既有建筑节能改造研究与应用

于子皓

（山东港口烟台港集团有限公司，山东 烟台）

1 既有建筑项目节能改造目标

随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高，建筑行业的节能改造已成为刻不容缓的任务。既有建筑作为能源消耗的主要源头之一，其节能改造对于降低能耗、提高能源利用效率具有重要意义。在深入市场的研究中发现，截至目前，既有建筑节能改造在实践中已经取得了显著的效果。通过对外墙、门窗、供暖、空调、照明等系统的改造，既有建筑的能源消耗量明显减少，能源利用效率得到显著提高。同时，节能改造还有效地改善了室内环境，提高了居民的生活质量。为实现对此方面内容的深化，以某城区102＃建筑楼为例，设计如表1 所示的节能改造目标。

表1 某城区102#建筑楼节能改造目标

2 既有建筑外窗节能改造

为使改造后的既有建筑能耗符合国家规定要求，对本项目建筑外窗进行节能改造[1]。该项目所在地区的建筑市场外窗以塑钢窗、隔热铝合金窗为主，改造对象为普通住宅，上述两种材料与该建筑中整体造价水平相当，因此选择对这两种窗型进行性能对比，从而选择出最优的，最符合该项目应用的外窗类型。将塑钢窗设置为A 窗型，将隔热铝合金窗设置为B 窗型。

首先，从安全性角度对两种窗型进行对比分析：B窗型具备良好的抗风压性能，A 窗型则需要结合工程实际风荷载强度，在内衬增强型钢的结构设计，并且衬钢最小壁厚应当大于或等于1.5 mm[2]。

其次，从保温性能角度对两种窗型进行对比分析：其保温性能与材料、玻璃品种、内置气体等都有着直接关联。在相同配置条件下，A 窗型比B 窗型具有更好的保温性能，A 窗型的传热系数比B 窗型的传热系数低0.3～0.4 W/（m2·K）[3]。

最后，从遮阳性能角度对两种窗型进行对比分析：遮阳性能与玻璃遮阳系数有着直接关联，玻璃遮阳系数为玻璃自身光学属性，而外窗遮阳性能外窗综合遮阳系数SC 有着更直接影响[4]。为使遮阳系数在改造后能够符合上述目标，可采用“白玻+外遮阳措施”或“Low-E 玻璃+外遮阳措施”等方式实现优化。

根据上述分析，设计两种不同的既有建筑外窗节能改造方案[5]。其中方案一采用推拉塑钢窗；方案二采用推拉断桥隔热铝合金窗。对这两种方案进行不同规格以及不同玻璃品种的配置，得到如表2 所示的改造方案。

表2 既有建筑外窗节能改造方案

结合表2 中设计的两种既有建筑外窗节能改造方案，对其各项性能进行对比分析。为了方便比较，绘制如表3 所示的表格。

表3 两种既有建筑外窗节能改造方案各项性能参数对比

3 既有建筑外墙节能改造

建筑外墙是围护结构中重要的组成部分，外墙的热损占结构总体热损的32%～34%，通过对既有建筑外墙的热工性能进行改造，可以有效降低建筑物整体能耗。本项目既有建筑外墙墙体所选材料为厚度240 mm 的黏土实心砖，该材料为我国住宅建筑传统材料[6]。对本项目既有建筑外墙墙体节能改造而言，需要结合施工的安全性以及施工中对住户影响等方面进行综合考虑，最终决定保留该建筑原有墙体基层。在此基础上，对外墙内保温技术和外墙外保温技术进行对比，选择最佳保温技术方案[7]。墙体内保温技术是指在墙体结构的内侧采用粘结剂粘接或者机械固定，然后在隔热材料外面做保护层和饰面的施工方法。优势：受自然条件（雨、霜）的影响小，灵活多变，无须搭建脚手架，建造起来也比较容易[8]。不足：主要是通过抹灰、粘接等方法将内部的装修材料如墙纸、墙砖等破坏掉，同时还需要移动电话、空调等挂装物或者是家具，这些都会影响到住户的日常生活。不能在室内对梁柱部位做内保温，易产生“热桥”。

外墙外保温技术优势：外部保温层既能对建筑物本体进行物理保护，又能防止主要建筑物的温差过大，降低了建筑物的热应力，提高了建筑物的使用寿命；将梁、柱热桥位置设置在室外，对墙体进行有效隔热，增强了墙体隔热的整体性、有效性，并能防止墙体内凝结；室内保温层位于室外，墙体的蓄热能力较高，室内的热舒适度较好；采用外墙保温技术，降低了对居民日常生活的影响。不足：项目成本较高；外部保温层在恶劣的使用环境下，要承受雨水冲刷、冻融暴露等各种天气状况，有可能导致保温层或面层剥落。从科学合理的角度来看，采用外墙外保温结构是一种先进的、更具应用前景的保温节能技术，更适合于建筑的节能改造。相较于内部保温，外部保温能大幅降低材料消耗，在同样厚度、同样材质的情况下，外部保温较内保温降低1/5 左右，在经济性上更具优势。

