老旧小区住房围护结构修缮技术节能减排量化研究

■ 王燕君 WANG Yanjun

0 前言

上海自开埠以来，城市住宅建设历经了多个阶段。截至2020 年底，各类居住房屋面积已超过7.12 亿平方米，其中，2000 年前建造的近2.1亿平方米[1]。这些居住房屋，特别是2000 年以前建造的，受制于技术经济发展水平。当时依据的质量标准、选用的建筑材料性能以及施工技术水平等方面同现在存在一定差距，老旧小区住房普遍存在房屋老化、设备陈旧、设施不全、安全隐患突出等问题，已影响住户的正常使用，同时由于节能标准要求不同，这些老旧小区大多没有采取相关的节能措施，室内环境的热舒适性较差。另一方面，老旧小区住房的大面积拆除重建对资源浪费太大。因此，根据老旧小区住房的实际情况，优先考虑对老旧小区住房进行修缮，不仅可延长老旧小区住房的使用寿命，美化小区环境，同时还可提高外墙、门窗等围护结构的热工性能，优化小区用能质量，继而有效提高居住舒适性，实现节能减排，推动老旧小区住房安全、绿色、节能、环保的发展。

1 围护结构修缮改造中节能技术研究

旧住房围护结构修缮改造主要集中在外窗、屋面、外墙等方面，相关方面修缮改造技术的应用应综合考虑旧住房的现状条件，满足安全、节能、美观等要求，下面对围护结构修缮改造中节能相关的技术进行分析。

1.1 外窗修缮改造

在建筑围护结构中，相对于墙体，门窗传热系数较大，热损失相应也比较大，约为墙体的5～6 倍，门窗节能改造是既有建筑领域实现建筑节能的重要途径。旧住房中改善窗户保温性能的技术有以下几种。

（1）加窗改造：在原有外窗的基础上再增加一层窗户，具体可以设置在内侧或者外侧，通过加窗改造，可以将原有的单层窗户改造成双层窗户，新旧两层窗户之间的空气层可以实现节能效果。

（2）整窗拆换：采用节能窗替换原有外窗，节能外窗应选择热阻性能高的窗框型材和节能玻璃。

（3）窗扇改造：将原有窗扇更换成带有节能玻璃的窗扇。

一般来说，实腹钢窗、铝合金或塑钢单玻窗的改造应优先采用窗扇改造；当外窗不宜改动，而窗台又有足够宽度时，可采用加窗改造措施；当外窗无法利用原窗框时，可采用整窗拆换的改造措施。

1.2 屋面修缮改造

上海地区八十、九十年代的多层住宅多为平屋顶，且未采取保温隔热措施，夏季屋顶受到太阳辐射非常强烈，顶层住户的室内舒适度很差，空调能耗较高。屋面修缮改造技术包括屋面修缮加保温改造、平改坡等，相关技术对改善顶层住户舒适度、降低空调能耗非常有效，可根据不同情况采用。

1.2.1 屋面保温改造

按保温层所处的位置不同，屋面保温可分为正置式保温屋面和倒置式保温屋面。根据原有屋面的情况，屋面保温改造分为平屋面增设保温系统、坡屋面增设保温系统。通常，屋面保温改造与屋面修缮工程同步进行。

屋面保温改造适用于屋面热工性能达不到节能标准要求或存在渗漏的情况。对于平屋面，若原屋面损坏无法利用，宜采用倒置式保温屋面；若原屋面基本完好，宜采用正置式保温屋面。

1.2.2 平屋面改坡屋面

住宅建筑屋面一般分为平屋面和坡屋面两种形式，从应用范围来说，平屋面因其简单的构造形式，得到广泛应用，但从节能效果来说，坡屋面的保温隔热要优于平屋面，特别是在夏季太阳辐射较为强烈的夏热冬冷地区，因此，平屋面改坡屋面工程在上海旧住房改造中得以大规模实施。

平屋面改坡屋面的改造方式，适用于屋面热工性能达不到节能标准要求或存在渗漏情况的低层、多层住宅，应结合既有居住建筑屋面修缮工程进行。

1.3 外墙修缮改造

相对于普通涂料，反射隔热涂料的半球发射率和太阳光反射比较高，具有隔热作用，因此，在夏热冬冷地区，建筑物外立面施涂反射隔热涂料，隔热性能可以得到有效提升，从而降低空调能耗，节约能源。

