江苏镇江地区围护结构节能改造对居住建筑能耗的影响

焦 琥，朱华德，卢 镇，贡 达（江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 镇江 212000）

江苏镇江地区围护结构节能改造对居住建筑能耗的影响

Contribution of Building Envelop Renovation to Residential Building Energy Consumption

焦 琥，朱华德，卢 镇，贡 达（江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 镇江 212000）

以镇江地区典型老旧小区6层建筑为模型，利用清华斯维尔节能设计软件(BECS)计算单独采用外墙、外窗、屋顶以及综合采用节能措施后的能耗。在此基础上研究镇江地区常用围护结构节能改造技术对居住建筑能耗的影响。这为既有居住建筑的节能改造设计提供参考。

既有居住建筑；围护结构；节能改造；能耗

夏热冬冷地区既有居住建筑普遍缺乏节能措施，室内舒适性较差[1]。近年来，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，镇江地区居民越来越多的采取措施解决住宅夏冬季的室内热环境问题，住宅空调和采暖需求逐年上升。既有居住建筑节能改造不仅能够降低供暖空调能耗，而且可以改善人居环境，已经成为镇江地区政府部门节能减排的一大利器[2]。

建筑的“节能增效”包含“节能”、“增效”两层含义[3]，“节能”主要从设计角度减少用能总量，即采用以被动式围护结构技术最大限度地创造冬暖夏凉的室内环境，减少机电设备使用时间。“增效”即以采用高效节能设备和技术达到节能效果。一般而言，居住建筑对用能设备的使用较少，且由居民自行决定。围护结构可以由居民、物业或政府统一进行，因此围护结构节能改造是相关部门研究的重点。目前我市既有居住建筑面积 4 092.82 万 m2，其中建于 20世纪 90 年代左右的老旧住宅小区面积 884.54 万 m2，这些建筑的围护机构保温隔热性能普遍较差。老旧住宅小区的墙体主要以 240 mm 黏土砖为主，屋面主要以平屋面为主。住宅基本无保温隔热性能，顶层住户热环境极差，居民饱受夏热煎熬。外窗主要以单玻普通铝合金窗和钢窗为主，少量的是木质外窗，很少考虑节能要求，窗墙比大都超过30%，均未考虑外遮阳形式，热工性能极差[4-6]。

综上所述，镇江地区既有居住建筑的节能改造势在必行，开展既有居住建筑改造的围护结构节能技术研究显得非常必要。为此本文以镇江地区典型老旧小区 6 层建筑为模型，利用 BECS 节能设计软件，计算单独采用外墙、外窗、屋顶以及综合采用节能措施后的能耗，研究和分析我市常用围护结构节能改造技术对居住建筑能耗的影响，为既有居住建筑的节能改造设计提供参考。

1 物理模型

本文的物理模型为镇江地区典型老旧小区的 6 层住宅楼，建筑面积为 4 349.67 m2，建筑高度为 17 m，体形系数为 0.32。该住宅功能包括卧室、客厅、厨房、楼梯间、卫生间等，标准层分布如图 1 所示。

镇江地区典型老旧小区的 6 层住宅楼围护结构形式以多层砖混结构为主。墙体主要以 240 mm 黏土砖(普通砂浆砌筑+普通砂浆抹面+普通涂料)为主，传热系数为 1.74 W/(m2·K)，墙体出现粉刷层脱落、开裂的现象严重。屋面主要是以平屋面为主，结构形式为混凝土现浇屋面+防水层+找平层(保护层)+预制隔热板，传热系数为 1.5 W/(m2·K)。外窗主要以单玻普通铝合金窗和钢窗为主，传热系数为 6.4 W/(m2·K)，遮阳系数为 0.70，窗墙比大都超过 30%。

图1 镇江地区典型老旧小区6层住宅楼标准层分布

2 计算模型

本文利用 BECS 进行能耗的动态模拟计算与分析。BECS 是一套运行在 AutoCAD 平台上的建筑节能设计软件，用于居住建筑和公共建筑的节能审查和能耗评估。动态分析模块采用具有自主产权的清华大学 DEST 计算核心，可以对建筑物进行全年 8 760 h 的能耗模拟，并提供详细的中间结果便于节能的优化、调整，对于居住建筑还可以进行真实的能耗模拟，从而可以进行户型能耗标定。图 2 为软件建立的计算模型图。

