既有建筑圍護結構節能改造之淺見

上海市能源研究所 倪德良

建筑節能是我國十大節能工程之一。當前新建節能建筑已100%執行居住建筑和公共建筑兩個節能設計標準。政府有關管理部門、房產開發商及房屋使用者對此均已形成共識。今后要做的工作主要集中在逐步提高節能標準和建筑綠色生態化。

1 既有建筑節能改造應是建筑節能的重點

1.1 既有建筑節能改造的基本特點

相對于新建節能建筑，既有建筑節能改造（以下簡稱既改），它有自己的特殊性。首先它不同于新建節能建筑，也不同于危棚簡屋等舊小區的綜合改造。它的改造是在不遷離住宅建筑的居民包括老弱病殘和嬰幼等弱勢群體，公共建筑的公共服務人員包括辦公建筑的辦公人員、商旅建筑的顧客、學校建筑的師生、醫院建筑的醫務人員和病員等等的情況下進行的。這些人群會經常出沒于施工現場，這就給既改施工管理上帶來難度，提出許多新的要求。如現場安全和消防等需要更為嚴格的措施保證；工程監理需要全方位、全時段監管，因此需要更多的現場監理和責任心更強的監管人員；施工規范更要以人為本，更要突出保障措施，尤其對需要動火的或易發生火情的操作必須加強警惕；對操作人員必須嚴格審核其資質和技能，操作現場必須有預防萬一的措施；施工現場需要多點和全過程設置警示牌。

其次對居住建筑的既改，房屋的私有性，居民對既改認識的差異性，對既改要求的多樣性，一些居住房空置、出租等復雜性以及既改的管理部門如建設、房管、街道、居委、業委、物業等的多元性，給既改工作增添不少協調工作內容和實施難度。管理部門之間的推諉、扯皮，業主與施工方的糾紛等時有發生。對公共建筑的既改，由于公共建筑屬性不同，對實施既改的要求也有很大的差異，在施工時也應有所區別。這一切需要加強宣傳和解釋，需要出臺相應的政策去引導，需要用特定的規章制度去規范，要用研討方式統一意見，用協商方式解決糾紛?？傊咎攸c決定思路、工作和要求。

1.2 既改節能潛力大、見效快和意義重大

盡管既改有其工作新、難度大的一面，但仍應大力推進。因為相對于新建節能建筑，它具有節能潛力大，見效快和意義重大等特點。所謂節能潛力大是因為既有建筑的存量中非節能的要占90%左右，它們均將逐步實行改造。所謂見效快，是指一旦改造完畢，即可顯示它的節能與舒適效果，不像新建筑從設計、施工到用戶入住，體現其節能性、舒適性要有2—3年甚至更長的過程。通常既改工程時間長的數月、短的數周即可完成，其中門窗改造按照保留窗框的改造方法，對居住用戶必須當天施工當天完成，因而也當天見效。所謂意義重大，既改不僅節能、節約資源從而產生經濟效益和增加社會就業率，而且是以人為本社會發展戰略的重要組成部分。既改后居民或公建人員的生活、工作、就醫和學習等等的環境得到相當大的改善，是一項重大的民生工程，對構建我國社會主義和諧社會有巨大的促進作用。

1.3 既改剛起步，要做的工作還有很多很多

由于本市和我國既有建筑節能改造才不久，還處于示范試點階段，經驗不多，整套的改造經驗幾乎沒有，沉痛的教訓倒不少。這說明上至有關管理部門，下至每一個實際施工操作人員對其特殊性、重要性和復雜性認識不足，尚未形成共識，取得的經驗與教訓尚待認真研討和反思，從而上升到理論、法規、制度和體制、機制層面去思考、落實。今后要做的工作確實很多很多，例如既要制訂既改通用規程又要有分類細則；既有建筑節能改造的門檻應如何建立，要研究從實際出發彈性貫徹節能標準，不同檔次、屋齡和性質的建筑應怎樣區別對待，一個建筑的節能改造能否分步實施和分期達標；節能改造的技術如何評價和選擇；施工中如何盡量少擾民，施工企業要研究特殊的施工程序、方法，驗收制度也應從實際出發，加以創新；節能改造中節能產品的研發和制造企業以及施工安裝企業如何分享節能優惠政策，以保護其節能改造的積極性；節能改造的經費應如何籌措才更合理；施工中如何突出城市安全這個大問題；確保質量、安全的保障措施經費如何真正優先落到實處等等。

