建筑节能技术_9_既有建筑节能改造

1、丄专家讲堂Expe'iPtlatform建筑节能技术(9)既有建筑节能改造丄专家讲堂Expe'iPtlatform丄专家讲堂Expe'iPtlatform湖南大学建筑环境研究中心王平周晋张国强丄专家讲堂Expe'iPtlatform丄专家讲堂Expe'iPtlatform0引言与气候条件相近的发达国家相比，我国40多亿平方米的既有建筑普遍存在着围护结构保温隔热性和气密性差，供热空调系统效率低下等问题 ，节能潜力巨大。西方发达国家的建筑 节能经验表明，必须一方面采取措施控制新建建筑的能耗水 平，另一方面对既有建筑进行节能改造。我国的设计标准与西 方发达国家

2、相比差距较大，按旧标准外墙传热系数K值高2 .63 倍5,屋面高3 !.倍2,外窗高1 倍，门窗空气渗透高 ”6倍。尽管如此，目前我国的建筑能耗在总能耗中所占的比例 2 6.左)低于发达国家。随着经济的发展和生活水平的进 一步提高，如不加以控制和改善 ，必将对我国的能源形势构成 巨大的压力。因此有必要对既有建筑进行大范围节能改造，从而提高我国建筑节能水平。我国北方的采暖建筑，供暖面积大、时间长，不合理的围护 结构和低效的供暖系统会造成很大的能源浪费。空调是南方建筑能耗的一个重要方面 ，空调电耗在建筑能耗中所占的比例迅 速上升。根据预测，今后1年我国城镇建成并投入使用的民用 建筑至少为每年 8亿

3、平方米，如果全部安装空调或采暖设备，则1年增加的用电设备负荷将超过1亿千瓦，约为我国2 0 0 0年发电能力的1/。3如果我国大部分新建建筑按节能标准建造 并对既有建筑进行节能改造，则可使空调负荷降低4 07 0%有些地区甚至不装空调也可保证夏季基本处于舒适范围。此 外，公共建筑节能潜力也相当大，目前全国公共建筑面积大约为4§乙平方米，其中采用中央空调的大型商厦、办公楼、宾馆为55亿平方米。如果按节能5C%的标准进行改造，总的节能 潜力约为1.亿吨标准煤。建筑节能改造可以有效减轻环境污染、降低资源消耗，对整体生态环境的改善有着重要意义，是建筑走向可持续发展的岀路之一。目前北京一些政府

4、单位正在开展政府办公建筑 的节能测试与改造示范，可见政府对此的重视，各地方政府 以及其他单位也在逐步开始这项工作，开展建筑节能工作。并对既有建筑实行节能改造，已经列入了中国未来发展的规划当中。1既有建筑节能改造的对象根据建筑的类型及其不同的能耗特点，可将我国需改造的建筑分成3大类：北方采暖建筑、南方住宅建筑和公共建筑。我 国北方建筑采暖能耗高 ，比例大，应为建筑节能的重点。我国南 方的住宅建筑，由于生活水平的提高以及建筑本身的原因，安装空调的建筑越来越多 ，导致全国范围的能源超支现象严重。 大型公共建筑能耗浪费严重，节能潜力大，新建建筑中此类建筑的比例呈增长趋势。本文将以这3类建筑为对象进行具

5、体分析。1. 北方采暖建筑我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的4 0混建筑能源消耗的最大组成部分。我国单位面积采暖能耗为北欧相同气候条件下采暖能耗的1 1 .倍；，造成如此大的差距的原因可以归结为以下 4点。1围护结构保温不良。我国的建筑围护结构的平均保温水平仅为北欧同纬度地区的2 55 0%供热系统调节不当导致系统效率不高，管网缺乏有效调节手段而可能导致过量供热，热损失严重。管网存在直接的散热损失，这主要跟管网的保温状况有关。部分地沟铺设管道方式的管网，由于年代较长，岀现局部漏水、保温材料脱落、破损的状况，造成很大的浪费。4热源效率不高。占我国6 0 %7 0 采暖面积的集中供热热源为

