既有建筑節(jié)能改造研究與應(yīng)用

于子皓

（山東港口煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái)）

1 既有建筑項(xiàng)目節(jié)能改造目標(biāo)

隨著全球能源危機(jī)的加劇和環(huán)保意識(shí)的提高，建筑行業(yè)的節(jié)能改造已成為刻不容緩的任務(wù)。既有建筑作為能源消耗的主要源頭之一，其節(jié)能改造對(duì)于降低能耗、提高能源利用效率具有重要意義。在深入市場(chǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，截至目前，既有建筑節(jié)能改造在實(shí)踐中已經(jīng)取得了顯著的效果。通過(guò)對(duì)外墻、門窗、供暖、空調(diào)、照明等系統(tǒng)的改造，既有建筑的能源消耗量明顯減少，能源利用效率得到顯著提高。同時(shí)，節(jié)能改造還有效地改善了室內(nèi)環(huán)境，提高了居民的生活質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)對(duì)此方面內(nèi)容的深化，以某城區(qū)102＃建筑樓為例，設(shè)計(jì)如表1 所示的節(jié)能改造目標(biāo)。

表1 某城區(qū)102#建筑樓節(jié)能改造目標(biāo)

2 既有建筑外窗節(jié)能改造

為使改造后的既有建筑能耗符合國(guó)家規(guī)定要求，對(duì)本項(xiàng)目建筑外窗進(jìn)行節(jié)能改造[1]。該項(xiàng)目所在地區(qū)的建筑市場(chǎng)外窗以塑鋼窗、隔熱鋁合金窗為主，改造對(duì)象為普通住宅，上述兩種材料與該建筑中整體造價(jià)水平相當(dāng)，因此選擇對(duì)這兩種窗型進(jìn)行性能對(duì)比，從而選擇出最優(yōu)的，最符合該項(xiàng)目應(yīng)用的外窗類型。將塑鋼窗設(shè)置為A 窗型，將隔熱鋁合金窗設(shè)置為B 窗型。

首先，從安全性角度對(duì)兩種窗型進(jìn)行對(duì)比分析：B窗型具備良好的抗風(fēng)壓性能，A 窗型則需要結(jié)合工程實(shí)際風(fēng)荷載強(qiáng)度，在內(nèi)襯增強(qiáng)型鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且襯鋼最小壁厚應(yīng)當(dāng)大于或等于1.5 mm[2]。

其次，從保溫性能角度對(duì)兩種窗型進(jìn)行對(duì)比分析：其保溫性能與材料、玻璃品種、內(nèi)置氣體等都有著直接關(guān)聯(lián)。在相同配置條件下，A 窗型比B 窗型具有更好的保溫性能，A 窗型的傳熱系數(shù)比B 窗型的傳熱系數(shù)低0.3～0.4 W/（m2·K）[3]。

最后，從遮陽(yáng)性能角度對(duì)兩種窗型進(jìn)行對(duì)比分析：遮陽(yáng)性能與玻璃遮陽(yáng)系數(shù)有著直接關(guān)聯(lián)，玻璃遮陽(yáng)系數(shù)為玻璃自身光學(xué)屬性，而外窗遮陽(yáng)性能外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)SC 有著更直接影響[4]。為使遮陽(yáng)系數(shù)在改造后能夠符合上述目標(biāo)，可采用“白玻+外遮陽(yáng)措施”或“Low-E 玻璃+外遮陽(yáng)措施”等方式實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)兩種不同的既有建筑外窗節(jié)能改造方案[5]。其中方案一采用推拉塑鋼窗；方案二采用推拉斷橋隔熱鋁合金窗。對(duì)這兩種方案進(jìn)行不同規(guī)格以及不同玻璃品種的配置，得到如表2 所示的改造方案。

表2 既有建筑外窗節(jié)能改造方案

結(jié)合表2 中設(shè)計(jì)的兩種既有建筑外窗節(jié)能改造方案，對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行對(duì)比分析。為了方便比較，繪制如表3 所示的表格。

