既有建筑節能改造研究與應用

于子皓

（山東港口煙臺港集團有限公司，山東 煙臺）

1 既有建筑項目節能改造目標

隨著全球能源危機的加劇和環保意識的提高，建筑行業的節能改造已成為刻不容緩的任務。既有建筑作為能源消耗的主要源頭之一，其節能改造對于降低能耗、提高能源利用效率具有重要意義。在深入市場的研究中發現，截至目前，既有建筑節能改造在實踐中已經取得了顯著的效果。通過對外墻、門窗、供暖、空調、照明等系統的改造，既有建筑的能源消耗量明顯減少，能源利用效率得到顯著提高。同時，節能改造還有效地改善了室內環境，提高了居民的生活質量。為實現對此方面內容的深化，以某城區102＃建筑樓為例，設計如表1 所示的節能改造目標。

表1 某城區102#建筑樓節能改造目標

2 既有建筑外窗節能改造

為使改造后的既有建筑能耗符合國家規定要求，對本項目建筑外窗進行節能改造[1]。該項目所在地區的建筑市場外窗以塑鋼窗、隔熱鋁合金窗為主，改造對象為普通住宅，上述兩種材料與該建筑中整體造價水平相當，因此選擇對這兩種窗型進行性能對比，從而選擇出最優的，最符合該項目應用的外窗類型。將塑鋼窗設置為A 窗型，將隔熱鋁合金窗設置為B 窗型。

首先，從安全性角度對兩種窗型進行對比分析：B窗型具備良好的抗風壓性能，A 窗型則需要結合工程實際風荷載強度，在內襯增強型鋼的結構設計，并且襯鋼最小壁厚應當大于或等于1.5 mm[2]。

其次，從保溫性能角度對兩種窗型進行對比分析：其保溫性能與材料、玻璃品種、內置氣體等都有著直接關聯。在相同配置條件下，A 窗型比B 窗型具有更好的保溫性能，A 窗型的傳熱系數比B 窗型的傳熱系數低0.3～0.4 W/（m2·K）[3]。

最后，從遮陽性能角度對兩種窗型進行對比分析：遮陽性能與玻璃遮陽系數有著直接關聯，玻璃遮陽系數為玻璃自身光學屬性，而外窗遮陽性能外窗綜合遮陽系數SC 有著更直接影響[4]。為使遮陽系數在改造后能夠符合上述目標，可采用“白玻+外遮陽措施”或“Low-E 玻璃+外遮陽措施”等方式實現優化。

根據上述分析，設計兩種不同的既有建筑外窗節能改造方案[5]。其中方案一采用推拉塑鋼窗；方案二采用推拉斷橋隔熱鋁合金窗。對這兩種方案進行不同規格以及不同玻璃品種的配置，得到如表2 所示的改造方案。

表2 既有建筑外窗節能改造方案

結合表2 中設計的兩種既有建筑外窗節能改造方案，對其各項性能進行對比分析。為了方便比較，繪制如表3 所示的表格。

表3 兩種既有建筑外窗節能改造方案各項性能參數對比

3 既有建筑外墻節能改造

建筑外墻是圍護結構中重要的組成部分，外墻的熱損占結構總體熱損的32%～34%，通過對既有建筑外墻的熱工性能進行改造，可以有效降低建筑物整體能耗。本項目既有建筑外墻墻體所選材料為厚度240 mm 的黏土實心磚，該材料為我國住宅建筑傳統材料[6]。對本項目既有建筑外墻墻體節能改造而言，需要結合施工的安全性以及施工中對住戶影響等方面進行綜合考慮，最終決定保留該建筑原有墻體基層。在此基礎上，對外墻內保溫技術和外墻外保溫技術進行對比，選擇最佳保溫技術方案[7]。墻體內保溫技術是指在墻體結構的內側采用粘結劑粘接或者機械固定，然后在隔熱材料外面做保護層和飾面的施工方法。優勢：受自然條件（雨、霜）的影響小，靈活多變，無須搭建腳手架，建造起來也比較容易[8]。不足：主要是通過抹灰、粘接等方法將內部的裝修材料如墻紙、墻磚等破壞掉，同時還需要移動電話、空調等掛裝物或者是家具，這些都會影響到住戶的日常生活。不能在室內對梁柱部位做內保溫，易產生“熱橋”。

外墻外保溫技術優勢：外部保溫層既能對建筑物本體進行物理保護，又能防止主要建筑物的溫差過大，降低了建筑物的熱應力，提高了建筑物的使用壽命；將梁、柱熱橋位置設置在室外，對墻體進行有效隔熱，增強了墻體隔熱的整體性、有效性，并能防止墻體內凝結；室內保溫層位于室外，墻體的蓄熱能力較高，室內的熱舒適度較好；采用外墻保溫技術，降低了對居民日常生活的影響。不足：項目成本較高；外部保溫層在惡劣的使用環境下，要承受雨水沖刷、凍融暴露等各種天氣狀況，有可能導致保溫層或面層剝落。從科學合理的角度來看，采用外墻外保溫結構是一種先進的、更具應用前景的保溫節能技術，更適合于建筑的節能改造。相較于內部保溫，外部保溫能大幅降低材料消耗，在同樣厚度、同樣材質的情況下，外部保溫較內保溫降低1/5 左右，在經濟性上更具優勢。