6、燃煤锅炉或燃煤热电联产，燃煤锅炉的燃烧效率随其规模的增大而提高。大量小型燃煤锅炉房的燃烧效率较低，且由于缺少有效的调控措施，造成天气转暖时整体过度供热，相当多的热量被浪费。1. 南方住宅建筑过去由于经济和社会的原因，南方一般居住建筑尤其是农 村自建住宅没有采暖空调设施，居住建筑的设计对保温隔热问题不够重视，围护结构的热工性能普遍较差，随着经济发展和人民生活水平快速提高 ，居民普遍自行安装采暖空调设备。由 于没有采取科学的设计和相应的技术措施，致使冬季建筑采Q 眇4-201 I China Academic Journal Ekctranic Publishing Mou黑* All right

7、? reserved.暖、夏季建筑空调能耗急剧上升，能源浪费严重。南方住宅围护结构热工性能首先要保证夏季隔热要求，并兼顾冬季防寒。由于夏季太阳辐射强，持续时间久，首要考虑的 因素是如何有效防止夏季的太阳辐射，因此要特别强调外窗遮阳、外墙和屋顶的隔热设计。窗口遮阳对于改善夏热冬暖地区 住宅的热环境并实现节能非常重要，它的主要作用在于减少阳光进入室内，防止室内局部过热。遮阳设施的形式和构造的选 择，要充分考虑不同朝向对遮挡阳光的实际需要和特点，综合平衡夏季遮阳和冬季争取阳光入内，设计有效的遮阳方式。其次是在冬季要提高建筑气密性，因为冬季一般是室外空气温度比室内低很多，冷风渗透是造成供暖能耗直线增高

8、的主要原 因。1. 公共建筑公共建筑可分为中小型公共建筑和大型公共建筑。与小型公共建筑 单体建筑面积小于 2万平方米）相比，大型公共建筑 的能耗问题更突岀。大型公共建筑一般是指单体建筑面积2万平方米以上采用中央空调的办公建筑、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通枢纽等公共建筑。其用能设备 包括空调、照明、办公设备、电梯等多个系统。很多类型差不多 的公共建筑能耗差异相当大，这说明其中一部分建筑设计以及 建筑设备系统设计不合理，也说明其节能潜力巨大。大型公共 建筑由于其功能不同而使用的能源不同，但主要是以电能为主，其中绝大部分的电能消耗集中在照明和中央空调系统。大 型商场由于基本无外

9、窗和橱窗展示的需要，照明能耗更高。中央空调系统耗电，包括冷源，能量输配系统、末端装置和通风排 风系统，这部分的耗能一般能占建筑全年能耗的4 01%上，节能潜力巨大。因此大型公共建筑的节能改造重点是围护结构的 改造、节能灯具的使用和空调系统的改造。当然，其它电器设备，如电梯、通信以及一些办公设备和小家电等，也存在一定的节能空间，可根据实际情况，加强运行管理和使用高效节能设 备而实现节能目的。 据清华大学江亿院士的初步研究分析和一 些改造示范项目的经验 ，通过对关键设备的改造和对运行管理 的改进，既有大型公共建筑的空调能耗可以在目前的基础上降 低3 0%2既有建筑节能改造的措施2. 可参照的标准或

10、规范（）民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分）QG26 9 ）这是北方严寒及寒冷地区采暖居住建筑建筑节能设计标 准，目标是在19 810 9年当地通用设计的基础上节能5 0%自19 9笔7月1日起施行。该标准主要强调了建筑维护结构 保温性能及供热系统的效率。2）夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准0GJ123O 1此标准在我国中部夏热冬冷地区适用，目标节能率为 5 0%12 0 0年.10月 1日起施行。该标准主要强调了建筑维护结构 的保温隔热性能和建筑通风、外遮阳措施，并对该地区居住建筑采暖、空调方式及其设备的选择作了规定。夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（GB72 0 3J 2 725）此标准

11、规定我国南方夏热冬暖地区的目标节能率 为50%于20年3 1月1日起施行。（4 公共建筑节能设计标准GB 5 0 1 2895此标准自2 0（年5 7月1日执行，在保证相同的室内环境参数条件下，按该标准设计的建筑全年采暖、通风、空气调节和照明的综能耗应减少5 0 %5相关的标准还有 建筑气候区划标准（19 94 2月1日实施）、民用建筑热工设计规范（199年3 1（月 1日实施）、采暖居住建筑节能检验标准（JG J 22-0 0自20（年16月1日施行）、既有采暖居住建筑节能改造技术规程、建筑节能工程施工验收规范、居住建筑节能保温专项验收规程、民用建筑修缮工程查勘与设计规程JGJ1 1 7及正