反射隔热涂料适用于涂料、面砖等不同饰面的旧住房外立面修缮工程，可替代普通涂料。但进行反射隔热涂料饰面层的涂刷之前要保证原有基层安全牢固，并且基层的平整度、清洁度应该满足涂装要求，对旧住房表面不同基层可采取不同的处理措施：①对于涂料饰面，宜铲除酥松部位后采用水泥砂浆修补至符合施工要求，并采用渗透性底漆进行处理；② 对于旧面砖、马赛克等饰面，应对基层进行检查，洗刷面砖，消除表面污垢，将饰面空鼓或酥松部位铲除并修补后，采用界面剂进行处理；③对于清水混凝土、素砖墙面、水刷石等饰面，宜采用底漆进行处理。

2 围护结构修缮改造技术节能减排量化研究

2.1 围护结构修缮改造技术节能减排测算模型

目前，市场上常见的能耗计算软件，如PKPM，是基于建筑能耗产生的原理开发的。为了分析围护结构不同修缮改造技术的节能效果，本文通过软件模拟计算建筑全年采暖空调耗电量。

选取3 幢典型旧住房A、B、C，建筑面 积分别 为1 594 m2、6 901.97 m2、3 158.5 m2，建筑结构分别为砖混结构、剪力墙结构、砖混结构，其他信息见图1。三幢建筑均为职工住宅，在进行能耗分析时，采取传热系数单一变量原则，基准建筑主要围护结构构造、热工性能参数见表1。建筑的节能计算模型见图2～4。

图2 建筑A节能计算模型

表1 基准建筑主要围护结构构造、热工性能参数

图1 不同类型旧住房基本信息汇总

2.2 单项围护结构修缮改造技术节能效果量化

2.2.1 屋面修缮改造

2.2.1.1 屋面平改坡

根据软件模拟测算，平屋面改坡屋面、平屋面改坡屋面结合保温改造后屋面和顶棚不同夹角下建筑采暖空调能耗见表2。

表2 屋面和顶棚不同夹角下建筑采暖空调能耗

屋面实施平改坡后，建筑全年采暖空调耗电量有一定程度降低，屋面和顶棚夹角的越大，耗电量降低幅度越小.平改坡结合保温改造后，相同夹角下，建筑全年采暖空调耗电量降低的幅度增大，可有效节约建筑能耗。另外，随着建筑层数的增加，屋面修缮改造对于建筑节能效果的影响越小，这和屋面面积占外围护总面积比例的变化有关。

2.2.1.2 平屋面保温

图3 建筑B 节能计算模型

图4 建筑C 节能计算模型

根据调研，目前屋面常用的保温材料包括挤塑聚苯板、泡沫玻璃保温板、泡沫混凝土等，下面以《居住建筑节能设计标准》（DGJ 08—205—2015）中多、高层住宅屋面传热系数限值为目标，计算不同保温措施的厚度要求以及节能效果，结果见表3。从表中可以看出，屋面修缮结合保温改造后，可有效降低全年采暖空调耗电量。

表3 建筑采用不同保温措施后节能效果分析

2.2.2 外墙修缮改造

在上海市地方标准《居住建筑节能设计标准》（DGJ08—205—2015）中，将用于外墙的反射隔热涂料的隔热效果以等效热阻的形式计入外墙平均传热系数的计算中。根据《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261—2010），反射隔热涂料等效涂料热阻是指采用反射隔热涂料时，与采用普通涂料相比，增强了墙体的隔热保温性能，增强的隔热保温性能依据其节能效果折算为反射隔热涂料等效涂料热阻。以前面提到的三种典型旧住房为分析对象，通过能耗分析软件，计算使用不同等效热阻的反射隔热涂料对建筑能耗的影响，计算结果见表4。

表4 外墙用反射隔热涂料建筑能耗模拟值

从图5 中的数据可以看出，3 幢建筑全年采暖空调耗电量降低平均值、降低比例平均值分别约2.0 kWh/ m2、5.7%，反射隔热涂料的应用可有效降低旧住房的采暖空调耗电量。

图5 外墙用反射隔热涂料建筑全年采暖空调耗电量降低值汇总

2.2.3 外窗修缮改造

根据调研，旧住房原来采用的单玻璃钢窗传热系数可高达6.4 W/（m2K），修缮改造采用表5所列当前常用类型外窗，传热系数可显著提升，甚至可达到上海市最新节能设计标准中规定的2.2 W/（m2K）的传热系数要求。

表5 外窗传热系数

典型住宅采用不同类型外窗，供暖空调能耗计算结果见表6，从表中数据可以看出，将原来单玻璃钢窗更换为节能外窗后，典型住宅全年采暖空调耗电量明显降低。

表6 建筑采用不同类型外窗的采暖空调能耗

2.3 组合围护结构修缮改造技术节能效果量化

以前面提到的典型旧住房为研究对象，分析不同围护结构修缮技术组合情况下的节能减排效果，考虑达到现行相关节能设计标准的规定指标要求，选取分析用屋面、外窗修缮技术，综合考虑施工方便性、节能性，外墙选择涂刷反射隔热涂料。具体技术内容有以下几种。

