欧洲公寓低能耗改造案例分析

谢孟举 徐燊/ Xie Mengju Xu Shen

1 背景

建筑能耗在世界总能源消耗中占相当大的比例。如今，在许多国家，在建筑法规和能效标准中，越来越倾向于制定严格的能耗目标。因此，近年来，特别是在欧洲，人们一直在努力设计和建造节能建筑，或将现有的住宅存量改造成低能耗节能住宅，以优化建筑的能源消耗（Vahid Sabouri，2012）。

当下的中国城市开发建设也进入到了一个新的阶段，以增量开发为主导的开发市场开始逐步转向存量市场的改造。我国城市中包括公寓在内的老旧住宅建筑存量基数大，单位面积耗能高。随着生活水平的提高，越来越高的室内舒适度要求和更多的室内耗能设备的应用使得这些老旧建筑单位耗能成倍增加（李超，2013）。在此背景下，欧洲等发达国家公寓建筑的低能耗改造案例具有积极的借鉴意义。

2 低能耗改造内涵

低能耗改造是指对既有建筑进行节能减排的改造，以达到低能耗的目标。建筑的能耗主要包括建造能耗和生活能耗，而建筑的低能耗改造重点则是减少改造后的生活能耗。

2.1 公寓低能耗改造的原则

（1）以用户为中心

建筑的建造本质是为人服务，所以在公寓的低耗能改造中要以用户舒适度为中心原则进行改造。同时要考虑用户需求、行为和能耗消费模式等因素（Vahid Sabouri，2012）。

（2）以气候环境为导向

每一栋公寓建筑都处在特定的环境中，环境条件特别是气候对建筑物的性能和能耗有很大的影响。从常规的气候要素出发，对温度、湿度、风向、降水量、日照时间、太阳辐射等主要要素进行研究，然后对气候条件进行全面的整体分析，进而结合地形、植被和建筑周边环境等综合因素，从而在改造设计中能够更多地考虑被动式低耗能的方法。

（3）以经济性为导向

经济性主要包括两方面，一个是改造成本，另一个是改造后维护成本。经济性的考虑是因为这些多户公寓住户主要是中低收入家庭，改造成本对家庭经济影响较大，后期维护成本也应尽量减少对低收入家庭的经济压力。如果成本过高，难以抵消改造带来的能耗节约，则低能耗改造失去了示范效应以及对公寓低能耗改造的动力。

2.2 公寓低能耗改造实现的途径

（1）高保温隔热性能的围护结构

围护结构是指建筑物及房间各面的围护物，根据是否与室外直接接触，可分为外围护结构和内围护结构。围护结构通常是指外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、户门等。围护结构是建筑与外界进行能量交换的主要媒介，通过对其保温隔热性能的改造提升，可降低公寓建筑的冷热负荷，达到低能耗节能减排的作用。改造时外墙与屋面的热桥部位应进行重点保温处理。

（2）提高气密性与营造良好的通风系统

提高围护结构气密性，冬季可以减少冷空气渗透到室内，减少热损失，能够有效的降低采暖能耗，在改造中应大力推广高气密性能材料和构造。但提高气密性将会影响进入室内的新风渗透量，不利于室内空气品质，应同时引入良好的通风系统。在对公寓建筑进行低能耗改造时，要充分发挥被动式技术措施，最大化地利用自然通风，在夏季天气炎热时，能够充分利用风压通风或热压通风原理进行被动式自然通风。

（3）清洁能源的应用

在公寓低能耗的改造项目中，不仅要尽量减少建筑的能耗，还要开发利用新能源。改造项目中主要的清洁能源应用为太阳能和地源热泵。前者应用形式主要有太阳能热水系统、太阳能供暖系统和太阳能光伏系统，后者的应用主要是供暖系统。地源热泵系统符合节能建筑的基本要求和发展方向，是目前建筑供热制冷空调领域的热点技术（李超，2013）。

