杭州市既有公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)研究

曹 帆,俞方英,吳 鋒,金心銘

(1.杭州市城市建設(shè)科學(xué)研究院,浙江 杭州 310003；2.浙江南方建筑設(shè)計(jì)有限公司,浙江 杭州 310008)

目前我國(guó)建筑能耗約占社會(huì)總能耗的三分之一,隨著近年來(lái)建筑能耗迅速增長(zhǎng),建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的核心工作。 2015年數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)既有公共建筑存量為113億m2,不到城鎮(zhèn)居住建筑面積或農(nóng)村居住建筑面積的二分之一,能源消耗量卻為3.41億標(biāo)煤,占比最高[1]。2017年國(guó)家《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中有關(guān)既有公共建筑改造目標(biāo)為：到2020年,城鎮(zhèn)新建建筑能效水平比2015年提升20%,部分地區(qū)及建筑門窗等關(guān)鍵部位建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到或接近國(guó)際現(xiàn)階段先進(jìn)水平,完成公共建筑節(jié)能改造1億m2。由此可見(jiàn),我國(guó)既有公共建筑節(jié)能改造具有巨大的潛能。

本文通過(guò)對(duì)杭州市既有公共建筑政策及現(xiàn)狀進(jìn)行梳理,研究分析杭州市既有公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)。

1 杭州市既有公共建筑節(jié)能改造情況

為了積極推進(jìn)公共建筑節(jié)能工作,提高公共建筑的能源利用效率,降低能源消耗,促進(jìn)建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。杭州市早在2006年就出臺(tái)了《杭州市建筑節(jié)能管理辦法》和《實(shí)施細(xì)則》；并在2015年正式實(shí)施《杭州市民用建筑節(jié)能條例》,在建筑全生命周期內(nèi)對(duì)建筑的節(jié)能評(píng)估、能效測(cè)評(píng)、能耗監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)等方面工作進(jìn)行監(jiān)督和管理?！逗贾菔芯G色建筑與建筑節(jié)能“十三五”發(fā)展規(guī)劃》及2018年正式實(shí)施的《杭州市綠色建筑專項(xiàng)規(guī)劃(2017—2025 年)》目標(biāo)指出，到2020年累計(jì)完成既有公共建筑節(jié)能改造125萬(wàn)m2。2017年杭州市被列為公共建筑能效提升重點(diǎn)城市之一,杭州市建委組織開(kāi)展《杭州市建設(shè)公共能效提升重點(diǎn)城市的政策及技術(shù)支撐體系研究》課題研究工作。推進(jìn)杭州市既有公共建筑節(jié)能改造的規(guī)?；l(fā)展,提升能效水平和節(jié)能效果,激發(fā)市場(chǎng)主體實(shí)施建筑節(jié)能改造的動(dòng)力。

“十二五”期間,杭州市結(jié)合背街小巷改造、平改坡、三改一拆、道路整治、歷史建筑保護(hù)等城市有機(jī)更新,同步實(shí)施既有建筑改造2 320萬(wàn)m2。從2009年度開(kāi)始杭州市根據(jù)住建部對(duì)民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)要求,對(duì)市域范圍內(nèi)的既有公共建筑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)研。截止到2017年共計(jì)對(duì)2 379棟公共建筑進(jìn)行了能耗統(tǒng)計(jì),涵蓋了國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑、寫字樓建筑、商場(chǎng)建筑、賓館飯店建筑、醫(yī)療衛(wèi)生建筑、文化教育建筑和其他建筑等七大類,其中2005年《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 50189—2005)》正式實(shí)施之前的既有公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)共1 126棟(表1),占統(tǒng)計(jì)總量的47%。由此可見(jiàn),研究分析杭州市既有公共建筑節(jié)能改造技術(shù)措施是推進(jìn)杭州市建筑節(jié)能減排和公共能效提升的一項(xiàng)重要工作。

表1 2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)表

2 杭州市既有公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)措施

杭州市位于夏熱冬冷地區(qū),夏季空調(diào)和冬季采暖周期較長(zhǎng),會(huì)產(chǎn)生大量的建筑能耗。通過(guò)對(duì)2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,可以看出杭州市既有公共建筑存在建筑建造時(shí)間跨度大,建筑類型分散,建筑形態(tài)多樣化等問(wèn)題。從《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 50189—2005)》正式實(shí)施前統(tǒng)計(jì)的1 126棟既有公共建筑分布情況來(lái)看(圖1),其中國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑占比29%,寫字樓建筑占比25%,文化教育建筑占比25%,是能效提升的重點(diǎn)。而國(guó)家辦公建筑作為政府建筑在既有公共建筑節(jié)能改造中應(yīng)該起到表率作用,應(yīng)當(dāng)把這部分既有公共建筑列為重點(diǎn)和優(yōu)先改造對(duì)象。