12、在编制的公共建筑施工验收规程等。2. 围护结构改造措施住宅节能改造主要包括2个方面：围护结构外保温改造和更换节能保温门窗。对围护结构进行保温节能改造时，首先必须要弄清它的荷载及使用条件的变化，了解其重要结构构件的安全性评价，观察墙面受到冻害、析盐、侵蚀损坏及结露状况以 及屋顶和墙面裂缝、渗漏状况，门窗翘曲、变形等，以便于对其 进行最合理的改造。2.2墙体的节能改造设计外墙保温建筑物外墙传热面约占整个建筑物外围护结构 总面积的2/左右，通过外墙传热所造成的能耗损失几乎占建 筑的外围护结构总能耗损失的一半。通常减少外墙传热有2种方法：严格控制体型系数，以减少传热面积。增强外墙的保温、隔热性能。对于

13、既有建筑，只能采用这 种方法对墙体进行节能改造。墙体节能改造方案可有外墙外保温、外墙内保温和夹芯墙保温等多种形式，应优先采用外墙外保温方案。外墙外保温方 案具有适用范围广，对主体结构起保护作用，基本消除热桥影 响，改善墙体冷凝潮湿的不良现象，有利保持室温稳定，提高墙体气密性和室内热环境质量，减少保温材料用量。由于保温材 料贴在墙体外侧，一则不占用室内使用面积，二则无需临时搬迁，不影响居民的正常生活。此外，当需要2次装修时，内保温墙体也受到较大的限制。进行改造前，必须对原有面层状况进行认真的检查，清理疏松、空鼓等处以保证保温层与墙体紧密 结合。另外接缝、孔洞周边、转角等处应采取密闭措施 ，使其具

14、 有良好的防水抗裂性能 ，避免雨水进入内部造成冻涨破坏。2.2门窗2勺节能改造设计门窗是建筑围护结构的重要组成部分，有1/多的热量经门窗损失掉。既有建筑的窗户采用的大多是木窗或铝合金窗 户，过多的注意采光，保温性能不佳。改善窗户的保温性需解决 镶嵌材料和框扇型材 2部分。对于钢窗框和铝合金窗的窗框要 避免冷桥并注意它的密闭性。对窗框和墙体之间的缝隙，宜采用高效保温气密材料加弹性密封胶封堵。在寒冷地区，宜将单玻璃窗改造成双玻璃窗；在严寒地区，宜将双玻璃窗改造成三All fi吐11气 reserved, http:nki.nExpeiPtlat 1专 r家 讲 堂ExpeiPtlat 1专 r家

15、讲 堂玻璃窗，或在原窗的一侧安装一个保温性能好的新窗。可采用中空玻璃、镀膜玻璃，有条件的建筑还可采用低辐射玻璃。对于双玻或3玻，2层玻璃之间的密封一定要做好，否则经过不长时间的使用后，玻璃层间会因密封不好而进入灰尘，无法擦洗，而影响玻璃的透明度。另外 ，室内可使用镀膜窗帘，冬季，镀膜层 使热量在室内循环以减少供热用能；夏季，可防止强烈的太阳辐射而减少空调用能。还有一种最简单的改造方法，即在透明玻璃表面粘贴薄膜降低遮蔽系数，增大热阻。在太阳辐射强的 地区，宜增设遮阳设施。对于门的节能改造，在门框与墙之间的缝隙部位应设置耐 久性和弹性均好的密封条。对传热系数不符合要求的户门可在 门芯或内外加贴高效

16、保温材料如聚苯板、玻璃棉、岩面板、矿棉板等，以提高其保温性能 ，并应使用强度较高且能阻止空气生 态的面板加以保护。在严寒地区对于开起频繁的户门应安装闭 门器。当门窗的气密性显著提高时 ，房间应设置有组织、可调节 的换气装置或设施。2.2屋面的节能改造设计屋面的节能改造技术必须同其防水修缮结合起来，并要对其结构的承重能力进行验算，当不能满足节能改造方案时，应 采取结构加固措施，加固方法应按民用建筑修缮工程察看语 设计规程QGJ1 H印）®定执行。屋面节能改造一般有以下 4种做法：（1）平改坡。将保温性能较差的平屋顶改为坡屋顶或斜屋 顶，同时还可以利用“烟囱效应”原理，把屋面做成屋顶檐口

