被动式节能技术在既有居住建筑改造中的应用

方 荔 华

(莆田学院土木工程学院，福建 莆田　351100)



被动式节能技术在既有居住建筑改造中的应用

方 荔 华

(莆田学院土木工程学院，福建 莆田351100)

结合我国居住建筑的节能现状，分析了我国居住建筑被动式节能设计的发展趋势，并从外墙、屋面、外窗、自然通风等方面，阐述了莆田市既有居住建筑节能改造措施，有利于实现建筑的可持续发展。

居住建筑，节能设计，外围护结构，自然通风

0　引言

目前，中国正处于加快推进工业化、城镇化和新农村建设的关键时期，建筑、工业和交通成为能源消耗的三大主力行业。随着城镇化建设的逐步深入，建筑总量持续攀升，同时生活水平的提升也使得人们对建筑的功能、舒适性要求提高，这些都将使得建筑能耗在总能耗中的比重进一步加大。

建筑节能设计，实现建筑全生命周期内的低能耗、低排放，是节能减排、走现代化可持续发展之路的发展趋势。我国既有居住建筑量大、面广，即便执行了建筑节能标准，与西方发达国家相比，不仅能耗高，舒适度更是难以满足要求。因此，对既有居住建筑进行节能改造具有很好的推广意义。

1　我国居住建筑节能现状

1.1我国居住建筑节能标准

为了节约能源、改善居住热环境，我国制定了不同气候地区的居住建筑节能设计标准，为居住建筑节能提供了标准和依据。

2015年1月1日起，DBJ 13—62—2014福建省居住建筑节能设计标准全面实施，该标准重新划分福建省节能设计气候分区，分为夏热冬冷地区、夏热冬暖地区北区和夏热冬暖地区南区，夏热冬冷地区不再执行夏热冬暖地区北区规定，制定了福州市市辖区和厦门市更高的节能水平标准。JGJ 75—2012夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准等国家节能标准和DBJ 13—62—2014福建省居住建筑节能设计标准的实施，有力推进了福建省居住建筑节能工作的开展。

1.2居住建筑节能方式

目前，对于居住建筑节能设计主要有两种方式：主动式节能和被动式节能。

主动式节能主要是指在建筑使用的过程中通过对辅助建筑设备的改进提高其工作效率的节能方式[1]。现代建筑往往利用机械设备耗能来创造舒适的室内热湿环境和采光环境，采暖供热、空调制冷等等这些系统运转都是以巨额的能源消耗为基础的。由于居住建筑具有空间零散，规模小等特点，机械设备整体运转受限，所以通过降低机械设备能耗的主动式节能应用较为局限。

被动式节能是指在建筑全生命周期内，不依赖外部能源输入和建筑设备系统，完全通过建筑自身设计来实现建筑节能的方式[2]。被动式节能通过优化建筑自身设计，最大限度地利用诸如阳光、气温、地形、风力和植物等自然条件来自动调节室内物理环境，创造适宜的居住和工作条件，不需要额外的能源消耗，从根本上降低建筑采暖、空调、通风等能耗。因此，被动式节能成本低廉，节能效果比主动式节能明显，在居住建筑节能设计中逐渐被推广。

2　我国居住建筑被动式节能设计发展趋势

被动式房屋(或被动式建筑)起源于德国，是基于被动式技术而设计的节能建筑物。被动式房屋是低能耗建筑，需要满足“被动房标准”的要求。同时，被动式房屋的设计理念也是一种实现建筑环境可持续发展目标的方法。“被动房”利用建筑自身设计，而不通过机械设备耗能来满足建筑物理环境的要求，把建筑能源消耗量降到最低，从而形成节能、环保等建筑环境可持续发展目标的“被动式体系”。

在中国，被动房起步较晚，2014年全国住房城乡建设工作会议提出，新一轮的城市化改造将力推被动房，十年内达到50%覆盖率的目标。据不完全统计，2014年，全国28个项目单位的40栋被动房示范建筑被列入住房和城乡建设部科学技术项目计划，总建筑面积40万m2，气候区涉及到严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、青藏高原等气候区[3]。根据示范项目建成的效果来看,居住建筑通过被动式节能设计，可以明显改善室内空间热环境，有效降低建筑设备能耗。“被动房”在居住建筑中将逐渐得到推广和广泛应用。

