既有建筑围护结构节能改造之浅见

上海市能源研究所 倪德良

建筑节能是我国十大节能工程之一。当前新建节能建筑已100%执行居住建筑和公共建筑两个节能设计标准。政府有关管理部门、房产开发商及房屋使用者对此均已形成共识。今后要做的工作主要集中在逐步提高节能标准和建筑绿色生态化。

1 既有建筑节能改造应是建筑节能的重点

1.1 既有建筑节能改造的基本特点

相对于新建节能建筑，既有建筑节能改造（以下简称既改），它有自己的特殊性。首先它不同于新建节能建筑，也不同于危棚简屋等旧小区的综合改造。它的改造是在不迁离住宅建筑的居民包括老弱病残和婴幼等弱势群体，公共建筑的公共服务人员包括办公建筑的办公人员、商旅建筑的顾客、学校建筑的师生、医院建筑的医务人员和病员等等的情况下进行的。这些人群会经常出没于施工现场，这就给既改施工管理上带来难度，提出许多新的要求。如现场安全和消防等需要更为严格的措施保证；工程监理需要全方位、全时段监管，因此需要更多的现场监理和责任心更强的监管人员；施工规范更要以人为本，更要突出保障措施，尤其对需要动火的或易发生火情的操作必须加强警惕；对操作人员必须严格审核其资质和技能，操作现场必须有预防万一的措施；施工现场需要多点和全过程设置警示牌。

其次对居住建筑的既改，房屋的私有性，居民对既改认识的差异性，对既改要求的多样性，一些居住房空置、出租等复杂性以及既改的管理部门如建设、房管、街道、居委、业委、物业等的多元性，给既改工作增添不少协调工作内容和实施难度。管理部门之间的推诿、扯皮，业主与施工方的纠纷等时有发生。对公共建筑的既改，由于公共建筑属性不同，对实施既改的要求也有很大的差异，在施工时也应有所区别。这一切需要加强宣传和解释，需要出台相应的政策去引导，需要用特定的规章制度去规范，要用研讨方式统一意见，用协商方式解决纠纷。总之，基本特点决定思路、工作和要求。

1.2 既改节能潜力大、见效快和意义重大

尽管既改有其工作新、难度大的一面，但仍应大力推进。因为相对于新建节能建筑，它具有节能潜力大，见效快和意义重大等特点。所谓节能潜力大是因为既有建筑的存量中非节能的要占90%左右，它们均将逐步实行改造。所谓见效快，是指一旦改造完毕，即可显示它的节能与舒适效果，不像新建筑从设计、施工到用户入住，体现其节能性、舒适性要有2—3年甚至更长的过程。通常既改工程时间长的数月、短的数周即可完成，其中门窗改造按照保留窗框的改造方法，对居住用户必须当天施工当天完成，因而也当天见效。所谓意义重大，既改不仅节能、节约资源从而产生经济效益和增加社会就业率，而且是以人为本社会发展战略的重要组成部分。既改后居民或公建人员的生活、工作、就医和学习等等的环境得到相当大的改善，是一项重大的民生工程，对构建我国社会主义和谐社会有巨大的促进作用。

1.3 既改刚起步，要做的工作还有很多很多

由于本市和我国既有建筑节能改造才不久，还处于示范试点阶段，经验不多，整套的改造经验几乎没有，沉痛的教训倒不少。这说明上至有关管理部门，下至每一个实际施工操作人员对其特殊性、重要性和复杂性认识不足，尚未形成共识，取得的经验与教训尚待认真研讨和反思，从而上升到理论、法规、制度和体制、机制层面去思考、落实。今后要做的工作确实很多很多，例如既要制订既改通用规程又要有分类细则；既有建筑节能改造的门槛应如何建立，要研究从实际出发弹性贯彻节能标准，不同档次、屋龄和性质的建筑应怎样区别对待，一个建筑的节能改造能否分步实施和分期达标；节能改造的技术如何评价和选择；施工中如何尽量少扰民，施工企业要研究特殊的施工程序、方法，验收制度也应从实际出发，加以创新；节能改造中节能产品的研发和制造企业以及施工安装企业如何分享节能优惠政策，以保护其节能改造的积极性；节能改造的经费应如何筹措才更合理；施工中如何突出城市安全这个大问题；确保质量、安全的保障措施经费如何真正优先落到实处等等。

