寒冷地區既有建筑綠色節能改造的技術研究

胡新萍

山西工程技術學院

1 引言

在我國城市化進程不斷發展過程中，建筑項目數量急劇的增長，建筑每年消耗的能源成爆發式增長狀態，為有效節約能源，降低建筑能源消耗，把建筑打造成綠色節能發展體系，我國已將多種節能技術應用在建筑中，對節約能源、改善生態環境以及為人們提供便捷舒適的生活和工作環境，都發揮重要的作用。尤其是在寒冷地區，對既有建筑進行節能改造，實施綠色節能改造技術，既降低了建筑結構所消耗的能源，也有效提升了建筑結構的保溫性能。

2 既有建筑現狀分析

2.1 外圍護結構方面

在我國北方采暖地區，基本都屬于寒冷地區，隨著我國城鎮化進程加快，人民生活水平的提高，對生活品質及建筑物室內舒適度要求逐漸提升，因此寒冷地區冬季采暖面積和夏季空調用量隨之提高，造成了建筑能耗總量持續快速增長的現象。在20世紀80年代所建造的建筑，墻體都由240實心黏土磚組成，建筑安裝的窗戶，使用的材料多為塑料和鋁制品，而且都以單玻璃結構組成，這樣的結構以及材料組成的窗戶安裝在建筑上，密封性能會隨著長時間的使用不斷降低。另外，許多公共建筑的窗戶，未配有保溫隔熱裝置，在高溫的夏季和寒冷的冬季，都使公共建筑內的熱量不斷流失。受到傳統的設計理念的影響，設計師更加追求建筑結構的美觀性，未能將綠色節能融入設計中，致使窗戶與墻面面積比，都會高于30%，無法體現出綠色節能特征。

2.2 外圍護中窗戶密封性

以某省為例，該省既有建筑總面積為7.5 億平方米，民用建筑為5億平方米。進入到夏季高溫時期，人們在生活和工作中都會使用空調降低室內溫度，在夏季電力企業會承受巨大的供電壓力，而且空調產生的負荷，占整體供電負荷的40%以上。為降低空調產生的負荷，需要對窗戶的密封性進行優化。對該省的既有民用建筑圍護結構進行分析發現，若窗戶的密封性較差，會使空調產生的能耗流失掉35%，而對公共建筑外圍護結構進行分析時發現，空調產生的能耗流失要遠遠超過民用建筑。

3 窗的節能改造

3.1 外窗改造宜先行

筆者嘗試對寒冷地區的居民建筑外窗進行改造，通過CHEC節能設計軟件，對民用建筑圍護結構能耗使用情況進行模擬分析，并在不同模擬環境下，如不同類型墻體、屋頂、外窗以及玻璃類型等，都借助CHEC 軟件進行模擬計算，根據計算出的結果，設計出理想的外窗改造計劃。根據計算結果可知，若窗墻比超過0.3時，此時建筑結構能耗會比原來少15%，若增加窗墻比，節能效果會更加明顯。所以在對既有建筑進行節能改造時，在墻體南向朝陽方向，將原有的單層玻璃替換成雙層中空玻璃，并在樓頂板、外墻增加保溫材料?，F階段主要對既有建筑的門窗進行改造，可以獲得明顯的綠色節能效果。

3.2 改造的基本原則

對寒冷地區既有建筑進行改造時，應以當地環境作為參考標準，將建筑進行最小化改造的同時，既能控制改造成本，還能獲得良好的改造效果，并且最基本的原則，是為人們提供舒適的生活和工作環境的前提下，最大程度減少能源的消耗。另外，在對既有建筑進行改造時，應保持建筑原有的結構以及裝修樣式，多以改造窗戶為主要原則，將具有良好的密封性和保溫性能的窗戶，替換原有的窗戶，以此獲得滿意的節能效果。

3.2.1 玻璃的選擇

該省夏季和冬季的溫度進行分析可知，在選擇窗戶的玻璃時，應以提升建筑的節能效果為依據，在不同地區選擇不同節能性能的玻璃，根據建筑玻璃遮陽系數規定，采用著色玻璃、陽光控制鍍膜玻璃以及Low-E 玻璃等，都會在不同太陽光譜透過率曲線下出現不同的變化。該地區著色玻璃的遮陽系數，一般會在強光下保持在0.55～0.85 范圍內，而陽光控制鍍膜玻璃，遮陽系數會有所降低，將控制鍍膜玻璃與著色玻璃組合成新型玻璃，會進一步降低遮陽系數。與上述兩種玻璃性能相比，Low-E 中空玻璃具有良好的保溫性能，而且遮陽系數穩定的維持在0.34～0.72范圍內，符合GB 50189《公共建筑節能設計標準》要求，在該省的各個地區，可以將該玻璃作為改造技術，應用在既有建筑的窗戶改造中。

3.2.2 配件的選擇

選擇具有節能性能的窗戶五金配件，應圍繞兩個方面要求選擇：第一，五金配件應具有良好的質量，在長期使用過程中，不會輕易發生老化、破碎等情況，以此保證窗戶保持良好的密封性；第二，選擇的五金配件應符合節能設計要求，在窗戶的結構以及密封條發生變化時，五金配件依然可以發揮密封保溫性能，而且不會因窗戶結構的變化而變化。