图2 镇江地区典型老旧小区6层住宅楼计算模型图

3 镇江地区常用围护结构节能改造技术

老旧小区围护结构改造前后的热工性能见表 1。

表1 镇江地区老旧住宅小区围护结构节能改造前后的热工性能

3.1 外墙改造

围护结构墙体保温技术的发展对建筑节能至关重要。其最根本的就是保温体系的开发和保温材料的选用[4]。从改造应少扰民的角度考虑，我市对既有住宅小区改造的外墙保温隔热设计一般为外墙外保温技术。市场上推广的保温技术系统较多，常用的保温材料如挤塑聚苯板 (XPS)、模塑聚苯板(EPS)、发泡水泥板以及无机保温砂浆。近年来，镇江地区三茅宫、江滨新村等小区项目越来越多使用保温腻子+反射隔热涂料的改造方式，反射隔热涂料能对 200 nm～2 500 nm范围的太阳红外线和紫外线进行高反射，有效阻断热能传导。本文也选择以我市老旧小区改造应用较多的保温腻子+反射隔热涂料的外墙改造做法进行模拟计算。

3.2 屋面改造

屋面是接受阳光照射的主要界面，其保温隔热构造是住宅节能的重要措施。在镇江地区 20 世纪八九十年代的老旧小区多为平屋面，屋面仅设置沥青防水层，不设置保温层，夏季屋面收到太阳辐射非常强烈，顶层住户的室内热环境差，空调能耗较高。一般来说，我市屋面改造常采用平屋面加保温系统或平屋面改坡屋面的方式。同时为了更加注重绿色环保，屋面平改坡结构形式已经由轻钢龙骨调整为轻型木桁架。这样既减轻了建筑的荷载，又降低了改造成本。本文也以老旧小区改造应用较多的轻型木桁架平改坡方式进行模拟计算。

3.3 外窗改造

外窗的传热耗热量和空气渗透耗热量占整个围护结构耗热量的 50%，因此外窗是影响热环境和能耗最重要的因素[5]。对既有建筑进行外窗节能改造也是最具操作性和经济性的改造方式。提高窗的保温性能和灵活控制遮阳是夏季隔热、冬季保温，降低空调采暖负荷的重要措施[6]。根据调研，镇江地区的外窗节能改造根据用户要求和原窗户质量的不同主要分为更换玻璃和整窗拆换两种方式。本文选用 5+12A+5 的中空玻璃塑钢窗替换原有的铝合金单玻窗，5+12A+5 中空玻璃窗的传热系数 2.8 W/(m2·K)，遮阳系数 0.65 进行模拟计算。

4 模型结果分析

表2 给出了围护结构节能改造前后模拟计算的全年采暖空调能耗。从表 2 中可以看出，在外墙增设保温腻子+隔热涂料的保温隔热，屋顶使用轻型木桁架结构的平屋顶改坡屋顶、铝合金单玻外窗更换为 5+12A+5 中空玻璃塑钢窗后，建筑围护结构的热工性能显著提高。围护结构热工性能的改良显著提高了夏季隔热及冬季保温性能，降低了全年采暖空调能耗量，几种节能改造措施节能效果均较明显。改造前围护结构全年采暖空调能耗为 37.77 kWh/m2，经过单一屋顶改造、外墙改造、外窗改造措施后全年采暖空调能耗分别为 35.01 kWh/m2，33.26 kWh/m2，31.11 kWh/m2。全年采暖空调能耗大幅度降低，降低幅度分别为 7.31%、11.94%、17.63%。同时，经过综合节能改造后围护结构全年采暖空调能耗为 22.49 kWh/m2，改造后住宅的能耗比改造前减少约 40.46%。