总之，当前既改工作千头万绪，有些管理人员已产生害怕心理。显然只有正确面对，知难而进，迎接挑战才是可取的态度。

从以上建筑节能和既改工作的现状、作用意义和效果来考虑，既改工作应该成为今后建筑节能工作的重点。

2 近期既有建筑节能改造的重点是公共建筑

上海公共建筑能耗从1996年的212.11万tce增加到2009年的1229.7万tce，净增480%，年均增37%。而住宅建筑能耗从1996年338.3万tce到2009年的697万tce，净增106%，年均增8.2%。可见，公共建筑能耗不仅比住宅建筑能耗总量大，而且增速快得多。

2007年上海城镇住宅建筑总面积为4.33亿m2，公共建筑为1.71亿m2，而2007年上海公共建筑能耗为935.85万tce，比上海城镇住宅建筑能耗563.43万tce大370万tce，公共建筑单位建筑面积的能耗强度是住宅建筑的4倍，采暖空调的能耗强度更高。可见，公共建筑能耗总量大，强度高。

当前公共建筑领域能源利用效率尚不高，相当一部分用能设备及技术还较落后，能耗较高，如在制冷中央空调中，绝大多数企业未采用随负荷变化的冷机台数控制系统技术等；大楼围护结构单薄，单玻门窗和幕墙量大面广，外逸能量严重；能源管理欠重视，不到位等等。应该说公共建筑领域节能潜力依然巨大。

因此，公共机构和三产中商贸旅办等公共建筑节能改造是上海既有建筑节能改造的重点，也是产业节能改造的重要领域。

此外，公共建筑节能改造的资金源比较容易落实，如财政支出性公共建筑改造资金自然仍由财政支付，这类公共机构节能改造可优先进行，也比较容易进行；商业性公共建筑改造资金由业主承担，因为通常业主均有一块发展资金可用于改造。总之，公共建筑相对于住宅建筑，资金容易筹措。公共建筑单位对节能意义的宣传比较容易接受，考虑问题也比较理性。

虽说公共建筑节能改造是重点，但并不是说不要抓住宅建筑的节能改造。当前在某些小区示范试点基础上稳步推进节能改造也是需要的，最好尽快把节能改造纳入旧住宅小区综合改造之中。

3 既有建筑围护结构节能改造的重点应是外门窗改造

建筑围护结构包括外墙与外门窗。通常居住建筑围护能耗占空调能耗的65%～70%；公共建筑围护能耗占空调能耗的25%～50%，它取决于公共建筑的类型、建筑参数、人流量、新风量和照明、电器等发热量大小。

通常居住建筑的窗墙比公共建筑小，但有不断扩大的趋势。

下面把外门窗和外墙都作为一个建筑耗能部件来考察它们的能耗情况。能耗考察从室内外温差传热、太阳辐射和泄漏三个方面进行。

3.1 从室内外温差传热角度考察（温差能耗）

设某房间为典型的朝南无阳台、无遮阳、有空调，其建筑窗墙比为0.33，则由窗传递的热损占围护热损的61%，由墙传递的热损占围护热损的39%，由此表明外门窗确是建筑围护能耗的主要通道。