表3 兩種既有建筑外窗節(jié)能改造方案各項(xiàng)性能參數(shù)對(duì)比

3 既有建筑外墻節(jié)能改造

建筑外墻是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，外墻的熱損占結(jié)構(gòu)總體熱損的32%～34%，通過(guò)對(duì)既有建筑外墻的熱工性能進(jìn)行改造，可以有效降低建筑物整體能耗。本項(xiàng)目既有建筑外墻墻體所選材料為厚度240 mm 的黏土實(shí)心磚，該材料為我國(guó)住宅建筑傳統(tǒng)材料[6]。對(duì)本項(xiàng)目既有建筑外墻墻體節(jié)能改造而言，需要結(jié)合施工的安全性以及施工中對(duì)住戶影響等方面進(jìn)行綜合考慮，最終決定保留該建筑原有墻體基層。在此基礎(chǔ)上，對(duì)外墻內(nèi)保溫技術(shù)和外墻外保溫技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，選擇最佳保溫技術(shù)方案[7]。墻體內(nèi)保溫技術(shù)是指在墻體結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)采用粘結(jié)劑粘接或者機(jī)械固定，然后在隔熱材料外面做保護(hù)層和飾面的施工方法。優(yōu)勢(shì)：受自然條件（雨、霜）的影響小，靈活多變，無(wú)須搭建腳手架，建造起來(lái)也比較容易[8]。不足：主要是通過(guò)抹灰、粘接等方法將內(nèi)部的裝修材料如墻紙、墻磚等破壞掉，同時(shí)還需要移動(dòng)電話、空調(diào)等掛裝物或者是家具，這些都會(huì)影響到住戶的日常生活。不能在室內(nèi)對(duì)梁柱部位做內(nèi)保溫，易產(chǎn)生“熱橋”。

外墻外保溫技術(shù)優(yōu)勢(shì)：外部保溫層既能對(duì)建筑物本體進(jìn)行物理保護(hù)，又能防止主要建筑物的溫差過(guò)大，降低了建筑物的熱應(yīng)力，提高了建筑物的使用壽命；將梁、柱熱橋位置設(shè)置在室外，對(duì)墻體進(jìn)行有效隔熱，增強(qiáng)了墻體隔熱的整體性、有效性，并能防止墻體內(nèi)凝結(jié)；室內(nèi)保溫層位于室外，墻體的蓄熱能力較高，室內(nèi)的熱舒適度較好；采用外墻保溫技術(shù)，降低了對(duì)居民日常生活的影響。不足：項(xiàng)目成本較高；外部保溫層在惡劣的使用環(huán)境下，要承受雨水沖刷、凍融暴露等各種天氣狀況，有可能導(dǎo)致保溫層或面層剝落。從科學(xué)合理的角度來(lái)看，采用外墻外保溫結(jié)構(gòu)是一種先進(jìn)的、更具應(yīng)用前景的保溫節(jié)能技術(shù)，更適合于建筑的節(jié)能改造。相較于內(nèi)部保溫，外部保溫能大幅降低材料消耗，在同樣厚度、同樣材質(zhì)的情況下，外部保溫較內(nèi)保溫降低1/5 左右，在經(jīng)濟(jì)性上更具優(yōu)勢(shì)。

綜合上述分析，采用外墻外保溫技術(shù)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。在確定改造方向后，得出四種不同的外墻節(jié)能改造方案，如表4 所示。

表4 四種既有建筑外墻節(jié)能改造方案

4 節(jié)能改造方案模擬與應(yīng)用

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，構(gòu)造建筑幾何模型，保留除建筑外窗性能外的其他結(jié)構(gòu)信息與參數(shù)，按照表2、表3所述的內(nèi)容，進(jìn)行既有建筑節(jié)能改造的模擬，模擬過(guò)程中，設(shè)置建筑內(nèi)居民住戶對(duì)太陽(yáng)能熱水器的利用率為80%，以此為依據(jù)，進(jìn)行模擬外窗改造后的建筑單位面積全年能耗量分析，如圖1、圖2 所示。

圖1 模擬外窗改造后的建筑單位面積全年能耗量

圖2 模擬外窗改造后的建筑節(jié)能率統(tǒng)計(jì)分析

從圖1、圖2 中的內(nèi)容與相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，被改造后，建筑單位面積能耗呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，即應(yīng)用改造方案一、方案二后，建筑單位面積全年能耗量顯著下降，建筑節(jié)能率存在一定程度的上升。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)選用同一品種Low-E 玻璃時(shí)，對(duì)改造方案一、方案二的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，分析后發(fā)現(xiàn)，改造方案一的塑鋼窗節(jié)能效果略優(yōu)于改造方案二的斷橋隔熱鋁合金窗，針對(duì)統(tǒng)一改造方案而言，高透、中透、低透材質(zhì)的選用對(duì)于建筑整體節(jié)能率的影響相對(duì)較小，但在節(jié)能效果相較無(wú)顯著差異的情況下，中透Low-E 玻璃的透光性能較好，將其應(yīng)用在建筑中，可以使建筑室內(nèi)的采光更優(yōu)。綜合多種因素，決定使用改造方案一進(jìn)行既有建筑的節(jié)能改造設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)的玻璃配置按照中透Low-E 玻璃選型即可。

