寒冷地區既有住宅保溫與節能改造策略初探

■ 魏 瑞 Wei Rui 崔世聰 Cui Shicong

0 引言

當前，建筑節能已成為我國可持續發展的迫切需要，也是當代建筑學領域最重要的課題之一[1]。為了達到國家對各地區節能設計要求，新建、未建、待建項目要進行嚴格的節能設計，對于未考慮節能設計的既有建筑，則需進行節能改造。其中，工礦企業既有小區住宅占有龐大數量，對此進行節能改造可以延長建筑的使用壽命，提高人居舒適度，減少能耗。近年來，寒冷地區采暖期常會由于能源供應不足，出現“氣荒”現象，給企業和居民帶來壓力。因此，提高寒冷地區工礦企業既有住宅的熱工性能，進行節能改造，可以降低企業能耗負擔。

1 寒冷地區工礦企業既有住宅節能改造現狀——以長慶燕鴿湖居住區為例

1.1 長慶燕鴿湖居住區概況

長慶燕鴿湖居住區位于寧夏回族自治區銀川市東郊，大新鎮東側，南起銀橫公路，北至銀通公路，東靠京藏高速，是長慶油田公司面向油田內部職工建設的大型生活服務社區，用于安置常年在野外工作的職工。整個居住生活區總占地面積4km2，配套相對完善，環境較好。自1994年開始建設至今，已建成8個居住小區，且每個居住小區分別擁有2～3個居住組團[2]；其中，80%以上住宅為多層，湖心區和東部片區為高層住宅[3]。2005年以后新建的住宅達到節能設計要求，至于未達標的既有住宅，也已于2015年前后完成外墻面XPS保溫板的鋪貼工作。

1.2 建筑外圍護結構保溫性能不佳

由于建設年代久遠且建設周期漫長，受當時設計水平、技術規范和政策滯后的影響，住區既有住宅外圍護結構基本未采取任何保溫措施，導致熱損耗過高。調研發現，1990年代建造的住宅采用磚混結構，外墻全部為240磚墻，平屋頂不上人屋面，均未設保溫隔熱層；2003～2005年建設住宅以框架結構為主，砌體材料為多孔黏土轉，也未設保溫層；2005年后新建擴建住宅中，也有部分建筑未做保溫處理。根據改造前選取樣本測得的數據，采暖期157d，當室外溫度為-2℃時，室內溫度不能達到18℃。經測算，僅外墻傳熱耗熱量就占到了2.5%的總能耗，居住的舒適性極低，建筑外圍護結構保溫性能嚴重不足[4、5]。后期經改造，對既有住宅外圍護結構增設保溫層，鋪貼擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS）[6]，保溫性能有一定提升，但體感溫度仍然不佳。測得樣本中有3戶溫度未能達標，主要是因為未解決冷橋現象。例如，保溫板在窗臺線腳轉折和坡屋頂屋面等造型復雜處未全部覆蓋保溫層情況居多，導致出現 “冷橋”，降低保溫性能。

圖1 長慶燕鴿湖居住區總平面圖

1.3 門窗熱損耗嚴重

既有住宅中，2005年以前建筑窗體均使用鋁合金推拉窗，采用單層平板玻璃，熱損耗嚴重，且氣密性不佳。大部分門體為半封閉式金屬平開防盜門，部分為封閉式金屬平開防盜門，無保溫夾層，易損失熱能。受形變影響，部分窗體和墻體連接處出現裂縫，有的住宅窗體變形已不能完全關閉，降低氣密性。其中普遍使用的普通合金門窗框、門窗樘、單層平板窗扇玻璃等材料熱阻較小，氣密性差，加之經縫隙滲透的冷風和窗洞附加熱損失過大，已成為既有建筑中保溫能力最差的部位[7]。

1.4 照明系統相對落后

我國已淘汰白熾燈，推廣使用節能燈具和新型照明光源[8]。燕鴿湖居住區在2015年節能改造完成以前，住區內路燈照明系統已廣泛使用金屬鹵化物燈。既有住宅樓梯間照明系統雖在20世紀90年代建設初期就已全面使用聲控和觸控開關，但在相當長的時期內，基本都使用白熾燈作為照明光源，后期逐漸替換為緊湊型熒光燈[9]。如今，公共照明光源全面更新，均已使用LED光源，但居住區內既有住宅中，絕大多數家庭仍然在使用白熾燈燈具，主要原因為：①既有住宅中，大部分住戶不愿重新安裝；②白熾燈雖然能耗大、使用壽命低，但是價格低廉；③有的住戶尚存留備用白熾燈泡；④替換安裝節能燈具或LED燈具成本過高。

2 針對寒冷地區工礦企業既有住宅的節能改造策略

2.1 完善外圍護結構保溫改造

住宅外圍護結構的保溫改造主要集中于外墻和屋蓋處。外墻保溫層分為單一保溫外墻、外保溫外墻、內保溫外墻和夾心保溫外墻4類[10]。大部分工礦企業的既有住宅主要為多層，宜選用外保溫改造方式，其優點在于施工較便捷、熱容量大，能夠減小因寒冷地區溫度降低引起的墻體應力變化，加強墻體耐久性，提升室內蓄熱性能。但需確保保溫與節能設計的科學性和施工的規范性，要特別關注構造節點設計的合理性，注意外圍護結構改造中的特殊部位，如形體轉角處、出挑構件、異形屋頂、造型交角、洞口及女兒墻等[11]。針對已完成改造的住宅出現的“冷橋”問題，仔細檢查構造節點，并選用統一保溫材料和構造方式，對外墻及屋蓋出挑構件及附屬部件做“斷橋”處理。施工時，杜絕使用金屬構件，采用粘、鉚結合的方法，并覆以耐堿網格布，外層施以有機助劑水泥砂漿作為保護層，以增加彈性應變能力。