17、与 屋脊通风或老虎窗通风冬天关闭风口 ，以达保温目的）。坡屋顶改造时宜在屋顶吊顶上铺放轻质保温材料，其厚度应根据热工计算确定。无吊顶的屋顶应增设吊顶层，吊顶层应耐久性好，并能承受铺设保温层的荷载。实施平改坡首先要由有关部门对楼体的结构进行安全鉴定 ，根据鉴定结果“量体裁衣”。然后在 材料上尽量选择轻型建材，以减轻坡屋顶的重量。（2直接铺设保温层。提高建筑外围护结构的热阻是建筑 节能的有效途径之一。在屋面结构层上结合防水要求，可在原屋面上满铺一层经过憎水处理的岩棉板，其厚度根据热工计算确定，在保温层上做水泥砂浆保护层，并做防水层。（3架设空保温层。在屋面适当位置采用水泥、石灰膏、砂质量比为1 0

18、. ：15（的水泥石灰膏砂浆 ，卧砌115 Mln15 Mm 18 0n砖墩，纵横中距宜保持为5 0 0诫砖數应落在相应的承重屋面板上，并将预制钢筋混凝土架空板放在砖墩上。铺设架 空板前，在原屋面上应铺设保温材料，其厚度应做找坡层、找平 层及防水层。保温材料可采用廉价的膨胀珍珠岩等。此法适用 于女儿墙较低，进深较小的建筑。采用倒铺屋面。在防水层良好的情况下，可在其上直接铺设挤塑聚苯乙烯硬性泡沫板或现场发泡聚氨酯等不吸水保 温材料其厚度应根据热工计算而定），然后再覆盖保护层。2.2阳台的节能改造设计阳台空间是建筑物比较特殊的部位，利用阳台来改善环境，达到节能目的，创造良好的生态效应，一直以来都是

19、设计者和研究者关注的课题。目前的阳台节能措施一般是密封阳台 也可以采取将普通金属窗改成塑钢窗，外窗单玻璃改成中空玻璃；阳台的维护结构改成双面现浇，中间加高密度聚苯板等措施。另外，在阳台上种植花草，不仅能美化环境，还可以净化空 气，增加含氧量。除封闭阳台外，若有空地，对于那些没有阳台 的建筑，在旧房改造时可另加阳台。这种技术在国外已有应用 建设的阳台与单独设置的支柱配套建成，并与原有建筑物连接。这种做法既扩大了使用面积，让业主获得更大的使用空间 又给建筑物添加了保温层。2.暖通空调系统以及照明的节能改造措施采暖节能改造可分为室内采暖系统的改装和热力站的改造。室内采暖系统改造时 ，应进行水流平衡验

20、算 ，采取解决室内 采暖系统垂直及水平方向水力失衡的措施。目前可采用的系统改造形式有以下 6种：1在传统的单管顺流式采暖系统中，散热器支管加上三通锁闭阀，该阀门既可解决传统的单管式采暖系统的竖向失调问题，又可以对不交费的用户进行关闭2在传统的单管顺流式采暖系统中个衡温阀，散热器支管加上三通锁闭阀户自行调节和对不交费的用户的关闭问题温控制该立管的流量。3在传统的单管顺流式采暖系统中温阀和旁通管，可实现每户的独立调节，在每根立管上设一，用三通锁闭阀解决用;用最底层用户的室，散热器支管上加衡将传统的单管顺流式采暖系统改造成单管水平跨越式 系统，每组散热器上设一个手动调节阀用于用户自己调节温 度。5将

21、传统的单管顺流式采暖系统改造成单管水平跨越式 系统，每组散热器上设一个手动调节阀用于室温调节。在干管 上加一个衡温阀，衡温阀可设在系统中任意位置上，用其所在房间的室温控制该用户系统的流量。将传统的单管顺流式采暖系统改造成单管水平跨越式 系统，每组散热器上设一个衡温阀，用于用户自己调节室内温度。通过供暖系统的改造 ，住户可以根据自己的需要，对房间的温度和热量进行调节 ，不仅能节能，而且在一定程度上缓解 原有系统的失调问题，并为采暖按热量收费打下了基础。热力站的节能改造主要通过提高燃煤锅炉的效率来实现，提高燃煤锅炉的效率可通过将5t以下的小锅炉合并，增加锅炉房的计量与管理、更换个别低效锅炉、加强司