總之，當前既改工作千頭萬緒，有些管理人員已產生害怕心理。顯然只有正確面對，知難而進，迎接挑戰才是可取的態度。

從以上建筑節能和既改工作的現狀、作用意義和效果來考慮，既改工作應該成為今后建筑節能工作的重點。

2 近期既有建筑節能改造的重點是公共建筑

上海公共建筑能耗從1996年的212.11萬tce增加到2009年的1229.7萬tce，凈增480%，年均增37%。而住宅建筑能耗從1996年338.3萬tce到2009年的697萬tce，凈增106%，年均增8.2%?？梢?，公共建筑能耗不僅比住宅建筑能耗總量大，而且增速快得多。

2007年上海城鎮住宅建筑總面積為4.33億m2，公共建筑為1.71億m2，而2007年上海公共建筑能耗為935.85萬tce，比上海城鎮住宅建筑能耗563.43萬tce大370萬tce，公共建筑單位建筑面積的能耗強度是住宅建筑的4倍，采暖空調的能耗強度更高?？梢?，公共建筑能耗總量大，強度高。

當前公共建筑領域能源利用效率尚不高，相當一部分用能設備及技術還較落后，能耗較高，如在制冷中央空調中，絕大多數企業未采用隨負荷變化的冷機臺數控制系統技術等；大樓圍護結構單薄，單玻門窗和幕墻量大面廣，外逸能量嚴重；能源管理欠重視，不到位等等。應該說公共建筑領域節能潛力依然巨大。

因此，公共機構和三產中商貿旅辦等公共建筑節能改造是上海既有建筑節能改造的重點，也是產業節能改造的重要領域。

此外，公共建筑節能改造的資金源比較容易落實，如財政支出性公共建筑改造資金自然仍由財政支付，這類公共機構節能改造可優先進行，也比較容易進行；商業性公共建筑改造資金由業主承擔，因為通常業主均有一塊發展資金可用于改造。總之，公共建筑相對于住宅建筑，資金容易籌措。公共建筑單位對節能意義的宣傳比較容易接受，考慮問題也比較理性。

雖說公共建筑節能改造是重點，但并不是說不要抓住宅建筑的節能改造。當前在某些小區示范試點基礎上穩步推進節能改造也是需要的，最好盡快把節能改造納入舊住宅小區綜合改造之中。

3 既有建筑圍護結構節能改造的重點應是外門窗改造

建筑圍護結構包括外墻與外門窗。通常居住建筑圍護能耗占空調能耗的65%～70%；公共建筑圍護能耗占空調能耗的25%～50%，它取決于公共建筑的類型、建筑參數、人流量、新風量和照明、電器等發熱量大小。

通常居住建筑的窗墻比公共建筑小，但有不斷擴大的趨勢。

下面把外門窗和外墻都作為一個建筑耗能部件來考察它們的能耗情況。能耗考察從室內外溫差傳熱、太陽輻射和泄漏三個方面進行。

3.1 從室內外溫差傳熱角度考察（溫差能耗）

設某房間為典型的朝南無陽臺、無遮陽、有空調，其建筑窗墻比為0.33，則由窗傳遞的熱損占圍護熱損的61%，由墻傳遞的熱損占圍護熱損的39%，由此表明外門窗確是建筑圍護能耗的主要通道。