圖1 杭州市各類既有公共建筑分布比例圖

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造是既有公共建筑節(jié)能改造的重要內(nèi)容,主要是通過(guò)對(duì)既有建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的墻體、外窗、屋頂?shù)炔考M(jìn)行節(jié)能改造以提升建筑物整體保溫的性能,降低建筑能耗。通過(guò)對(duì)杭州市既有公共建筑進(jìn)行調(diào)研,可以發(fā)現(xiàn)早期公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所采用的節(jié)能措施十分有限,其中墻體的保溫節(jié)能,外窗的保溫、隔熱、氣密性、遮陽(yáng),屋面的保溫防水措施等都有極大的提升空間。

建筑外墻節(jié)能改造主要包括外墻外保溫和內(nèi)保溫等措施,在既有公共建筑節(jié)能改造中,以外墻外保溫節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,不僅改造成本低廉，保溫節(jié)能效果好,而且施工干擾相對(duì)較少。外墻外保溫改造常用材料有巖棉板、擠塑聚苯板、保溫砂漿等。外墻外保溫改造對(duì)于窗墻比較小、外墻熱工性能差的公共建筑有良好的效果,通常結(jié)合建筑外立面改造進(jìn)行。

屋面保溫改造通常結(jié)合屋面防水增設(shè)保溫層,對(duì)于無(wú)遮陽(yáng)措施的屋面,可以采用種植屋面等遮陽(yáng)措施提高其熱工性能,平屋面可以采用平改坡屋面并內(nèi)置保溫隔熱材料等措施提高其熱工和防水性能。屋面保溫改造在屋面面積占外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積比例較大的建筑中能效提升明顯。

建筑外窗是整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱工性能最薄弱的部分,據(jù)統(tǒng)計(jì),通過(guò)外窗損失的空調(diào)、采暖、照明能耗占到建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的一半以上。外窗改造通常采用更換外窗材質(zhì)、加窗、貼膜、遮陽(yáng)等多種節(jié)能改造措施,改善外窗的熱工性能。對(duì)于無(wú)遮陽(yáng)措施的外窗,可以通過(guò)安裝活動(dòng)外遮陽(yáng)、增設(shè)內(nèi)遮陽(yáng)窗簾等措施提高建筑外窗夏季隔熱性能,采用遮陽(yáng)措施時(shí)也應(yīng)當(dāng)盡可能減少對(duì)建筑采光的影響。

3 既有公共建筑案例模型計(jì)算分析

圖2 樣本建筑1層和2層平面圖

綜合以上分析,選取杭州市既有公共建筑中典型辦公建筑為樣本(圖2),通過(guò)能效測(cè)評(píng)分析軟件建模計(jì)算分析,計(jì)算不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造技術(shù)對(duì)建筑能耗的影響。樣本建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法, 外墻類型：飾面層(4.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)+燒結(jié)普通磚(240.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)；外窗類型：非隔熱金屬型材窗框K≤10.8 [W/(m2·K)],6 mm透明玻璃；平屋面類型(自上而下)： 細(xì)石混凝土(雙向配筋) (40.00 mm)+水泥砂漿(10.00 mm)+防水卷材、聚氨酯(3.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)+鋼筋混凝土(120.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)。

3.1 外窗綠色節(jié)能改造措施

樣本建筑窗墻比較大,根據(jù)建筑外窗各項(xiàng)綜合性能,選擇通過(guò)更換外窗框型材、玻璃選型、增設(shè)活動(dòng)外遮陽(yáng)等節(jié)能改造措施組合綜合運(yùn)用,進(jìn)行模型計(jì)算對(duì)比各改造方案建筑能耗情況,樣本建筑外窗節(jié)能改造單位面積能耗前后對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 樣本建筑外窗改造方案1能耗對(duì)比

3.2 外墻和屋頂節(jié)能改造措施

考慮既有公共建筑外墻飾面有涂料、石材等不同構(gòu)造的情況,選取外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫常見(jiàn)的無(wú)機(jī)輕集料保溫砂漿和巖棉板兩類保溫材料,分別對(duì)應(yīng)外墻不同構(gòu)造做法,對(duì)比幾類外墻節(jié)能改造方案對(duì)建筑能耗的影響。選用擠塑聚苯板(XPS)保溫材料為屋面節(jié)能改造方案。樣本建筑外墻及屋頂節(jié)能改造單位面積能耗前后對(duì)比見(jiàn)表3。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案能效提升見(jiàn)圖3。

表3 樣本建筑外墻及屋頂改造方案能耗對(duì)比

圖3 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案能效提升

對(duì)樣本建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案的建模進(jìn)行分析,可以看出既有公共建筑外窗、外墻、屋頂通過(guò)增設(shè)保溫構(gòu)造,改善了建筑的熱工性能,對(duì)建筑能效提升有明顯的改善效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上分析可以看出,既有公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻、外窗、屋面等建筑部件熱工性能的提升,對(duì)建筑能耗有明顯改善。既有公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)研究,有利于全面推進(jìn)杭州既有公共建筑節(jié)能改造的規(guī)?；l(fā)展,提升建筑能效水平和節(jié)能質(zhì)量,為政府部門推進(jìn)既有公共建筑能效提升提供參考和技術(shù)支撐。