老舊小區住房圍護結構修繕技術節能減排量化研究

■ 王燕君 WANG Yanjun

0 前言

上海自開埠以來，城市住宅建設歷經了多個階段。截至2020 年底，各類居住房屋面積已超過7.12 億平方米，其中，2000 年前建造的近2.1億平方米[1]。這些居住房屋，特別是2000 年以前建造的，受制于技術經濟發展水平。當時依據的質量標準、選用的建筑材料性能以及施工技術水平等方面同現在存在一定差距，老舊小區住房普遍存在房屋老化、設備陳舊、設施不全、安全隱患突出等問題，已影響住戶的正常使用，同時由于節能標準要求不同，這些老舊小區大多沒有采取相關的節能措施，室內環境的熱舒適性較差。另一方面，老舊小區住房的大面積拆除重建對資源浪費太大。因此，根據老舊小區住房的實際情況，優先考慮對老舊小區住房進行修繕，不僅可延長老舊小區住房的使用壽命，美化小區環境，同時還可提高外墻、門窗等圍護結構的熱工性能，優化小區用能質量，繼而有效提高居住舒適性，實現節能減排，推動老舊小區住房安全、綠色、節能、環保的發展。

1 圍護結構修繕改造中節能技術研究

舊住房圍護結構修繕改造主要集中在外窗、屋面、外墻等方面，相關方面修繕改造技術的應用應綜合考慮舊住房的現狀條件，滿足安全、節能、美觀等要求，下面對圍護結構修繕改造中節能相關的技術進行分析。

1.1 外窗修繕改造

在建筑圍護結構中，相對于墻體，門窗傳熱系數較大，熱損失相應也比較大，約為墻體的5～6 倍，門窗節能改造是既有建筑領域實現建筑節能的重要途徑。舊住房中改善窗戶保溫性能的技術有以下幾種。

（1）加窗改造：在原有外窗的基礎上再增加一層窗戶，具體可以設置在內側或者外側，通過加窗改造，可以將原有的單層窗戶改造成雙層窗戶，新舊兩層窗戶之間的空氣層可以實現節能效果。

（2）整窗拆換：采用節能窗替換原有外窗，節能外窗應選擇熱阻性能高的窗框型材和節能玻璃。

（3）窗扇改造：將原有窗扇更換成帶有節能玻璃的窗扇。

一般來說，實腹鋼窗、鋁合金或塑鋼單玻窗的改造應優先采用窗扇改造；當外窗不宜改動，而窗臺又有足夠寬度時，可采用加窗改造措施；當外窗無法利用原窗框時，可采用整窗拆換的改造措施。

1.2 屋面修繕改造

上海地區八十、九十年代的多層住宅多為平屋頂，且未采取保溫隔熱措施，夏季屋頂受到太陽輻射非常強烈，頂層住戶的室內舒適度很差，空調能耗較高。屋面修繕改造技術包括屋面修繕加保溫改造、平改坡等，相關技術對改善頂層住戶舒適度、降低空調能耗非常有效，可根據不同情況采用。

1.2.1 屋面保溫改造

按保溫層所處的位置不同，屋面保溫可分為正置式保溫屋面和倒置式保溫屋面。根據原有屋面的情況，屋面保溫改造分為平屋面增設保溫系統、坡屋面增設保溫系統。通常，屋面保溫改造與屋面修繕工程同步進行。

屋面保溫改造適用于屋面熱工性能達不到節能標準要求或存在滲漏的情況。對于平屋面，若原屋面損壞無法利用，宜采用倒置式保溫屋面；若原屋面基本完好，宜采用正置式保溫屋面。

1.2.2 平屋面改坡屋面

住宅建筑屋面一般分為平屋面和坡屋面兩種形式，從應用范圍來說，平屋面因其簡單的構造形式，得到廣泛應用，但從節能效果來說，坡屋面的保溫隔熱要優于平屋面，特別是在夏季太陽輻射較為強烈的夏熱冬冷地區，因此，平屋面改坡屋面工程在上海舊住房改造中得以大規模實施。

平屋面改坡屋面的改造方式，適用于屋面熱工性能達不到節能標準要求或存在滲漏情況的低層、多層住宅，應結合既有居住建筑屋面修繕工程進行。

1.3 外墻修繕改造

相對于普通涂料，反射隔熱涂料的半球發射率和太陽光反射比較高，具有隔熱作用，因此，在夏熱冬冷地區，建筑物外立面施涂反射隔熱涂料，隔熱性能可以得到有效提升，從而降低空調能耗，節約能源。