（4）资源与能量的循环利用

热回收是指回收建筑物内外的余热，将回收的热量用以供热或其他供热设备的热源而加以利用，是一种经济高效的节能措施。

为了减少淡水的消耗，可利用雨水收集系统，为卫生间和花园的灌溉系统提供中水。

（5）充分考虑用户需求和能源消费行为

公寓建筑低能耗改造的实现不仅需要对公寓建筑这个相对静止的“物”进行低能耗措施考虑设计，还需要对使用者需求以及能源消费行为进行充分考虑和研究。同时增强居住家庭的节能意识，也是实现公寓低耗能目标的重要组成部分。

3 案例研究

3.1 瑞士苏黎世公寓低能耗改造

位于瑞士苏黎世（Zürich，Switzerland）的这栋公寓自1954年建造以来，仅对南立面进行过小规模的改造，基本保持原来建造的状态（图1）。该栋公寓共3层5户居民，其结构形态良好，墙体为主要承重结构。外墙32cm厚，改造前未进行隔热处理。天花板为钢筋混凝土板，轻型屋顶结构状态也良好。阳台和扶手遭到风雨侵蚀后有些生锈。大多数窗户仍可追溯到1954年，近年来有部分窗户被更换，窗户均为标准的双层玻璃。地板大部分已经更换，厨房和浴室仍然保持原样。供暖是由燃油加热系统提供的，热水由电锅炉供热然后分配到每户。

该项目在2009年开始进行低能耗改造。首先，建筑围护结构按照被动式住宅标准进行了改造。项目改造采用了新的立面预制木材构件施工方法，新风系统和电气管道被设置在预制构件中，然后接入建筑。屋顶加建了新阁楼和阳台，增大了使用面积。其次，新增了清洁能源的应用。阁楼屋顶设置了约115m2的水平太阳能光电板，新增阳台顶部设置了太阳能集热器。房间的供暖和生活热水由地源热泵和真空太阳能集热器提供，75%的热水和70%的房间供热能源是来自太阳的可再生能源。最后，改造了通风系统，通风管道成为融入立面的新元素。进气道位于每个窗口的上方，保证每个房间的最佳通气。这种通风系统的解决方案无需吊顶，不占用任何内部空间。然而，将通风管道整合到预制构件中是一项技术和建设性的挑战，最终在本项目中也得以实现。

项目改造后测量了2010年7月至2011年6月这段时间的能耗情况。最终能耗和一次能耗分别降低88.5%和76%。太阳能集热器贡献了4200kWh/y的电能，与屋顶上的光伏发电一起，使这座建筑变成了一座零能耗的建筑（Nadja Grischott，2011）（图2）。

图1 公寓改造前外观

图2 公寓改造后外观

3.2 瑞士楚格公寓低能耗改造

瑞士小镇楚格（Zug）的这栋公寓建造于战后1946年，共3层5家租户。该公寓位于楚格湖附近的一处风景怡人的住宅区，能远眺湖面。该建筑主要的问题是外围护结构保温隔热性能不足，存在大量的热桥，人体室内热舒适度大大降低。该问题导致每年能源消耗费用都在增加，结构的损坏也导致冷凝问题，同时也无法再满足现有的防火标准。

该项目在2009年进行了低能耗改造，改造目标是满足被动式住宅标准的要求。改造从立面围护结构入手，1～3层的旧砖墙采用了聚苯乙烯保温材料；顶层和屋顶采用预制轻质木材构件，玻璃棉填充，所有质量较差的门窗均被更换。其次，改善供暖系统和通风系统。供暖系统由一个可控通风的热泵组成，空气在每个公寓通过集成在管道系统中热交换器加热后输送到每个房间，每个房间的温度都可以单独控制。通风系统从中央进风口收集新鲜空气，然后输送给每户。除了众所周知的热回收系统外，为了防止冬天空气干燥，改造后的新公寓安装了水分回收系统。最后，新增了清洁能源。屋顶安装了53.5m2的36个光伏组件，满足整栋公寓电力需求；占地15.5m2的10个真空太阳能热水器每天可提供2850L的热水。为了减少淡水的消耗，还安装了雨水收集系统，为卫生间和花园的灌溉系统提供中水。

