既有建筑能效提升改造實(shí)例檢測分析

劉鳳娟 西安建筑科大工程技術(shù)有限公司工程師

孫 婷 西安建筑科大工程技術(shù)有限公司工程師

2018 年8 月，財(cái)政部、生態(tài)環(huán)境部、住建部以及國家能源局聯(lián)合召開北方地區(qū)冬季清潔取暖試點(diǎn)工作推進(jìn)會議，公布了陜西省西安市及咸陽市成為第二批中央財(cái)政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點(diǎn)城市。為了實(shí)現(xiàn)全過程、全鏈條、全方位清潔取暖方式，建設(shè)清潔、高效且節(jié)能的供暖體系，將對全省符合條件的既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造。這些建筑已使用20 ～30年，部分建筑年久失修、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能較差，冬季采暖需要的能耗較高，導(dǎo)致嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。對此，應(yīng)以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹落實(shí)黨的十九大精神。為認(rèn)真貫徹落實(shí)國家和省、市有關(guān)節(jié)能減排部署要求，進(jìn)一步提升城市形象、改善空氣質(zhì)量、提高居民居住舒適度、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、建設(shè)低碳生態(tài)城市，需要對既有建筑在節(jié)能診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)能改造，從而實(shí)現(xiàn)能效提升要求。

1 建筑概況

此次選取西安市一正在進(jìn)行改造的小區(qū)進(jìn)行能效提升分析驗(yàn)證。西安市所屬氣候分區(qū)為寒冷B 區(qū)，小區(qū)內(nèi)共有單體建筑5 棟，均為磚混結(jié)構(gòu)6 層居住建筑，61#、63#樓建筑主體建設(shè)年代為1985 年，62#樓為2001 年，64#、65#樓為2002 年。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)依據(jù)為《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《西安市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》以及《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，此次節(jié)能改造主要包含屋面和外墻的保溫改造[1]。

1.1 改造設(shè)計(jì)方案

本工程屋面采用55 mm 厚EPS 保溫板作為保溫層，原屋面防水層可靠，表面簡單處理后，直接在上做倒置式屋面。外墻采用55 mm 厚EPS 保溫板作為保溫層，將原建筑外墻外飾面進(jìn)行處理，用粘結(jié)砂漿將EPS 保溫板與基層墻體粘貼，并加錨栓固定，刷涂抹面砂漿，壓入耐堿網(wǎng)格布，防止開裂，外飾面刷涂涂料[2]。

1.2 現(xiàn)場檢測核查

為了確保現(xiàn)場施工的符合性，對施工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場檢測、現(xiàn)場抽樣、實(shí)驗(yàn)室檢測。外墻進(jìn)行節(jié)能構(gòu)造鉆芯檢測，確定保溫層材料、構(gòu)造與實(shí)際厚度，并現(xiàn)場抽取屋面及外墻使用的EPS 保溫板進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)檢測，確定實(shí)際施工的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)。同時，由專業(yè)人員對具體施工的外圍護(hù)面積進(jìn)行測量，生成面積測量報(bào)告[3—4]。在此次節(jié)能構(gòu)造鉆芯現(xiàn)場檢測中，5棟建筑外墻節(jié)能構(gòu)造做法與設(shè)計(jì)保持一致，保溫層EPS 板平均厚度均為53 mm，屋面使用EPS 保溫板導(dǎo)熱系數(shù)為0.038 W/（m·K），外墻使用EPS 保溫板導(dǎo)熱系數(shù)0.036 W/（m·K）。

2 能效提升改造結(jié)果分析

建筑耗熱量指標(biāo)是反映建筑采暖能耗水平的重要技術(shù)指標(biāo)，其計(jì)算結(jié)果主要受當(dāng)?shù)貧庀髼l件、建筑層數(shù)層高、體型系數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、建筑外門窗的氣密性能以及建筑內(nèi)部設(shè)備產(chǎn)熱等因素的影響[5]。通過對既有建筑節(jié)能改造前后耗熱量指標(biāo)的計(jì)算、對比分析，可以得出建筑整體的能效提升水平。

3 相關(guān)系數(shù)計(jì)算

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括墻體、屋面、地面、門窗以及陽臺等，平壁的傳熱系數(shù)為：