按照上述方式，參照表4，進(jìn)行建筑外墻設(shè)計(jì)方案的模擬，分析改造方案一、方案二、方案三、方案四應(yīng)用后，建筑單位面積全年能耗量與節(jié)能率，如圖3、圖4 所示。

圖3 模擬外墻改造后的建筑單位面積全年能耗量

圖4 模擬外墻改造后的建筑節(jié)能率統(tǒng)計(jì)分析

從圖3、圖4 中的內(nèi)容可以看出，改造方案三的節(jié)能優(yōu)勢(shì)十分顯著，使用中，其中改造方案一、方案二中的材料大多以成品進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，材料板的尺寸固定，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以采用切割、裁剪的方式進(jìn)行板材使用，此種改造方案更加適用于建筑中大面積的外墻改造，在施工中具有效率顯著等優(yōu)勢(shì)。

在對(duì)試點(diǎn)工程102＃建筑的現(xiàn)場(chǎng)勘查中發(fā)現(xiàn)，102＃建筑的南向陽(yáng)臺(tái)占有面積較大，建筑體形整體呈現(xiàn)“凹凸”形狀，且建筑的四面墻體外部均掛有空調(diào)外機(jī)設(shè)備，如果使用改造方案一、方案二，進(jìn)行既有建筑節(jié)能改造，在粘貼保溫板前需要輔助一些工具或電熱絲進(jìn)行板材的切割加工，如果是整體外形較為復(fù)雜的墻體，使用改造方案一、方案二會(huì)極大程度上的增加改造施工的工程量，而且還會(huì)造成施工中一些板材出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象，在一定程度上增加隱形成本。與改造方案三、方案四相比，改造方案一、方案二基本可以被排除，改造方案三在現(xiàn)場(chǎng)采用噴涂施工方式、改造方案四在現(xiàn)場(chǎng)采用抹灰施工方式，處理后墻體幾乎無(wú)結(jié)塊，且在施工中，沒有剪裁、切割、加工等無(wú)用工序，在進(jìn)行復(fù)雜區(qū)域外墻的施工時(shí)，可以根據(jù)具體需求酌情控制材料的厚度，具有施工便捷、損耗較小等優(yōu)勢(shì)。

從圖3、圖4 中看出，改造方案三在應(yīng)用中的節(jié)能優(yōu)勢(shì)顯著，但在對(duì)此方面內(nèi)容的深入研究中發(fā)現(xiàn)，改造方案三中選用的聚氨酯泡沫保溫板綜合造價(jià)較高，是改造方案一、方案二中選用材料造價(jià)的2 倍～3 倍，是改造方案四中選用材料造價(jià)的4 倍～5 倍。因此，在綜合對(duì)比分析后，決定選用改造方案四作為既有建筑的外墻改造計(jì)劃。

綜合上述研究：在進(jìn)行既有建筑外窗節(jié)能改造時(shí)，優(yōu)選改造方案一，按照中透Low-E 玻璃選型；在進(jìn)行外墻改造時(shí)，優(yōu)選改造方案四，按照?；⒅楸啬?zhàn)舆x型。

結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)支持，既有建筑節(jié)能改造將迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。一方面，政府將繼續(xù)加大對(duì)既有建筑節(jié)能改造的支持力度，推動(dòng)相關(guān)政策和法規(guī)的完善；另一方面，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)將繼續(xù)加強(qiáng)既有建筑節(jié)能改造技術(shù)的研究和開發(fā)，推動(dòng)新技術(shù)的應(yīng)用和普及。同時(shí)，隨著居民對(duì)環(huán)保和節(jié)能的認(rèn)識(shí)不斷提高，既有建筑節(jié)能改造的需求也將不斷增長(zhǎng)。通過(guò)加強(qiáng)政策支持、加大投入、推動(dòng)科技創(chuàng)新等措施的實(shí)施，我們相信既有建筑節(jié)能改造將會(huì)取得更加顯著的成果，為促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。