3.2 從太陽輻射角度考察（太陽輻射能耗）

太陽輻射在夏天是建筑物致冷能耗的主要因素之一，在冬天卻是節約建筑采暖能耗的重要因素。

夏天，太陽輻射可以透過門窗的透明玻璃體，包括直接透入和通過熱輻射的間接透入。太陽輻射雖不能直接透過外墻入室，卻可以通過外墻熱輻射間接透入室內。

夏天在有太陽時，它通過門窗對房屋熱損的影響可能比門窗室內外溫差導致的熱能損耗（溫差能耗）更甚。但在夏天的致冷空調時段內也有相當部分無太陽輻射影響的時段，而溫差能耗存在于整個空調時段內，因此，平均說來，太陽輻射的影響要低于溫差熱損作用的。若再考慮冬季時太陽輻射可節約采暖能耗的積極作用，抵消了相當部分夏季空調致冷能耗后，可以認為，從全年來考察太陽輻射對建筑門窗能耗的影響遠小于溫差能耗。

3.3 從建筑泄漏角度考察（泄漏能耗）

泄漏也是建筑能耗的重要因素，無論冬天、夏天它均起作用，但冬天比夏天更甚。從對全年能耗影響看，它接近于太陽輻射能耗。通常認為它只存在于外門窗中，不存在于外墻中。這就是為什么節能標準中把氣密性作為門窗強制執行條款的原因。

通過以上討論分析，門窗全年能耗的分項能耗系數為表1所示。

表1 全年門窗能耗的分項系數值

3.4 綜合分析

將上述分項考察綜合起來，經估算，居住建筑中外門窗能耗約占空調能耗的35%～45%，并取決于房間所處的建筑位置。普遍的情況是有陽臺和門連窗，而山墻上不設窗，此時門窗能耗約占空調能耗的40%。而處于建筑中間的住戶，主朝向通常為南向，其窗墻比按0.33估算，該房間的窗戶能耗約占空調能耗的45%。這與有南陽臺和門連窗（窗墻比約為0.4）的房間之門窗能耗相近，因為陽臺起了很好的遮陽作用。對封陽臺又拆除了門連窗部位的房間，窗墻比更大（0.55—0.60），窗戶能耗占空調能耗可超50%，此時外墻能耗只占空調能耗的15%～20%，公共建筑中由于窗墻比更大，所以與外墻相比窗戶能耗占空調能耗的比例也更大?？傊?，民用建筑中外門窗能耗是建筑圍護空調能耗的大頭，節能改造的重點應放在外門窗上。

4 外門窗節能改造應重點推廣保留窗框的改造方法

傳統的門窗改造主要有整窗換新改造和加窗改造兩種。整窗換新改造方法，即將原窗的框、扇整體拆下，然后安上新的節能窗，再密封回填和粉刷的方法。也有人探索保留窗框的門窗節能改造方法。

4.1 保留窗框節能改造方法的優點

主要優點是較少擾民，較快施工，較低成本和較高的資源綜合利用率。

所謂較少擾民包括不影響原房屋的室內裝潢，能避免改造中因敲墻引起了塵土飛揚和改造后往往產生的窗墻間滲漏隱患，改造能做到當天改造完畢，不造成業主無窗過夜的不安全感等等。所謂較低成本是相對于整窗改造而言的，因為整窗改造不僅采用新窗，而且在改造中還要增加拆窗費和安上新窗后的密封性回填和粉刷費等，因此不拆窗框改造法的成本通常低于或等于新窗，遠低于整窗改造成本。所謂較快施工也是相對于整窗改造而言的。由于不拆窗框，自然也不用回填和重新粉刷，因此均可在一天之內完成，這是整窗改造所不能做到的。所謂較高資源綜合利用率是指原窗除玻璃外可在節改窗上繼續使用的材料比例，經測算，資源綜合利用率在36%～100%之間，并取決于門窗的式樣、材質與改造方法。因此這類改造方法確是既有建筑門窗節能改造之首選。

4.2 保留窗框節能改造方法簡單易行

通常窗戶節能改造有三條途徑，每條途徑各有幾種具體的方法，用戶可根據

實際需求有組合地選擇改造方案。

1）降低傳熱系數，減少溫差能耗途徑

將普通窗的單層玻璃換成中空玻璃，更高檔的可使用真空或真空中空復合玻璃。后者主要用于隔聲降噪目的。為了配合遮陽要求，可使用中空鍍陽光控制型Low-E膜玻璃，還能進一步降低傳熱系數。