2.2 更新老舊窗體

既有住宅中，對于熱工性能薄弱的鋁合金單層平板玻璃窗體，可集中組織替換。鋁合金單層平板玻璃窗的傳熱系數值為6.4W/(m2K)，而外墻內表面抹灰的240磚墻傳熱系數值為2.08W/(m2K)，即單位面積的現有窗體熱損失為磚墻的3倍多。顯然，即使對外墻體已做保溫改造處理，使用現有窗體，依然會造成大量熱損耗，可以采取控制窗的熱傳遞，更換開啟扇形式，以及提高窗的氣密性，減少冷風滲透等措施[12]。

2.2.1 控制窗的熱傳遞

通過減小玻璃的傳熱和提高窗框的保溫性能2個途徑控制窗的熱傳遞，可使用雙層真空玻璃或LOW-E玻璃，并選擇導熱系數小的斷橋框料。

2.2.2 更換開啟扇形式

開啟扇形式也對保溫性能影響很大[13]，窗扇面積相同時，玻璃面積大而開扇縫短，則節能效果好。因此，在不影響換氣次數的前提下，更新窗體，縮小開扇面積，可有效減少熱損耗。

2.2.3 提高窗的氣密性

為保證窗的氣密性，還需完善的密封措施。調研的既有住宅僅在窗扇-玻璃處做密封處理，加之變形，不能有效解決洞口-窗框之間的冷風滲透現象。改造中，需對洞-框、框-扇、扇-玻間隙做三級密封處理，可使窗的空氣滲透量下降到1.0m3/（mh），并選用耐腐蝕、壓縮性好、質地柔軟、斷面準確的密封構件。

2.3 增設保溫輔助設施

在現有改造基礎上，居民在住宅內部也可增加保溫設施，通過節能改造和增加輔助設施相結合的途徑來提高節能效果。針對陽臺和客廳相連接的套型，可在陽臺和客廳之間增設保溫性能好的推拉門（圖2），以降低陽臺向客廳等其他房間的熱傳遞；同時，可以加裝保溫隔熱性能好的窗簾，增設窗戶遮擋物、窗蓋板等構件。

2.4 提倡使用節能照明燈具

推廣選擇節能燈具及節能器材，以降低建筑能耗。可選用通光量維持好的燈具，避免“越亮越好”的思想，室內照明選擇合理照度即可。近年來，LED燈已成為主流照明趨勢，是一種相當有利的節能光源。另外，工礦企業居住區內可推廣使用地熱燈作為景觀及室外照明系統，并更新具有節能效果的照明控制系統。

2.5 加強節能意識的宣傳

雖然工礦企業住區管理者已率先認識到節能改造的必要性和緊迫性，但仍有一些住區居民對節能的認識不全面。住區內的物業管理部門有必要開展節能宣傳工作，喚醒居民的節能意識[14]。可以在居住區宣傳欄里張貼相關的節能知識，也可以在日常舉辦的社區活動中向居民發放節能燈具，并對節能達標的住戶進行一定補償獎勵。

圖2 改造示意圖

3 結語

工礦企業居住區既有住宅的規模和管理方式與普通住宅有一定差異，在寒冷地區，老舊房屋保溫性能不佳更會直接影響居住的舒適度。節能改造有利于降低企業能耗，減輕社會負擔，但限于技術手段和意識的落后，在實際操作中，依然存在許多問題。本文以長慶燕鴿湖居住區為例，針對寒冷地區工礦企業居住區既有住宅保溫節能改造中存在的問題進行分析，并提出相應的改造策略，以期能夠在提升節能認識方面提供一些參考。

[1]張薇薇.嚴寒地區商場建筑節能設計研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2007.

[2]劉凱.基于安全的居住小區道路交通系統規劃方法研究[D].上海：同濟大學,2006.

[3]李昱.高層住宅平面研究[D].南京：東南大學,2007.

[4]李茂杰,楊坤麗.汶川縣重建居住建筑外圍護結構熱工性能測評及優化措施[J].四川建筑科學研究,2012(2)：292-294.

[5]趙西平.房屋建筑學[M].北京：中國建筑工業出版社,2006.

[6]張媛.寒冷地區既有采暖工業建筑節能改造研究[D].西安：西安建筑科技大學,2015.

[7]馬合木提西日甫江.嚴寒地區城市住區防風設計——以烏魯木齊及周邊地區為例[D].西安：長安大學,2010.

[8]王維清.基于綠色照明理念下城市公園綠地夜景照明設計研究[D].西安：西安建筑科技大學,2014.

[9]唐成君.湖南地區既有住宅節能改造策略研究[D].長沙：湖南大學,2015.

[10]劉昭如,周健.房屋建筑構成與構造[M].上海：同濟大學出版社,2011.

[11]張杰.建筑節能設計中外墻平均傳熱系Km值影響因素分析——以包頭地區為例[D].西安：西安建筑科技大學,2005.

[12]王立雄.建筑節能[M].北京：中國建筑工業出版社,2004.

[13]王瑞,董靚.建筑節能設計[M].武漢：華中科技大學出版社,2010.

[14]岳婷.城市居民節能行為影響因素及引導政策研究[D].徐州：中國礦業大學,2014.