3　莆田市既有居住建筑被动式节能设计改造措施

莆田市既有居住建筑面积庞大，建造年代不同，普遍节能水平低下，无法满足日益提升的节能标准要求。因此，莆田市居住建筑节能不但要对新建建筑采取节能措施，而且要对既有建筑进行大范围的节能改造，这样才能够从根本上改变居住建筑节能落后的局面。

住建部颁布的行业标准JGJ/T 129—2012既有居住建筑节能改造技术规程，对我国不同气候区的既有居住建筑节能改造作出相应的规定。对既有建筑进行节能改造，应根据当地气候条件、经济技术水平，因地制宜进行全面或部分的节能改造，严格控制改造的成本并综合考虑改造施工实施的难易程度。

莆田市属典型的亚热带海洋性季风气候,多年平均气温18 ℃～21 ℃,夏季最热月(7月)平均温度28.2 ℃,极端最高气温超过39 ℃，冬季最冷月(2月)平均温度11.9 ℃。除少数天气比较寒冷外,基本可以不用采暖,属于夏热冬暖地区北区。根据GB 50176—93民用建筑热工设计规范(见表1)，夏季隔热是莆田市居住建筑节能设计的重点。相对于新建建筑节能设计，在既有建筑节能改造中，被动式技术的应用存在一定的局限性。文章针对莆田市气候特点和既有居住建筑现状，提出几点适合莆田地区的被动式节能改造技术。

表1　建筑热工设计分区及设计要求

3.1外围护结构节能改造设计

1)外墙节能改造设计。

外墙传热造成的热损失在建筑外围护结构中占的比例最大，因此必须重视外墙节能设计。外墙增加保温隔热层，可以提高墙体热阻，降低传热系数，增强墙体隔热能力，但往往忽略了墙体表面散热状况。多年建筑节能推广实践证明南方地区一味通过提高墙体的热工性能以达到提高围护结构节能率的目的，社会经济效益并不高[4]。因此，对莆田市居住建筑外墙的节能改造要采用更合理的措施。

研究表明，夏热冬暖地区既有居住建筑外墙节能改造应优先采取在外墙表面施涂反射隔热涂料、浅色饰面、墙面绿化等做法[5]。建筑外墙面施涂反射隔热涂料或采用浅色饰面材料，在夏季能反射较多的太阳辐射得热，减少围护结构传热得热，可有效改善室内热舒适性和节约夏季空调能耗。对外墙进行垂直绿化可以直接遮挡部分太阳辐射，改善墙体的保温隔热性能。在东、西面外墙种植攀援类或垂吊的藤本植物，如爬山虎、络石等，简便易行，造价低。

2)屋面节能改造设计。

在建筑物受太阳辐射的各个外表面中，夏季屋顶受辐射得热是最多的，相当于东西向墙体的2倍～3倍。莆田市既有居住建筑屋面的节能改造，平屋面可改造成种植屋面或坡屋面；当保持平屋面时，可以通过涂刷反射隔热涂料、设置遮阳棚架和浅色饰面材料等来实现。

屋顶涂刷反射隔热涂料和浅色饰面，可以减少屋面太阳辐射得热，将大大降低屋面内、外表面温度和顶层房间的夏季热负荷。采用百叶板遮阳棚和种植爬藤植物遮阳措施直接遮挡部分太阳辐射，可以改善夏季屋面隔热性能。种植屋面是隔热效果最好的做法，也是夏热冬暖地区进行屋面热工性能改善的良好手段，但成本相对也较高。

测试表明，夏季顶层空调房间做有效的遮阳构架，屋顶热流强度可以降低约50%，屋顶绿化可降低室内表面温度约7 ℃，外墙面绿化可降低室内温度3 ℃～5 ℃[6]。

3)外窗节能改造设计。

与采取节能措施的屋面及墙体相比，老旧的居住建筑，门窗保温隔热性能较差，同时加上日常使用中的频繁开启，成为影响建筑物能耗的主要因素。尤其是建筑外窗，窗玻璃在窗框面积比中所占比例很大，是建筑围护结构中的薄弱之处。莆田市既有居住建筑外窗节能改造，可采用玻璃贴膜、更换高性能节能窗以及采取遮阳设计等措施。

