既有建筑能效提升改造实例检测分析

刘凤娟 西安建筑科大工程技术有限公司工程师

孙 婷 西安建筑科大工程技术有限公司工程师

2018 年8 月，财政部、生态环境部、住建部以及国家能源局联合召开北方地区冬季清洁取暖试点工作推进会议，公布了陕西省西安市及咸阳市成为第二批中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点城市。为了实现全过程、全链条、全方位清洁取暖方式，建设清洁、高效且节能的供暖体系，将对全省符合条件的既有建筑进行节能改造。这些建筑已使用20 ～30年，部分建筑年久失修、围护结构的热工性能较差，冬季采暖需要的能耗较高，导致严重的能源浪费现象。对此，应以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻落实党的十九大精神。为认真贯彻落实国家和省、市有关节能减排部署要求，进一步提升城市形象、改善空气质量、提高居民居住舒适度、实现可持续发展、建设低碳生态城市，需要对既有建筑在节能诊断的基础上进行节能改造，从而实现能效提升要求。

1 建筑概况

此次选取西安市一正在进行改造的小区进行能效提升分析验证。西安市所属气候分区为寒冷B 区，小区内共有单体建筑5 栋，均为砖混结构6 层居住建筑，61#、63#楼建筑主体建设年代为1985 年，62#楼为2001 年，64#、65#楼为2002 年。建筑节能设计依据为《居住建筑节能设计标准》《西安市居住建筑节能设计标准》以及《民用建筑热工设计规范》，此次节能改造主要包含屋面和外墙的保温改造[1]。

1.1 改造设计方案

本工程屋面采用55 mm 厚EPS 保温板作为保温层，原屋面防水层可靠，表面简单处理后，直接在上做倒置式屋面。外墙采用55 mm 厚EPS 保温板作为保温层，将原建筑外墙外饰面进行处理，用粘结砂浆将EPS 保温板与基层墙体粘贴，并加锚栓固定，刷涂抹面砂浆，压入耐碱网格布，防止开裂，外饰面刷涂涂料[2]。

1.2 现场检测核查

为了确保现场施工的符合性，对施工现场进行现场检测、现场抽样、实验室检测。外墙进行节能构造钻芯检测，确定保温层材料、构造与实际厚度，并现场抽取屋面及外墙使用的EPS 保温板进行导热系数检测，确定实际施工的保温材料导热系数。同时，由专业人员对具体施工的外围护面积进行测量，生成面积测量报告[3—4]。在此次节能构造钻芯现场检测中，5栋建筑外墙节能构造做法与设计保持一致，保温层EPS 板平均厚度均为53 mm，屋面使用EPS 保温板导热系数为0.038 W/（m·K），外墙使用EPS 保温板导热系数0.036 W/（m·K）。

2 能效提升改造结果分析

建筑耗热量指标是反映建筑采暖能耗水平的重要技术指标，其计算结果主要受当地气象条件、建筑层数层高、体型系数、围护结构热工性能、建筑外门窗的气密性能以及建筑内部设备产热等因素的影响[5]。通过对既有建筑节能改造前后耗热量指标的计算、对比分析，可以得出建筑整体的能效提升水平。

3 相关系数计算

3.1 围护结构传热系数计算

建筑围护结构包括墙体、屋面、地面、门窗以及阳台等，平壁的传热系数为：

式中：Ri和Re为内、外表面换热阻；单位为m2·K/W；R 为围护结构平壁的热阻；单位为m2·K/W。

3.2 建筑耗热量计算

建筑耗热量指标可以判断建筑的能耗水平，还可以预测节能改造的潜能。参照《居住建筑节能设计标准》（DBJ 61—65—2011），建筑物耗热量指标为：

式中，qH为建筑物耗热量指标（W/m2）；qHT为单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量（W/m2）；qINF为单位建筑面积上单位时间内建筑物空气渗透耗热量（W/m2）；qIH为单位建筑面积上单位时间内建筑物内部得热量（W/m2），住宅建筑的一般取值为3.8 W/m2。

建筑围护结构的传热量qHT一般包含通过墙体的热量（qHq）、通过屋顶的传热量（qHw）、通过地面的传热量（qHd）、通过门/窗的传热量（qHmc）和通过非采暖封闭阳台的传热量（qHy）。对于qHq、qHw、qHd，可以计算得出：

式中，qHq为折合到单位建筑面积上单位时间内通过墙的热量（W/m2），qHw为折合到单位建筑面积上单位时间内通过屋顶的传热量（W/m2），qHqd为折合到单位建筑面积上单位时间内通过地面的传热量（W/m2），qHmc为折合到单位建筑面积上单位时间内通过门、窗的传热量（W/m2），qHy为折合到单位建筑面积上单位时间内非采暖封闭阳台的传热量（W/m2）。

单位建筑面积上单位时间内建筑物空气渗透耗热量为：

式中，Cp为空气的比热容， P 为空气的密度，N 为换气次数，V 为换气体积，tn为室内计算温度， te为采暖期室外平均温度，Ao为建筑面积。

以61#楼进行具体分析计算，其建筑面积Ao为4 993.44 m2，其建筑体积Vo应为16 865.53 m2，体型系数S 为0.24，楼梯间不采暖，外墙保温材料实测值厚度53 mm、导热系数为0.036 W/（m·K），结合具体施工方法进行外墙整体传热系数计算。屋面以隐蔽资料提供厚度为55 mm，复检报告提供导热系数为0.038 W/（m·K），结合具体施工方法进行整体屋面传热系数计算。外窗以住户安装的塑钢中空玻璃进行计算，通过式（1）可以计算出各个围护结构改造前后的传热系数，详见表1。现场核查具体实施面积，通过式（2）～式（5）对建筑耗热量进行静态计算，可得出建筑的耗热量指标，如表2 所示。

表1 61#楼建筑改造前后围护结构传热系数

表2 耗热量指标计算结果

3 结语

通过节能检测以及实施面积核查提供的数据，经过改造前后耗热量指标的计算，主要结论如下。

（1）61# 楼外墙节能改造中，外贴53 mm 厚EPS 保温板，传热系数由原来的1.81 W/（m2·K）降低至0.55 W/（m2·K）；屋面增加55 mm 厚EPS 保温板，传热系数由原有的0.40 W/（m2·K）降低至0.25 W/（m2·K），只通过外墙和屋面的改造，整栋楼的耗热量指标提高了39.1%。

（2）通过本次节能改造，能大幅度降低建筑能耗，实现既有建筑能效提升。

（3）61#和63#楼为1985 年建造，整体能耗较高，西安市地处寒冷（B）区，对于4 ～8 层的民用建筑，要求建筑物耗热量指标控制在13.6（W/m2）以内，改造后的61#楼仍超出上限要求，还需要进一步更换住户外窗，或采用其他节能措施。值得注意的是，为了能够顺利完成既有建筑节能工作，应积极组建既有建筑能效提升工程领导组和指挥部。相关部门积极协调，明确职责，加快推进，营造浓厚的舆论氛围，赢得市民和社会各界对改造工作的支持和参与。同时，聘请有资质的监理及施工企业，高水准完成工程。