3.2 从太阳辐射角度考察（太阳辐射能耗）

太阳辐射在夏天是建筑物致冷能耗的主要因素之一，在冬天却是节约建筑采暖能耗的重要因素。

夏天，太阳辐射可以透过门窗的透明玻璃体，包括直接透入和通过热辐射的间接透入。太阳辐射虽不能直接透过外墙入室，却可以通过外墙热辐射间接透入室内。

夏天在有太阳时，它通过门窗对房屋热损的影响可能比门窗室内外温差导致的热能损耗（温差能耗）更甚。但在夏天的致冷空调时段内也有相当部分无太阳辐射影响的时段，而温差能耗存在于整个空调时段内，因此，平均说来，太阳辐射的影响要低于温差热损作用的。若再考虑冬季时太阳辐射可节约采暖能耗的积极作用，抵消了相当部分夏季空调致冷能耗后，可以认为，从全年来考察太阳辐射对建筑门窗能耗的影响远小于温差能耗。

3.3 从建筑泄漏角度考察（泄漏能耗）

泄漏也是建筑能耗的重要因素，无论冬天、夏天它均起作用，但冬天比夏天更甚。从对全年能耗影响看，它接近于太阳辐射能耗。通常认为它只存在于外门窗中，不存在于外墙中。这就是为什么节能标准中把气密性作为门窗强制执行条款的原因。

通过以上讨论分析，门窗全年能耗的分项能耗系数为表1所示。

表1 全年门窗能耗的分项系数值

3.4 综合分析

将上述分项考察综合起来，经估算，居住建筑中外门窗能耗约占空调能耗的35%～45%，并取决于房间所处的建筑位置。普遍的情况是有阳台和门连窗，而山墙上不设窗，此时门窗能耗约占空调能耗的40%。而处于建筑中间的住户，主朝向通常为南向，其窗墙比按0.33估算，该房间的窗户能耗约占空调能耗的45%。这与有南阳台和门连窗（窗墙比约为0.4）的房间之门窗能耗相近，因为阳台起了很好的遮阳作用。对封阳台又拆除了门连窗部位的房间，窗墙比更大（0.55—0.60），窗户能耗占空调能耗可超50%，此时外墙能耗只占空调能耗的15%～20%，公共建筑中由于窗墙比更大，所以与外墙相比窗户能耗占空调能耗的比例也更大。总之，民用建筑中外门窗能耗是建筑围护空调能耗的大头，节能改造的重点应放在外门窗上。

4 外门窗节能改造应重点推广保留窗框的改造方法

传统的门窗改造主要有整窗换新改造和加窗改造两种。整窗换新改造方法，即将原窗的框、扇整体拆下，然后安上新的节能窗，再密封回填和粉刷的方法。也有人探索保留窗框的门窗节能改造方法。

4.1 保留窗框节能改造方法的优点

主要优点是较少扰民，较快施工，较低成本和较高的资源综合利用率。

所谓较少扰民包括不影响原房屋的室内装潢，能避免改造中因敲墙引起了尘土飞扬和改造后往往产生的窗墙间渗漏隐患，改造能做到当天改造完毕，不造成业主无窗过夜的不安全感等等。所谓较低成本是相对于整窗改造而言的，因为整窗改造不仅采用新窗，而且在改造中还要增加拆窗费和安上新窗后的密封性回填和粉刷费等，因此不拆窗框改造法的成本通常低于或等于新窗，远低于整窗改造成本。所谓较快施工也是相对于整窗改造而言的。由于不拆窗框，自然也不用回填和重新粉刷，因此均可在一天之内完成，这是整窗改造所不能做到的。所谓较高资源综合利用率是指原窗除玻璃外可在节改窗上继续使用的材料比例，经测算，资源综合利用率在36%～100%之间，并取决于门窗的式样、材质与改造方法。因此这类改造方法确是既有建筑门窗节能改造之首选。

4.2 保留窗框节能改造方法简单易行

通常窗户节能改造有三条途径，每条途径各有几种具体的方法，用户可根据

实际需求有组合地选择改造方案。

1）降低传热系数，减少温差能耗途径

将普通窗的单层玻璃换成中空玻璃，更高档的可使用真空或真空中空复合玻璃。后者主要用于隔声降噪目的。为了配合遮阳要求，可使用中空镀阳光控制型Low-E膜玻璃，还能进一步降低传热系数。