莆田地区既有建筑的外窗大多采用普通单层铝合金窗，隔热性能差、气密性差。因此，节能改造设计应更换传热系数小、气密性好的节能窗，通常选择铝合金和PVC型材的中空玻璃窗和Low-E玻璃窗、热反射镀膜玻璃窗。夏季太阳辐射强烈，在节能改造设计时应重视东、西方向主要房间外遮阳，有效设置建筑外遮阳可减少室内辐射得热。如在玻璃窗外加设一道百页窗的外遮阳，夏季遮挡太阳辐射的同时可开窗通风对流，简便易行。

更换高性能节能窗户和增设遮阳装置，对原有建筑结构影响最小。因此，外窗节能改造收益大，在节能改造设计过程中应该优先考虑。

3.2自然通风节能改造设计

根据研究，“夏热冬暖地区，当夏季外门窗关闭，不透风又不开空调时，即便室内温度在26 ℃左右，人也感觉闷热。而在自然通风下，只要室内温度不超过29 ℃，相对湿度不超过80%，人会感觉比较舒适”[7]。因此，被动式节能设计应考虑加强建筑自然通风，提高室内品质和热舒适性。

莆田地区具有较好的自然通风条件，季风明显，在夏热季节(4月～9月)，盛行东南风，滨海风大，自然通风潜力好。风压是居住建筑实现自然通风的主要动力，尽量减少室内空间分隔，通过过道和门窗等改造设计，降低室内风压形成的阻力，诱导室内外空气流通，形成贯流通风。

莆田市过渡季节和夏季夜晚室外温度较低时，可以充分利用自然通风。通过外窗改造设计，增大外窗可开启面积，减少空调开启的时间。自然通风节能改造也可结合外墙设计，如双层玻璃幕墙，利用热压作用实现通风目的，但成本、施工难度相对也较高。德国埃森RWE办公楼双层幕墙设计，据测算，通过应用双层幕墙使建筑的自然通风率达到70%，节能30%[8]。

4　结语

对既有建筑节能改造应结合当地气候条件、经济技术水平，既改善室内热环境。

居住建筑被动式节能设计强调优化建筑设计、降低建筑使用时所需的负荷，是节能减排、走现代化可持续发展之路的发展趋势，对既有建筑进行被动式节能设计探讨具有重大的意义。

[1]刘东旭.北京地区住宅建筑被动式节能设计研究[D].北京：北方工业大学,2011:16.

[2]魏园园.被动式节能技术在建筑改造中的应用策略研究[D].杭州：浙江工业大学,2015.

[3]张小玲.我国被动式房屋的发展现状[J].建设科技,2015(15):16-23.

[4]张志昆.福建省夏热冬暖地区居住建筑节能率目标的研究与实施建议[J].福建建设科技,2014(4):80-82.

[5]卢凌寰.夏热冬暖地区既有建筑围护结构节能改造技术研究[J].建筑节能,2015(10):93-96.

[6]范伟,任俊.夏热冬暖地区生态建筑的应用探讨[J].广州建筑,2006(1):7-11.

[7]林建峰.夏热冬暖地区被动式节能设计技术探讨——以福州大学建筑节能示范公寓为例[J].福建建筑,2012(9):21-24.

[8]郭笑平.埃森RWE办公楼(德国)[J].世界建筑,2000(4):38-41.

Passive energy-saving technology in the application of existing residential building renovation

Fang Lihua

(PutianUniversity,CivilEngineeringCollege,Putian351100,China)

Combining with the energy-saving of the residential buildings in China, the paper analyzes the development of the passive energy-saving design in the residential buildings, and illustrates the energy-saving reconstruction measures for the existing living buildings in Putian City from the exterior wall roof, external windows, and natural ventilation, so as to realize the sustainable development of buildings.

residential building, energy-saving design, exterior enclosure structure, natural ventilation

1009-6825(2016)21-0189-03

2016-05-15

方荔华(1978- )，女，硕士，讲师

TU201.5

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