反射隔熱涂料適用于涂料、面磚等不同飾面的舊住房外立面修繕工程，可替代普通涂料。但進行反射隔熱涂料飾面層的涂刷之前要保證原有基層安全牢固，并且基層的平整度、清潔度應該滿足涂裝要求，對舊住房表面不同基層可采取不同的處理措施：①對于涂料飾面，宜鏟除酥松部位后采用水泥砂漿修補至符合施工要求，并采用滲透性底漆進行處理；② 對于舊面磚、馬賽克等飾面，應對基層進行檢查，洗刷面磚，消除表面污垢，將飾面空鼓或酥松部位鏟除并修補后，采用界面劑進行處理；③對于清水混凝土、素磚墻面、水刷石等飾面，宜采用底漆進行處理。

2 圍護結構修繕改造技術節能減排量化研究

2.1 圍護結構修繕改造技術節能減排測算模型

目前，市場上常見的能耗計算軟件，如PKPM，是基于建筑能耗產生的原理開發的。為了分析圍護結構不同修繕改造技術的節能效果，本文通過軟件模擬計算建筑全年采暖空調耗電量。

選取3 幢典型舊住房A、B、C，建筑面 積分別 為1 594 m2、6 901.97 m2、3 158.5 m2，建筑結構分別為磚混結構、剪力墻結構、磚混結構，其他信息見圖1。三幢建筑均為職工住宅，在進行能耗分析時，采取傳熱系數單一變量原則，基準建筑主要圍護結構構造、熱工性能參數見表1。建筑的節能計算模型見圖2～4。

圖2 建筑A節能計算模型

表1 基準建筑主要圍護結構構造、熱工性能參數

圖1 不同類型舊住房基本信息匯總

2.2 單項圍護結構修繕改造技術節能效果量化

2.2.1 屋面修繕改造

2.2.1.1 屋面平改坡

根據軟件模擬測算，平屋面改坡屋面、平屋面改坡屋面結合保溫改造后屋面和頂棚不同夾角下建筑采暖空調能耗見表2。

表2 屋面和頂棚不同夾角下建筑采暖空調能耗

屋面實施平改坡后，建筑全年采暖空調耗電量有一定程度降低，屋面和頂棚夾角的越大，耗電量降低幅度越小.平改坡結合保溫改造后，相同夾角下，建筑全年采暖空調耗電量降低的幅度增大，可有效節約建筑能耗。另外，隨著建筑層數的增加，屋面修繕改造對于建筑節能效果的影響越小，這和屋面面積占外圍護總面積比例的變化有關。

2.2.1.2 平屋面保溫

圖3 建筑B 節能計算模型

圖4 建筑C 節能計算模型

根據調研，目前屋面常用的保溫材料包括擠塑聚苯板、泡沫玻璃保溫板、泡沫混凝土等，下面以《居住建筑節能設計標準》（DGJ 08—205—2015）中多、高層住宅屋面傳熱系數限值為目標，計算不同保溫措施的厚度要求以及節能效果，結果見表3。從表中可以看出，屋面修繕結合保溫改造后，可有效降低全年采暖空調耗電量。

表3 建筑采用不同保溫措施后節能效果分析

2.2.2 外墻修繕改造

在上海市地方標準《居住建筑節能設計標準》（DGJ08—205—2015）中，將用于外墻的反射隔熱涂料的隔熱效果以等效熱阻的形式計入外墻平均傳熱系數的計算中。根據《建筑用反射隔熱涂料》（GB/T 25261—2010），反射隔熱涂料等效涂料熱阻是指采用反射隔熱涂料時，與采用普通涂料相比，增強了墻體的隔熱保溫性能，增強的隔熱保溫性能依據其節能效果折算為反射隔熱涂料等效涂料熱阻。以前面提到的三種典型舊住房為分析對象，通過能耗分析軟件，計算使用不同等效熱阻的反射隔熱涂料對建筑能耗的影響，計算結果見表4。

表4 外墻用反射隔熱涂料建筑能耗模擬值

從圖5 中的數據可以看出，3 幢建筑全年采暖空調耗電量降低平均值、降低比例平均值分別約2.0 kWh/ m2、5.7%，反射隔熱涂料的應用可有效降低舊住房的采暖空調耗電量。

圖5 外墻用反射隔熱涂料建筑全年采暖空調耗電量降低值匯總

2.2.3 外窗修繕改造

根據調研，舊住房原來采用的單玻璃鋼窗傳熱系數可高達6.4 W/（m2K），修繕改造采用表5所列當前常用類型外窗，傳熱系數可顯著提升，甚至可達到上海市最新節能設計標準中規定的2.2 W/（m2K）的傳熱系數要求。

表5 外窗傳熱系數

典型住宅采用不同類型外窗，供暖空調能耗計算結果見表6，從表中數據可以看出，將原來單玻璃鋼窗更換為節能外窗后，典型住宅全年采暖空調耗電量明顯降低。

表6 建筑采用不同類型外窗的采暖空調能耗

2.3 組合圍護結構修繕改造技術節能效果量化

以前面提到的典型舊住房為研究對象，分析不同圍護結構修繕技術組合情況下的節能減排效果，考慮達到現行相關節能設計標準的規定指標要求，選取分析用屋面、外窗修繕技術，綜合考慮施工方便性、節能性，外墻選擇涂刷反射隔熱涂料。具體技術內容有以下幾種。

