原因會形成局部的熱工缺陷，不僅會影響建筑節(jié)能效果和室內熱舒適性，而且還可能給建筑帶來局部結露發(fā)霉的風險，因此在 2019 年 1 月采用紅外熱成像儀對多層建筑和高層建筑進行了熱工缺陷檢查。部分立面檢查結果見圖1～圖 4。由圖 1～圖 4可以看出，外墻保溫沒有明顯的熱工缺陷，但是外窗四周與洞口交接部位的熱量流失較為普遍和明顯，經分析，可能是外窗安裝時與墻體之間的保溫和密封處理不到位，形成了較大的安裝熱橋和空氣滲透。

圖 1 多層建筑東側立面紅外熱像圖

圖 2 多層建筑北側立面紅外熱像圖

圖 3 高層建筑東側立面紅外熱像圖

圖 4 高層建筑北側立面紅外熱像圖

3 室內溫度測試與分析

為了解改造后的室內溫度，選取了多層建筑的甲、乙戶和高層建筑的丙戶共 3 戶 9 個不同朝向的房間進行溫度測試，測試期間 3 戶均未入住。測試周期為 2019 年 1 月 14—15 日。測試時溫度采集儀遠離采暖散熱器等熱源并避免受陽光直射。多層建筑兩戶的室內外溫度隨時間變化的監(jiān)測結果如圖 5 所示，測試期間室外平均溫度 －0.78 ℃。從圖 5可以看出，兩戶的室內溫度均高于 18 ℃，滿足設計要求。甲戶 3 個房間的溫度曲線基本重合，室內溫度分布一致且波動小，且室溫總體上隨室外平均溫度的上升而逐漸升高。乙戶 3 個房間的溫度曲線則差異明顯，均比甲戶的溫度高且波動較大，其中北側臥室的平均溫度達到了 25.3 ℃，出現了一定的過熱現象，分析可能是散熱器的散熱面積與房間的供暖負荷不匹配造成。

圖 5 多層建筑溫度監(jiān)測結果

高層建筑的丙戶位于頂層，3 個房間的室內外溫度隨時間變化的監(jiān)測結果如圖 6 所示，測試期間室外平均溫度－0.94 ℃。從圖 6 中可以看出，測試期間室外溫度變化較大，特別是 22 日之后室外日平均溫度均在 0 ℃ 以下，而室內溫度始終在 22 ℃ 以上，說明改造后室內具有良好的熱舒適性。丙戶臥室和餐廳的溫度較為接近且波動較小，而東南側起居室的室溫偏高，一直維持在 24 ℃ 以上，最高溫度達到了 28.75 ℃，出現了明顯的過熱現象，而且溫度呈現出一定的周期性波動，峰值出現的時間基本在下午 2 點左右，分析可能是該房間的溫度采集儀靠近外窗，受太陽輻射得熱影響較大。

圖 6 高層建筑溫度監(jiān)測結果

4 建筑能耗分析

4.1 建筑耗熱量

本小區(qū)采用集中供暖系統，在 2018—2019 年供暖期間測得多層建筑的 3 個單元和高層建筑高區(qū)和低區(qū)的樓前熱表數據，并在這期間采用流量計及溫度采集記錄儀進行現場測量，對熱量表的數據進行校核。由于當年的建筑耗熱量大小受供暖氣候條件、供暖過熱的影響，不便于分析，因此對實測的建筑耗熱量按照 GB 51161—2016《民用建筑能耗標準》進行折算。2 棟建筑的單位面積耗熱量實測值和折算值見表 3。從表 3 可以看出，折算后 2 棟建筑的單位面積耗熱量均小于GB 51161—2016中北京市的建筑折算耗熱量指標引導值 0.19 GJ/(㎡?a)，達到了 65% 節(jié)能建筑的耗熱量水平，特別是高層建筑，較引導值降低了 25.26%，說明改造后的節(jié)能效果明顯。

表 3 多層建筑和高層建筑測得的建筑耗熱量

4.2 居民用電量

對既有居住建筑開展節(jié)能改造不僅能提高室內熱舒適度和降低建筑耗熱量，也能降低建筑制冷需求。本小區(qū)生活熱水采用市政熱水，制冷采用分體空調，受入戶條件限制，無法對住戶空調用電進行單獨計量，因此本文對多層建筑和高層建筑各戶的年用電量進行了統計，以了解改造后的居民用電情況，統計時間為 2018 年 12 月—2019 年 12 月。由于部分房屋存在未入住等因素，因此分析時剔除了年用電量＜300 kWh 的數據，得到多層建筑有效數據 19 戶，高層建筑有效數據 56 戶。2 棟建筑各戶的年用電量及每戶年平均用電量分別見圖 7 和圖 8。從圖 7 和圖 8 中可以看出，除 1 戶年用電量稍有超出外其余戶的年用電量均＜2 700 kWh/a，但具體到各戶，其年用電量差異較大，特別是高層建筑，年用電量范圍為 500～2 700 kWh/a。高層建筑的每戶年平均用電量雖然較多層建筑的低，但高層建筑如考慮電梯及水泵系統等公共部分用電，分攤到每戶的平均綜合電耗會＞1 994.07 kWh/a。針對多層建筑，由于公共部分用電主要為照明用電，平均每戶均攤 4 kWh 左右，因此多層建筑的每戶平均綜合電耗約為 2 133 kWh/a，小于 GB 51161—2016 規(guī)定的寒冷地區(qū)居住建筑綜合電耗指標約束值 2 700 kWh/a。

圖 7 多層建筑年各戶用電量及每戶年平均用電量

圖 8 高層建筑各戶年用電量及每戶年平均用電量

5 結 語

本文以北京市某小區(qū)的節(jié)能改造為背景，分別選取了具有代表性的 1 棟多層建筑和 1棟高層建筑，對外墻主斷面?zhèn)鳠嵯禂?、外墻熱工缺陷、室內溫度、建筑耗熱量和居民用電量開展了節(jié)能效果實測分析。

（1）多層建筑外墻主斷面?zhèn)鳠嵯禂惮F場實際測試結果滿足設計要求，具有良好的保溫節(jié)能效果。紅外熱成像檢測結果表明建筑外墻無明顯的熱工缺陷，但是外窗四周與洞口交接部位的熱量流失較為普遍和明顯，因此在外窗安裝施工時需要注重外窗與墻體之間的保溫和密封處理。

（2）所測試的 3 戶 9 個典型房間室內溫度均＞18 ℃，表明改造后的室內熱舒適性良好。但同時也發(fā)現部分房間出現了過熱現象，因此節(jié)能改造在大幅度提高外圍護結構保溫性能的同時應注重對樓內各房間供暖負荷的重新計算和對供暖系統的調整，避免能源浪費。

（3）在建筑能耗方面，通過一個完整供暖期的建筑耗熱量測試，2 棟建筑的單位面積耗熱量均小于 GB51161—2016 中的引導值，達到了 65% 節(jié)能建筑的耗熱量水平，節(jié)能效果明顯。通過對 2 棟建筑居民的年用電量進行統計，可知絕大部分住戶的年用電量＜2 700 kWh/a，其中多層建筑每戶的平均綜合電耗小于 GB51161—2016 的約束值。