綜合上述分析，采用外墻外保溫技術對其進行節能改造。在確定改造方向后，得出四種不同的外墻節能改造方案，如表4 所示。

表4 四種既有建筑外墻節能改造方案

4 節能改造方案模擬與應用

在上述內容的基礎上，構造建筑幾何模型，保留除建筑外窗性能外的其他結構信息與參數，按照表2、表3所述的內容，進行既有建筑節能改造的模擬，模擬過程中，設置建筑內居民住戶對太陽能熱水器的利用率為80%，以此為依據，進行模擬外窗改造后的建筑單位面積全年能耗量分析，如圖1、圖2 所示。

圖1 模擬外窗改造后的建筑單位面積全年能耗量

圖2 模擬外窗改造后的建筑節能率統計分析

從圖1、圖2 中的內容與相關數據可以看出，被改造后，建筑單位面積能耗呈現下降趨勢，即應用改造方案一、方案二后，建筑單位面積全年能耗量顯著下降，建筑節能率存在一定程度的上升。在此基礎上，當選用同一品種Low-E 玻璃時，對改造方案一、方案二的應用效果進行分析，分析后發現，改造方案一的塑鋼窗節能效果略優于改造方案二的斷橋隔熱鋁合金窗，針對統一改造方案而言，高透、中透、低透材質的選用對于建筑整體節能率的影響相對較小，但在節能效果相較無顯著差異的情況下，中透Low-E 玻璃的透光性能較好，將其應用在建筑中，可以使建筑室內的采光更優。綜合多種因素，決定使用改造方案一進行既有建筑的節能改造設計，對應的玻璃配置按照中透Low-E 玻璃選型即可。

按照上述方式，參照表4，進行建筑外墻設計方案的模擬，分析改造方案一、方案二、方案三、方案四應用后，建筑單位面積全年能耗量與節能率，如圖3、圖4 所示。

圖3 模擬外墻改造后的建筑單位面積全年能耗量

圖4 模擬外墻改造后的建筑節能率統計分析

從圖3、圖4 中的內容可以看出，改造方案三的節能優勢十分顯著，使用中，其中改造方案一、方案二中的材料大多以成品進入現場，材料板的尺寸固定，在施工現場可以采用切割、裁剪的方式進行板材使用，此種改造方案更加適用于建筑中大面積的外墻改造，在施工中具有效率顯著等優勢。

在對試點工程102＃建筑的現場勘查中發現，102＃建筑的南向陽臺占有面積較大，建筑體形整體呈現“凹凸”形狀，且建筑的四面墻體外部均掛有空調外機設備，如果使用改造方案一、方案二，進行既有建筑節能改造，在粘貼保溫板前需要輔助一些工具或電熱絲進行板材的切割加工，如果是整體外形較為復雜的墻體，使用改造方案一、方案二會極大程度上的增加改造施工的工程量，而且還會造成施工中一些板材出現浪費的現象，在一定程度上增加隱形成本。與改造方案三、方案四相比，改造方案一、方案二基本可以被排除，改造方案三在現場采用噴涂施工方式、改造方案四在現場采用抹灰施工方式，處理后墻體幾乎無結塊，且在施工中，沒有剪裁、切割、加工等無用工序，在進行復雜區域外墻的施工時，可以根據具體需求酌情控制材料的厚度，具有施工便捷、損耗較小等優勢。

從圖3、圖4 中看出，改造方案三在應用中的節能優勢顯著，但在對此方面內容的深入研究中發現，改造方案三中選用的聚氨酯泡沫保溫板綜合造價較高，是改造方案一、方案二中選用材料造價的2 倍～3 倍，是改造方案四中選用材料造價的4 倍～5 倍。因此，在綜合對比分析后，決定選用改造方案四作為既有建筑的外墻改造計劃。

綜合上述研究：在進行既有建筑外窗節能改造時，優選改造方案一，按照中透Low-E 玻璃選型；在進行外墻改造時，優選改造方案四，按照玻化微珠保溫膩子選型。

結束語

未來，隨著科技的不斷進步和政策的持續支持，既有建筑節能改造將迎來更大的發展機遇。一方面，政府將繼續加大對既有建筑節能改造的支持力度，推動相關政策和法規的完善；另一方面，企業和科研機構將繼續加強既有建筑節能改造技術的研究和開發，推動新技術的應用和普及。同時，隨著居民對環保和節能的認識不斷提高，既有建筑節能改造的需求也將不斷增長。通過加強政策支持、加大投入、推動科技創新等措施的實施，我們相信既有建筑節能改造將會取得更加顯著的成果，為促進可持續發展做出更大的貢獻。