另一方法是將金屬窗框和扇框換成高熱阻材料如換成斷橋隔熱材料及塑鋼材料或用高熱阻材料將金屬框架包覆起來，通常的辦法是包塑，以降低其傳熱系數。經過此改造后的門窗外觀上也如同新窗。

2）提高密封性，降低泄漏能耗途徑

改造中加強密封性即用高檔或優質的密封材料如三元乙丙膠條、復合材料膠條和優質硅膠等，代替所有原來的失效或劣質材料，以使其密封性達到節能設計標準要求。此外，在改造中常在門窗框扇間增加一道密封，進一步提高其密封性。這和新建節能建筑中的門窗并無二致。

3）降低太陽輻射能耗途徑

降低太陽輻射能耗的主要途徑是采取外遮陽措施。外遮陽措施有多種，如改造或重建水平或垂直遮陽擋板；選用有遮陽作用的玻璃如鍍膜玻璃、著色玻璃和涂膜玻璃等制作中空玻璃；在玻璃上貼膜或涂膜；也可在窗戶改造中同時配置活動外遮陽，如移動式或平開式百葉窗、收取式百葉簾、集成外遮陽捲窗和簡易卷簾等等。將來還可能采用光譜自調制玻璃或智能玻璃等。

此外，由于改造前的舊門窗之五金件大多失效，以致原門窗的安全使用操作性能嚴重下降，因此在改造中一律更換原有五金件，使改造后的門窗和新窗一樣，啟閉自如，并安全可靠。

5 門窗節能改造宜同步或一體化實施外遮陽措施

太陽輻射是建筑物夏季制冷空調的重要負荷之一。欲降低外墻與屋面的太陽輻射能耗，主要是加強它們的隔熱保溫能力。一般對外墻很少采取遮陽措施，在許可的條件下種植如爬山虎等能攀爬墻體的綠葉植物與屋頂綠化等是較為常見的外墻遮陽措施。降低門窗的太陽輻射能耗的主要措施為窗戶設置外遮陽以降低太陽輻射直接進入室內造成的熱增益。

5.1 門窗與遮陽一體化的節能改造

真正的一體化方法是在制作門窗中空節能玻璃時將室外側玻璃鍍上或涂上具有一定遮陽系數值的遮陽膜層，最后把內外兩片玻璃密封制成中空玻璃。這類膜層包括陽光控制型Low-E膜、透明熱反射膜和光譜自調制膜層等。在中空玻璃內安置收取式具有一定反射作用的百葉簾也屬一體化裝置。另一類準一體化裝置是在設計拉制窗用型材時已將遮陽用軌道考慮了進去，在安裝節能窗扇時同時安裝遮陽裝置。

一體化裝置主要缺點是無需遮陽時無法取下，因此不適用于居住建筑，但可用于公共建筑。

5.2 可與門窗節能改造同步實施的外遮陽節能裝置

凡是能夠同步改造實施的自然無需分成兩次改造實施，多搞一次必多擾民，經濟上也一定多支出。

通?？膳c窗戶節能改造同步實施的遮陽措施有在窗外安裝依托導軌的推拉式百葉窗，它適用于無陽臺的朝南房間和有東、西窗的場合。在窗子為推拉式時，也可安裝平開式百葉遮陽窗。對高檔住宅或別墅可安裝外遮陽集成捲窗等。已經封了陽臺而又拆掉了門連窗部位的，最好配置水平或稍有傾斜的固定遮陽板（雨蓬也行），再選加諸如收取式百葉簾、捲取式布質遮陽簾、隱形紗窗式遮陽簾等窗外遮陽設施。公共建筑通常選用 更為高級、耐久的遮陽設施如電動、遙控的金屬百葉，多功能外遮陽捲窗和智能遮陽等等。