另一方法是将金属窗框和扇框换成高热阻材料如换成断桥隔热材料及塑钢材料或用高热阻材料将金属框架包覆起来，通常的办法是包塑，以降低其传热系数。经过此改造后的门窗外观上也如同新窗。

2）提高密封性，降低泄漏能耗途径

改造中加强密封性即用高档或优质的密封材料如三元乙丙胶条、复合材料胶条和优质硅胶等，代替所有原来的失效或劣质材料，以使其密封性达到节能设计标准要求。此外，在改造中常在门窗框扇间增加一道密封，进一步提高其密封性。这和新建节能建筑中的门窗并无二致。

3）降低太阳辐射能耗途径

降低太阳辐射能耗的主要途径是采取外遮阳措施。外遮阳措施有多种，如改造或重建水平或垂直遮阳挡板；选用有遮阳作用的玻璃如镀膜玻璃、着色玻璃和涂膜玻璃等制作中空玻璃；在玻璃上贴膜或涂膜；也可在窗户改造中同时配置活动外遮阳，如移动式或平开式百叶窗、收取式百叶帘、集成外遮阳捲窗和简易卷帘等等。将来还可能采用光谱自调制玻璃或智能玻璃等。

此外，由于改造前的旧门窗之五金件大多失效，以致原门窗的安全使用操作性能严重下降，因此在改造中一律更换原有五金件，使改造后的门窗和新窗一样，启闭自如，并安全可靠。

5 门窗节能改造宜同步或一体化实施外遮阳措施

太阳辐射是建筑物夏季制冷空调的重要负荷之一。欲降低外墙与屋面的太阳辐射能耗，主要是加强它们的隔热保温能力。一般对外墙很少采取遮阳措施，在许可的条件下种植如爬山虎等能攀爬墙体的绿叶植物与屋顶绿化等是较为常见的外墙遮阳措施。降低门窗的太阳辐射能耗的主要措施为窗户设置外遮阳以降低太阳辐射直接进入室内造成的热增益。

5.1 门窗与遮阳一体化的节能改造

真正的一体化方法是在制作门窗中空节能玻璃时将室外侧玻璃镀上或涂上具有一定遮阳系数值的遮阳膜层，最后把内外两片玻璃密封制成中空玻璃。这类膜层包括阳光控制型Low-E膜、透明热反射膜和光谱自调制膜层等。在中空玻璃内安置收取式具有一定反射作用的百叶帘也属一体化装置。另一类准一体化装置是在设计拉制窗用型材时已将遮阳用轨道考虑了进去，在安装节能窗扇时同时安装遮阳装置。

一体化装置主要缺点是无需遮阳时无法取下，因此不适用于居住建筑，但可用于公共建筑。

5.2 可与门窗节能改造同步实施的外遮阳节能装置

凡是能够同步改造实施的自然无需分成两次改造实施，多搞一次必多扰民，经济上也一定多支出。

通常可与窗户节能改造同步实施的遮阳措施有在窗外安装依托导轨的推拉式百叶窗，它适用于无阳台的朝南房间和有东、西窗的场合。在窗子为推拉式时，也可安装平开式百叶遮阳窗。对高档住宅或别墅可安装外遮阳集成捲窗等。已经封了阳台而又拆掉了门连窗部位的，最好配置水平或稍有倾斜的固定遮阳板（雨蓬也行），再选加诸如收取式百叶帘、捲取式布质遮阳帘、隐形纱窗式遮阳帘等窗外遮阳设施。公共建筑通常选用 更为高级、耐久的遮阳设施如电动、遥控的金属百叶，多功能外遮阳捲窗和智能遮阳等等。