（1）屋面增加60 mm 厚泡沫玻璃保溫板，修繕改造后傳熱系數約0.8 W/m2K。

（2）建筑A、C 外墻涂刷等效熱阻為0.12 m2K/W 的反射隔熱涂料，修繕改造后外墻平均傳熱系數約1.48 W/m2K；建筑B 外墻涂刷等效熱阻為0.07 m2K/W 的反射隔熱涂料，修繕改造后外墻平均傳熱系數約2.65 W/m2K。

（3）外窗更換為木框中空玻璃窗5Low-E+9A+5，傳熱系數約2.2 W/m2K。

典型舊住房不同圍護結構修繕改造技術組合情況下，節能量匯總見圖6。由圖可見，組合修繕改造技術節能量同建筑規模、組合技術選用等都有關系，屋面、外墻、外窗均進行修繕改造時的節能量高于其中任意兩個部位實施修繕改造的節能量。

圖6 節能量匯總分析圖

3 圍護結構修繕改造節能減排實例

某上海老式石庫門里弄住宅建造于1921—1936 年，為二層部分帶三層閣樓，為提升居民居住質量，選取一棟建筑單體進行非抽戶式試點改造。

3.1 修繕改造方案

3.1.1 屋面保溫防水一體化

屋面防水層采用10 mm 厚氣溶膠二氧化硅氈材，在保留里弄房屋坡屋面風貌的基礎上創新性的提高了屋面保溫性能，所采用的憎水性輕質保溫材料氣凝膠二氧化硅保溫氈同時具備保溫和防水功能。

屋面翻新木屋架，新做的防水層采用10 mm厚氣溶膠二氧化硅氈材，屋面傳熱系數降低為1.03 W/（m2K）。

3.1.2 門窗

基于舊住房結構承載性考慮，采用輕質高強窗框型材的聚氨酯中空玻璃門窗，另該類門窗還具有較好的節能耐火性，傳熱系數可達2.0 W/（m2K），氣密性能屬《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》（GB/T7106—2008）中規定的第7 級（圖7）。

圖7 聚氨酯中空玻璃門窗

3.1.3 自然通風

改造后的樓梯間及主要功能房間采用自然通風的方式，通過設置老虎窗實現樓梯間自然通風，通過加設出屋面煙囪（含動力風帽）實現廚房煙道通風，見圖8。

圖8 改造后樓梯間與廚房間氣流示意圖

3.1.4 天然采光

通過加裝玻璃天窗實現閣樓天然采光，通過加設的屋頂老虎窗實現樓梯間天然采光，北側曬臺設置通透玻璃頂，改造后建筑功能布局透視圖見圖9。

圖9 改造后建筑功能布局透視圖

3.2 節能減排效果

采用PKPM 軟件建模并模擬計算建筑全年采暖空調能耗情況，能耗計算模型見圖10。

圖10 能耗計算模型示意圖

根據軟件模擬，修繕前建筑物單位面積總能耗為59.25 kWh/m2，修繕后建筑物單位面積總能耗為41.49 kWh/m2，修繕后單位面積總能耗下降30%，建筑能耗模擬情況見表7。

表7 建筑能耗模擬情況表

4 結語

老舊小區住房修繕改造中，部分技術的應用不僅提升了房屋本身的安全性、美觀性，同時也提高了房屋的節能性能。外窗修繕改造中有單層外窗加窗改造、整窗拆換以及窗扇改造，屋面修繕改造中有平屋面修繕加保溫改造、坡屋面修繕加保溫改造以及平屋面改坡屋面等，以及外墻修繕改造中涂刷反射隔熱涂料等。

基于典型舊住房模擬計算結果，屋面實施平改坡后，建筑全年采暖空調耗電量有一定程度降低，屋面和頂棚夾角越大，耗電量降低幅度越小，角度由10°增加至60°時，平均節能率由6.2%下降至4.2%，平改坡結合保溫改造后，相同夾角下，建筑全年采暖空調耗電量降低的幅度增大；采用反射隔熱涂料后，典型舊住房平均節能率約為5.7%；舊住房由單層窗更換為傳熱系數達到2.2 W/（m2K）要求的中空玻璃窗后，典型舊住房平均節能率約為8.2%。

某上海老式石庫門里弄住宅修繕改造工程結合木屋架翻新，采用10 mm 厚氣溶膠二氧化硅氈材新做屋面防水層，實現屋面保溫防水一體化，將普通單玻璃木窗更換為聚氨酯中空玻璃外窗。另外，通過設置老虎窗實現樓梯間自然通風，通過加裝玻璃天窗實現閣樓天然采光。根據模擬分析，修繕前建筑物單位面積總能耗為59.25 kWh/m2，修繕后建筑物單位面積總能耗為41.49 kWh/m2，修繕前后總能耗單位面積總能耗下降30%。