式中：Ri和Re為內(nèi)、外表面換熱阻；單位為m2·K/W；R 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)平壁的熱阻；單位為m2·K/W。

3.2 建筑耗熱量計(jì)算

建筑耗熱量指標(biāo)可以判斷建筑的能耗水平，還可以預(yù)測節(jié)能改造的潛能。參照《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ 61—65—2011），建筑物耗熱量指標(biāo)為：

式中，qH為建筑物耗熱量指標(biāo)（W/m2）；qHT為單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量（W/m2）；qINF為單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物空氣滲透耗熱量（W/m2）；qIH為單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物內(nèi)部得熱量（W/m2），住宅建筑的一般取值為3.8 W/m2。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量qHT一般包含通過墻體的熱量（qHq）、通過屋頂?shù)膫鳠崃浚╭Hw）、通過地面的傳熱量（qHd）、通過門/窗的傳熱量（qHmc）和通過非采暖封閉陽臺的傳熱量（qHy）。對于qHq、qHw、qHd，可以計(jì)算得出：

式中，qHq為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過墻的熱量（W/m2），qHw為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過屋頂?shù)膫鳠崃浚╓/m2），qHqd為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過地面的傳熱量（W/m2），qHmc為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過門、窗的傳熱量（W/m2），qHy為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)非采暖封閉陽臺的傳熱量（W/m2）。

單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物空氣滲透耗熱量為：

式中，Cp為空氣的比熱容， P 為空氣的密度，N 為換氣次數(shù)，V 為換氣體積，tn為室內(nèi)計(jì)算溫度， te為采暖期室外平均溫度，Ao為建筑面積。

以61#樓進(jìn)行具體分析計(jì)算，其建筑面積Ao為4 993.44 m2，其建筑體積Vo應(yīng)為16 865.53 m2，體型系數(shù)S 為0.24，樓梯間不采暖，外墻保溫材料實(shí)測值厚度53 mm、導(dǎo)熱系數(shù)為0.036 W/（m·K），結(jié)合具體施工方法進(jìn)行外墻整體傳熱系數(shù)計(jì)算。屋面以隱蔽資料提供厚度為55 mm，復(fù)檢報(bào)告提供導(dǎo)熱系數(shù)為0.038 W/（m·K），結(jié)合具體施工方法進(jìn)行整體屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算。外窗以住戶安裝的塑鋼中空玻璃進(jìn)行計(jì)算，通過式（1）可以計(jì)算出各個圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造前后的傳熱系數(shù)，詳見表1。現(xiàn)場核查具體實(shí)施面積，通過式（2）～式（5）對建筑耗熱量進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，可得出建筑的耗熱量指標(biāo)，如表2 所示。

表1 61#樓建筑改造前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

表2 耗熱量指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)語

通過節(jié)能檢測以及實(shí)施面積核查提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)過改造前后耗熱量指標(biāo)的計(jì)算，主要結(jié)論如下。

（1）61# 樓外墻節(jié)能改造中，外貼53 mm 厚EPS 保溫板，傳熱系數(shù)由原來的1.81 W/（m2·K）降低至0.55 W/（m2·K）；屋面增加55 mm 厚EPS 保溫板，傳熱系數(shù)由原有的0.40 W/（m2·K）降低至0.25 W/（m2·K），只通過外墻和屋面的改造，整棟樓的耗熱量指標(biāo)提高了39.1%。

（2）通過本次節(jié)能改造，能大幅度降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)既有建筑能效提升。

（3）61#和63#樓為1985 年建造，整體能耗較高，西安市地處寒冷（B）區(qū)，對于4 ～8 層的民用建筑，要求建筑物耗熱量指標(biāo)控制在13.6（W/m2）以內(nèi)，改造后的61#樓仍超出上限要求，還需要進(jìn)一步更換住戶外窗，或采用其他節(jié)能措施。值得注意的是，為了能夠順利完成既有建筑節(jié)能工作，應(yīng)積極組建既有建筑能效提升工程領(lǐng)導(dǎo)組和指揮部。相關(guān)部門積極協(xié)調(diào)，明確職責(zé)，加快推進(jìn)，營造濃厚的輿論氛圍，贏得市民和社會各界對改造工作的支持和參與。同時，聘請有資質(zhì)的監(jiān)理及施工企業(yè)，高水準(zhǔn)完成工程。