22、炉工的培训、增 加自动控制装置等，热效率可达到8 0%上。另外，室外管网热 损失在2 0彩0%勺现象非常普遍，且对管网进行改造和重新 保温的投资一般小于“分户计量，分户可调”的措施。对于现存 建筑，此项改造的效益大于分户计量改造的效益，因此应优先提倡。空调系统存在的主要问题是冷热源型式不合理能源形式、设备匹配）、冷热源设备效率低下、 风机和水泵常年低效运 转、存在过冷过热现象冬季过热、局部过冷、远端不满足、气ExpeiPtlat 1专 r家 讲 堂ExpeiPtlat 1专 r家 讲 堂2 0 0/7Q 1994-2011 t'hiria Academic Journal l-Ject

23、ronic Publistinig 11即I】弭，All rights reserved.丄专家讲堂Expe'iPtlatform流组织不合理、控制系统形同虚设等。冷热源往往是选型过大 . 导致机组几乎都是部分负荷运转而效率低下。为了对应过大的冷热源，水泵也不得不选型偏大，于是大量的能耗就浪费在管 道阀门上。有的则是二次泵设置不当，导致不必要的能耗。各用 户支路水力严重不平衡 ，造成过冷过热现象。室内风机系统常 出现的问题是送回风机不匹配致使吸入大量新风加重空调负 荷，或是风机选型过小，过渡季节不能充分利用新风，而风机本身也可能由于过滤器堵塞严重而使风量减少。空调系统的末端装置一一风机

24、盘管也常岀现选型过大的问题，选型过大要么会使室内温度偏低影响舒适性，要么就是导致回水温度过高使冷水机组不能高效运转。对现有空调系统的节能改造，不仅要了解空调供回水温差和在部分负荷情况下的使用率，还要仔细分析制冷机流量的可能变化范围。并对整个系统进行系统而详细的检查，才能进行全面的经济分析，提出切实可行的节能改造方案。照明的节能改造相对暖通系统则简单易行得多，主要是将现有的灯具更换成节能灯具，便可使此部分的用电大幅度降低，进一步的技术措施就是照明的调节与控制装置。这些技术 的实施与推广，并配之以有效的节能意识和节能管理，照明用电便可在目前的基础上大大降低。3结束语建筑物一旦建成，至少在2 &am

25、p;3年或更长的时间里，不 间断地消耗着能源，因此既有建筑的节能改造与新建建筑的 节能同样重要，解决得好，对新世纪困扰国家发展的能源瓶 颈问题会有很大帮助。既有建筑的节能改造主要包括：人的节能意识的改造、围护结构和建筑设备的改造。建筑节能改造应 充分利用其地理气候特点，扬长避短，围护结构主要体现在节能屋面、节能墙体保温材料、保温隔热门窗等方面；建筑设备节 能改造重点是空调系统和采暖系统以及照明节能。在既有建筑节能改造中应针对每一个能耗点实施节能降耗措施，把节能改造的文章做足。在改造技术上要最大限度地利用自然条件，重视资源的回收利用 ，注重运行管理节能 ，充分考虑改造中的经 济性，使效益达到最大

26、化。<1(丄专家讲堂Expe'iPtlatform<1(丄专家讲堂Expe'iPtlatform小资料可用于建筑节能的相变储热材料<1(丄专家讲堂Expe'iPtlatform按照储热方式的不同，储热技术可以分为显热储热、潜热储热和化学反应储热3类。其中，潜热储热是利用相变材料的相变潜热来储热 ，储热密度大，储热装置简单、体积小， 而且储热过程中储热材料近似恒温，可以较容易地实现室温的定温控制。因此，相变储热在建筑节能领域有着很好的发 展前景。1固我相变材料固异夜相变材料包括无机材料和有机材料2大类。1无机固4夜相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金等。其中，结晶水合盐是中低温相变材料中最重要的一 类，可以提供相变温度从几摄氏度到一百多摄氏度的材料供 选择。用于供暖、空调系统的结晶水合盐类相变材料包括碱 金属和