3.2.3 正確的組裝

正確組裝門窗，可以保證門窗的抗風性、氣密性以及隔音性等多種性能都能發揮出應有的作用。夏季為了避免暴雨等極端天氣的出現，良好的門窗組裝，既能阻隔雨水進入到建筑內，還能延長門窗的使用壽命，從而增強門窗的節能效果。

3.3 窗的隔熱改造

3.3.1 遮陽的功效

寒冷地區對既有建筑進行綠色節能改造時，應以保溫和隔熱作為改造指標，根據季節的變換發揮窗戶的保溫和隔熱作用。在冬季當室外溫度低至-10℃左右時，此時窗戶應可以阻隔外界低溫的進入，同時還能阻止室內熱量的流失。在高溫季節時，窗戶可以具有良好的遮陽效果，有效地阻止外界高溫進入到室內。在寒冷地區對既有建筑進行節能改造，還應提升窗戶的隔熱性能，依據《公共建筑節能設計標準》，在對窗戶隔熱性能進行設計時，根據SC=玻璃遮陽系數×外遮陽系數可知，窗戶的隔熱性能應以此計算出的數值為標準，在無遮陽時SC=玻璃遮陽系數。結合既有建筑節能設計，在計算時通過DOE-2軟件為建筑進行節能模擬計算，若對窗戶的保溫以及隔熱系數進行變換，需要對窗戶的遮陽系數進行考量，根據實際情況，應提升窗戶的隔熱性能，以此獲得良好的節能效果。

3.3.2 遮陽的方式

現階段采用的遮陽方式，通常分為兩種，一種為室內遮陽，另一種為室外遮陽。選擇室內遮陽方式，會采用鍍膜窗簾進行遮陽。鍍膜窗簾會為室內提供循環的熱量，為人們在冬季提供必要的熱量。而在夏季，鍍膜窗簾會有效的阻隔陽光輻射產生的熱量。但是，室內遮陽方式會阻擋陽光進入到室內，不利于人們的生活和工作，一般都會采用室外遮陽的方式，減少能源的消耗。

許多發達國家為建筑配置的室外遮陽設備，具有良好的遮陽、保溫以及隔熱性能，同時還能兼顧防盜功能，一般室外遮陽有鋁質或者塑料制作成百葉形式，為用戶提供節能服務。

為增強既有建筑的綠色節能改造效果，應重視選擇的遮陽方式，一般將室外遮陽作為首選，根據寒冷地區季節對室內熱環

境的影響，在冬季時室外遮陽應增加透光率，而在夏季時有效阻隔太陽輻射產生的熱量，以此有效控制室內溫度。

4 門窗節能改造的選用技術

4.1 拆換原窗改造

對既有建筑原有窗戶進行拆換改造時，應遵守三個方面的原則：第一，原有鋼制、木質以及鋁合金材料窗戶無法發揮節能功效時，將節能窗戶安裝到原有窗戶的位置；第二，使用中空玻璃窗戶替換原有的塑料窗戶；第三，使用中空玻璃窗戶替換鋁合金窗戶的同時，還應擴大窗戶玻璃槽口。

4.2 加窗改造

在對既有建筑窗戶進行加窗改造時，應遵循兩方面原則：第一，根據加窗位置和加裝方法，將單層或者中空窗戶加裝到原有完好的窗戶上；第二，對玻璃幕墻進行改造時，可將隔熱膜加貼在玻璃上。

5 建筑節能改造前后能耗及經濟分析

對寒冷地區某既有建筑進行節能改造，分析改造前后能耗變化以及產生的經濟效益可知，該建筑總面積為9545m2，外墻結構全部由240黏土實心磚組成，由于外墻有玻璃馬賽克作為裝飾面，空鼓率超過30%，而且該結構窗戶全部使用塑料單玻璃。屋頂使用防水涂料，外墻采用珍珠巖作為保溫材料。在改造時使用聚氨酯彩色防水替換珍珠巖材料，可以保證改造后既有建筑的保溫隔熱效果。在對門窗進行改造時，改造后傳熱系數降低超過50%，同時能耗降低超過32%。根據外墻結構以及門窗進行節能改造，所使用的資金以及節能效果，經過計算，建筑完成改造每年節約標煤為0.36t，按電費每平方米計算，一平方米可節約17.68元。

6 結語

綜上所述，在對寒冷地區既有建筑進行綠色節能改造時，進行外窗改造時較為簡單，但是需要改造人員掌握正確的改造技術，才能完成改造任務。另外，根據既有建筑的結構損壞程度、安全狀況等進行綜合分析，制定科學合理的改造計劃，不僅要保證降低既有建筑的能耗，還能為人們生活和工作提供舒適的環境，同時最大限度地降低改造成本。我國現已實行《民用建筑能耗統計報表制度(試行)》，根據制度內容，我國在各個地區已加快既有建筑的綠色節能改造技術的推廣，這樣極大推動我國綠色節能建筑的發展和建設，從而為我國社會和經濟可持續發展奠定堅實的基礎。