河北省科学技术进步二等奖“既有建筑效能提升关键技术及应用”简介

河北地质大学教授曹秀玲主持的“既有建筑效能提升关键技术及应用”项目获得2021年河北省科学技术进步二等奖。城市更新、效能提升、老旧小区改造是我国急需解决的重大民生问题。为此，我校曹秀玲教授团队以既有建筑效能提升为目的，经十几年潜心研究，系统研发了既有建筑效能提升关键技术，提升了既有建筑的安全性及品质，推动了抗震加固、节能减排、智能建筑等相关产业融合，申请专利20件，软件著作权6件，发表论文71篇；出版专著9部，建筑图集2部，为既有建筑效能提升提供技术支撑。

1 既有建筑增层扩容及安全效能提升技术

针对既有建筑增层扩容新旧基础梁连接不牢、新旧建筑沉降不同、抗震安全性能无法保障等问题，研发了新旧混凝土结构拼接装置及施工方法，发明了高性能抗震节能墙体，解决了既有建筑平改坡、加装电梯等功能改造难题。在传统蒸压加气混凝砌块墙体上设置混凝土芯柱，形成新型高性能抗震节能墙体，为既有建筑增层扩容提供了安全保障。

2 基于能源供热能力数值模拟软件节点耦合计算方法，提出了三维拉格朗日插值公式

通过模仿人类皮肤和呼吸系统，运用热交换机理，建立了嵌入式多孔蓄热材料“动态绝缘”体系。基于能源供热能力数值模拟软件节点耦合计算方法，创立三维拉格朗日插值公式，实现了TOUGHREACT和FLAC3D软件网格转换，改进了该体系自然和混合通风下的设计模型。证明了“动态绝缘”体系可有效降低能耗和提升室内空气品质，建筑空调和照明用能减少了80%～95%。

3 建立了防火隔热涂层“微结构-隔热性能”关联式和性能数据库

针对既有建筑改造过程中防火墙热性能提升问题，开发了墙体新型隔热防火涂层材料，提高了热障涂层5%的热应力性能以及7%的抗高温腐蚀能力，解决了建筑围护结构防火隔热降低能耗和减少碳排放问题。通过对隔热涂层材料大量的数值模拟和实验分析，拓展了隔热涂层的数据库，为后续老旧小区改造提供了的数据支撑。

4 智能型自发电集热储能系统

针对老旧小区既有建筑未采用储能系统，能源利用率低，传统储能系统存在热损大、恒温性差等问题，研制了自发电太阳能屋面板和高效新型储能装置，形成了自发电集热储能一体化系统，开发了实时状态智能监控系统，实现了太阳能和地热能综合利用和灵活调控，既有建筑改造后能效提高15%。

5 既有建筑健康评估、室内环境品质监控系统

针对老旧小区改造过程中新旧结构沉降不一致、建筑承重结构内应力集中、损伤位置定位及预测困难等问题，研发了基于建筑状态感知模型的健康度和应力发展趋势监测方法，解决了利用有限传感器探测建筑内部状态存在多解或不定解的难题。发明了室内空间环境监测装置和网络监控设备，实现了室内环境多个特征参数实时监测和数据的快速采集、储存、传送。

研究成果在城市更新改造多项工程中得到应用，取得了良好的社会、环境、经济效益。

团队成员：王玉璋、吴会阁、许海岩、李建明、岳沐慈、寇小勇、王俊峰、徐洪瑞、杨前。