表2 围护结构节能改造前后多层住宅建筑的全年采暖空调能耗

从表 2 中还可以看出，更换中空玻璃窗后，全年采暖空调能耗下降 17.63%，能耗降低幅度大于外墙的 11.94%以及屋顶改造的 7.31%，节能效果优于外墙和屋顶改造。因此，在镇江地区围护结构节能改造技术中，仅改变外窗传热系数对能耗影响显著大于外墙和屋顶，在镇江地区常用的围护结构节能改造措施中，宜优先选用外窗节能改造。

表3 给出了围护结构节能改造前后模拟计算的冬季采暖和夏季空调能耗。从表 3 中可以看出，无论是冬季采暖还是夏季空调，在经过围护结构节能改造后，住宅能耗量均大幅降低。改造前围护结构全年采暖和空调能耗分别为27.68 kWh/m2和 10.09 kWh/m2，经过单一屋顶改造、外墙改造、外窗改造及综合节能改造措施后全年冬季采暖能耗分别为 25.85 kWh/m2，24.04 kWh/m2，21.86 kWh/m2及 14.82 kWh/m2，降低幅度分别为 6.61%，13.15%，21.03% 及 46.46%。全年夏季空调能耗分别为 9.16 kWh/m2，9.22 kWh/m2，9.25 kWh/m2及 7.66 kWh/m2，降低幅度分别为 9.22%，8.62%，8.33% 及 24.08%。

表3 围护结构节能改造前后多层住宅建筑的冬季采暖和夏季空调能耗

同时，进行单一窗户节能改造后，围护结构冬季采暖能耗比夏季空调能耗下降比例多 12.7%。究其原因，在夏热冬冷地区降低外门窗的传热系数仅在冬季有明显的节能效果，夏季效果不明显；通过提升外门窗的遮阳效果，可显著降低夏季空调能耗。本文设计的外中空玻璃外窗计算模型中，改造前和改造后的外窗传热系数分别为 6.4 W/(m2·K)和 2.8 W/(m2·K)，遮阳系数分别为 0.70 W/(m2·K)和0.65 W/(m2·K)，传热系数和遮阳系数分别降低 56.2% 和7.1%。外窗的遮阳系数稍有降低，这样降低了太阳辐射得热，有利于夏季的隔热，对冬季的取暖有一定影响。但是因为改造后外窗的传热系数的降低幅度相较遮阳系数的降低幅度较大，即传热系数对住宅冬季采暖能耗的影响远大于遮阳系数对住宅夏季空调能耗的影响。

5 结 语

(1) 在外墙增设保温腻子+隔热涂料的保温隔热，屋顶使用轻型木桁架结构的平屋顶改坡屋顶、铝合金单玻外窗更换为 5+12A+5 中空玻璃塑钢窗后，建筑围护结构的热工性能显著提高，围护结构热工性能的改良显著提高了夏季隔热及冬季保温性能，降低了全年采暖空调能耗量。

(2) 仅改变外窗传热系数对能耗影响显著大于外墙和屋顶，在镇江地区常用的围护结构节能改造措施中，宜优先选用外窗节能改造。

(3) 科学合理的外门窗保温隔热的节能改造技术路径为通过降低外窗的传热系数来降低冬季采暖能耗，通过降低外窗的遮阳系数来降低夏季空调能耗。

[1]叶雁冰,刘西. 旧工业建筑改造利用的优势及其制约因素分析[J].工业建筑,2005,35(6):35-38．

[2]王俊. 我国既有建筑绿色化改造发展现状与研究展望[J].建设科技,2013(13):22-26．

[3]叶景倩. 浅谈住宅建筑节能设计[J].科技风,2011(21):189-189.

[4]丁晓红,胡海洪. 夏热冬冷地区既有居住建筑围护结构节能改造技术浅析[J].建设科技,2015(9):68-69．

[5]陈巍. 建筑外窗节能的问题与技术措施[J].工业B, 2015(8):142-142.

[6]上海市城乡建设和交通委员会. DG/TJ 08-2136—2014 既有居住建筑节能改造技术规程[S].上海:同济大学出版社,2014.

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2016-12-25

焦琥，现供职于江苏镇江建筑科学研究院集团股份有限公司，主要研究方向为绿色建筑咨询。作者通信地址：江苏省镇江市正东路街道酒海街19号308室，邮编：212000。