（1）屋面增加60 mm 厚泡沫玻璃保温板，修缮改造后传热系数约0.8 W/m2K。

（2）建筑A、C 外墙涂刷等效热阻为0.12 m2K/W 的反射隔热涂料，修缮改造后外墙平均传热系数约1.48 W/m2K；建筑B 外墙涂刷等效热阻为0.07 m2K/W 的反射隔热涂料，修缮改造后外墙平均传热系数约2.65 W/m2K。

（3）外窗更换为木框中空玻璃窗5Low-E+9A+5，传热系数约2.2 W/m2K。

典型旧住房不同围护结构修缮改造技术组合情况下，节能量汇总见图6。由图可见，组合修缮改造技术节能量同建筑规模、组合技术选用等都有关系，屋面、外墙、外窗均进行修缮改造时的节能量高于其中任意两个部位实施修缮改造的节能量。

图6 节能量汇总分析图

3 围护结构修缮改造节能减排实例

某上海老式石库门里弄住宅建造于1921—1936 年，为二层部分带三层阁楼，为提升居民居住质量，选取一栋建筑单体进行非抽户式试点改造。

3.1 修缮改造方案

3.1.1 屋面保温防水一体化

屋面防水层采用10 mm 厚气溶胶二氧化硅毡材，在保留里弄房屋坡屋面风貌的基础上创新性的提高了屋面保温性能，所采用的憎水性轻质保温材料气凝胶二氧化硅保温毡同时具备保温和防水功能。

屋面翻新木屋架，新做的防水层采用10 mm厚气溶胶二氧化硅毡材，屋面传热系数降低为1.03 W/（m2K）。

3.1.2 门窗

基于旧住房结构承载性考虑，采用轻质高强窗框型材的聚氨酯中空玻璃门窗，另该类门窗还具有较好的节能耐火性，传热系数可达2.0 W/（m2K），气密性能属《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GB/T7106—2008）中规定的第7 级（图7）。

图7 聚氨酯中空玻璃门窗

3.1.3 自然通风

改造后的楼梯间及主要功能房间采用自然通风的方式，通过设置老虎窗实现楼梯间自然通风，通过加设出屋面烟囱（含动力风帽）实现厨房烟道通风，见图8。

图8 改造后楼梯间与厨房间气流示意图

3.1.4 天然采光

通过加装玻璃天窗实现阁楼天然采光，通过加设的屋顶老虎窗实现楼梯间天然采光，北侧晒台设置通透玻璃顶，改造后建筑功能布局透视图见图9。

图9 改造后建筑功能布局透视图

3.2 节能减排效果

采用PKPM 软件建模并模拟计算建筑全年采暖空调能耗情况，能耗计算模型见图10。

图10 能耗计算模型示意图

根据软件模拟，修缮前建筑物单位面积总能耗为59.25 kWh/m2，修缮后建筑物单位面积总能耗为41.49 kWh/m2，修缮后单位面积总能耗下降30%，建筑能耗模拟情况见表7。

表7 建筑能耗模拟情况表

4 结语

老旧小区住房修缮改造中，部分技术的应用不仅提升了房屋本身的安全性、美观性，同时也提高了房屋的节能性能。外窗修缮改造中有单层外窗加窗改造、整窗拆换以及窗扇改造，屋面修缮改造中有平屋面修缮加保温改造、坡屋面修缮加保温改造以及平屋面改坡屋面等，以及外墙修缮改造中涂刷反射隔热涂料等。

基于典型旧住房模拟计算结果，屋面实施平改坡后，建筑全年采暖空调耗电量有一定程度降低，屋面和顶棚夹角越大，耗电量降低幅度越小，角度由10°增加至60°时，平均节能率由6.2%下降至4.2%，平改坡结合保温改造后，相同夹角下，建筑全年采暖空调耗电量降低的幅度增大；采用反射隔热涂料后，典型旧住房平均节能率约为5.7%；旧住房由单层窗更换为传热系数达到2.2 W/（m2K）要求的中空玻璃窗后，典型旧住房平均节能率约为8.2%。

某上海老式石库门里弄住宅修缮改造工程结合木屋架翻新，采用10 mm 厚气溶胶二氧化硅毡材新做屋面防水层，实现屋面保温防水一体化，将普通单玻璃木窗更换为聚氨酯中空玻璃外窗。另外，通过设置老虎窗实现楼梯间自然通风，通过加装玻璃天窗实现阁楼天然采光。根据模拟分析，修缮前建筑物单位面积总能耗为59.25 kWh/m2，修缮后建筑物单位面积总能耗为41.49 kWh/m2，修缮前后总能耗单位面积总能耗下降30%。