图3 公寓改造前外观

图4 公寓改造后外观

改造后的公寓能耗降低了80%以上，能源消耗等级从最差的G类提升到了最好的A类。同时从经济性上考虑，为了资助翻修工程，屋顶新增加了3套公寓。因此，大大降低了改造成本带来的租金涨幅，租金涨幅不超过30%（Reto Miloni，2011）。

3.3 瑞典阿林索斯公寓的低能耗改造

博洛嘉顿（Brogården）社区位于距离哥德堡47km的小镇阿林索斯（Alingsas）。该社区由16栋3层建筑的299套出租公寓组成，建于1970年代。早些时候更换过的砖立面现状较差，酸雨和霜冻的渗透造成了严重的裂缝。此外，由于没有安装电梯，这些楼栋并不方便残疾人士和长者使用。2008年3月，该社区的一栋公寓楼作为示范项目进行了被动式低耗能改造。这栋公寓共两个单元3层18家住户。

公寓为预制混凝土结构，立面材料以砖为主，隔热层100mm。所有的天花板都是预制混凝土构件，采用了180mm的矿棉和一层纤维素保温材料进行保温隔热处理。改造前，公寓供暖是由连接区域供暖系统的散热器提供，通风系统通过窗框内的进气口供应新风，厨房和浴室均有1个排气风扇连接排气通风器，无热回收系统。租户的房租中包含了生活热水和家庭用电的费用。

图5 博洛嘉顿公寓外观

首先，对围护结构进行了充分的隔热，并提高了气密性。外墙采用了钢龙骨，由矿棉、EPS和隔热板组成，墙内侧为一层由保温层保护的塑料箔。墙体外的钢型材上安装了一层由天然粘土防冻砖制成的薄立面。由于没有使用砂浆将砖块粘接到墙上，损坏后很容易更换（图6）。所有门窗也都换成了三层氙气玻璃热工窗和高性能绝缘门。现有的凹式阳台在外墙中形成了大量的热桥，降低了相邻房间地板温度，在立面外部加建了独立结构的新阳台，不仅有效地减少了热损失，还增加了公寓使用空间。

其次，对通风系统进行了优化。原有的通风系统被替换为空气换热器单元，每个单元的热回收效率为85%。在非常寒冷的天气，这些装置也可以提供额外的热量进入空气。进气道安装在客厅和卧室的墙上，出气道位于厨房和浴室。每个换热器都有一个过滤器来减少公寓内的灰尘和空气污染物，换热器每年更换一次。

最后，增加资源与能量的循环利用，提升住户节能意识。近60%的公寓将增建低能耗电梯，这些电梯从向下的运动中储存能量，以帮助后续的向上运动。改造后的公寓配备了低能耗的家用电器和低流量的卫生间器具。此外，家庭热水和家庭用电将单独计量和计费。这将增强家庭的节能意识，减少能源消耗。

4 结语

随着城市建设的日趋完善和建筑行业的不断成熟，我国对建筑能耗的要求会日益加强，低能耗建筑将成为未来建筑发展的主要趋势。我国城市中包括公寓在内的老旧住宅建筑存量基数大，耗能高，对于这些既有建筑的低能耗改造更新将成为生态城市有机更新的重要组成部分。通过相关文献及欧洲具有示范效应的公寓低能耗改造实践案例可以发现，以用户为中心、以气候环境为导向以及以经济性为导向的改造原则是指导公寓建筑低能耗改造的有效法则。希望相关的案例分析和改造原则的总结对我国新时期公寓类型建筑的低能耗改造具有积极的借鉴意义。

图6 公寓改造后的外观

注释

① 图 1～ 4来 源：http://www.iea-ebc.org/Data/publications/EBC_Annex_50_Documented_CaseStudies.pdf.

② 图 5～ 7来 源：http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/158263.pdf.