综合上述分析，采用外墙外保温技术对其进行节能改造。在确定改造方向后，得出四种不同的外墙节能改造方案，如表4 所示。

表4 四种既有建筑外墙节能改造方案

4 节能改造方案模拟与应用

在上述内容的基础上，构造建筑几何模型，保留除建筑外窗性能外的其他结构信息与参数，按照表2、表3所述的内容，进行既有建筑节能改造的模拟，模拟过程中，设置建筑内居民住户对太阳能热水器的利用率为80%，以此为依据，进行模拟外窗改造后的建筑单位面积全年能耗量分析，如图1、图2 所示。

图1 模拟外窗改造后的建筑单位面积全年能耗量

图2 模拟外窗改造后的建筑节能率统计分析

从图1、图2 中的内容与相关数据可以看出，被改造后，建筑单位面积能耗呈现下降趋势，即应用改造方案一、方案二后，建筑单位面积全年能耗量显著下降，建筑节能率存在一定程度的上升。在此基础上，当选用同一品种Low-E 玻璃时，对改造方案一、方案二的应用效果进行分析，分析后发现，改造方案一的塑钢窗节能效果略优于改造方案二的断桥隔热铝合金窗，针对统一改造方案而言，高透、中透、低透材质的选用对于建筑整体节能率的影响相对较小，但在节能效果相较无显著差异的情况下，中透Low-E 玻璃的透光性能较好，将其应用在建筑中，可以使建筑室内的采光更优。综合多种因素，决定使用改造方案一进行既有建筑的节能改造设计，对应的玻璃配置按照中透Low-E 玻璃选型即可。

按照上述方式，参照表4，进行建筑外墙设计方案的模拟，分析改造方案一、方案二、方案三、方案四应用后，建筑单位面积全年能耗量与节能率，如图3、图4 所示。

图3 模拟外墙改造后的建筑单位面积全年能耗量

图4 模拟外墙改造后的建筑节能率统计分析

从图3、图4 中的内容可以看出，改造方案三的节能优势十分显著，使用中，其中改造方案一、方案二中的材料大多以成品进入现场，材料板的尺寸固定，在施工现场可以采用切割、裁剪的方式进行板材使用，此种改造方案更加适用于建筑中大面积的外墙改造，在施工中具有效率显著等优势。

在对试点工程102＃建筑的现场勘查中发现，102＃建筑的南向阳台占有面积较大，建筑体形整体呈现“凹凸”形状，且建筑的四面墙体外部均挂有空调外机设备，如果使用改造方案一、方案二，进行既有建筑节能改造，在粘贴保温板前需要辅助一些工具或电热丝进行板材的切割加工，如果是整体外形较为复杂的墙体，使用改造方案一、方案二会极大程度上的增加改造施工的工程量，而且还会造成施工中一些板材出现浪费的现象，在一定程度上增加隐形成本。与改造方案三、方案四相比，改造方案一、方案二基本可以被排除，改造方案三在现场采用喷涂施工方式、改造方案四在现场采用抹灰施工方式，处理后墙体几乎无结块，且在施工中，没有剪裁、切割、加工等无用工序，在进行复杂区域外墙的施工时，可以根据具体需求酌情控制材料的厚度，具有施工便捷、损耗较小等优势。

从图3、图4 中看出，改造方案三在应用中的节能优势显著，但在对此方面内容的深入研究中发现，改造方案三中选用的聚氨酯泡沫保温板综合造价较高，是改造方案一、方案二中选用材料造价的2 倍～3 倍，是改造方案四中选用材料造价的4 倍～5 倍。因此，在综合对比分析后，决定选用改造方案四作为既有建筑的外墙改造计划。

综合上述研究：在进行既有建筑外窗节能改造时，优选改造方案一，按照中透Low-E 玻璃选型；在进行外墙改造时，优选改造方案四，按照玻化微珠保温腻子选型。

结束语

未来，随着科技的不断进步和政策的持续支持，既有建筑节能改造将迎来更大的发展机遇。一方面，政府将继续加大对既有建筑节能改造的支持力度，推动相关政策和法规的完善；另一方面，企业和科研机构将继续加强既有建筑节能改造技术的研究和开发，推动新技术的应用和普及。同时，随着居民对环保和节能的认识不断提高，既有建筑节能改造的需求也将不断增长。通过加强政策支持、加大投入、推动科技创新等措施的实施，我们相信既有建筑节能改造将会取得更加显著的成果，为促进可持续发展做出更大的贡献。