既有建筑節(jié)能改造技術淺析

伍景

摘 要 能源系統(tǒng)效率太低、能源總體利用率不高已成為制約中國經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要障礙。建筑能耗是社會的主要能耗，積極進行建筑節(jié)能刻不容緩。既有建筑大多存在建筑能耗大、用能效率低的情況，節(jié)能改造潛力巨大。本文從圍護結構、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調采暖系統(tǒng)和可再生能源利用出發(fā)，詳細介紹了適用于既有建筑節(jié)能改造的相關技術。

【關鍵詞】既有建筑；建筑節(jié)能；節(jié)能技術

改革開發(fā)以來，中國經(jīng)濟在保持穩(wěn)定高速增長的同時各種能耗也呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢。能源系統(tǒng)效率太低、能源總體利用率不高已成為制約中國經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要障礙?！肮?jié)能減排、建設節(jié)約型社會”是我國政府結合我國國情和現(xiàn)代化建設實踐做出的一項重大戰(zhàn)略決策。其中，建筑能耗已成為社會主要能耗之一，我國既有建筑面積已超過450億平方米，僅有不足1%采取了節(jié)能措施；此外，每年我國有新建房屋大約20億平方米，其中95%都是高能耗建筑，造成了嚴重的資源浪費。隨著建筑領域投資的持續(xù)攀升、建筑總量的大量增加以及人們對建筑室內熱環(huán)境舒適度的要求逐漸增加，建筑能耗占總能耗的比重還會加大，積極進行建筑節(jié)能工作刻不容緩。由于既有建筑面積中高能耗建筑占比重，因此對于既有建筑進行節(jié)能改造十分必要。

為解決既有建筑高能耗的問題，本文對適用的節(jié)能改造技術進行了介紹，節(jié)能改造不僅涉及到外墻、門窗、屋頂、陽臺等建筑圍護結構，還涉及到空調、照明、采暖系統(tǒng)及其運行管理等其他方面。在節(jié)能技術選擇時應因地制宜，從地理環(huán)境、建筑特點、能耗特點、設計價值、經(jīng)濟價值和環(huán)境價值方面出發(fā)，充分考慮，選擇合適的節(jié)能改造技術。

1 圍護結構節(jié)能改造

既有建筑圍護結構多數(shù)存在保溫標準低、隔熱效果差的問題，對其進行節(jié)能改造能有效的減少能源浪費，包括外墻節(jié)能改造、外窗節(jié)能改造、屋面節(jié)能改造和遮陽設計等。

1.1 外墻節(jié)能改造

外墻是建筑物的外圍護構件，是建筑物室外與室內的分隔屏障，通過外墻傳熱所造成的能耗損失約占建筑外圍護構件總能耗損失的一半左右，外墻的熱工性能好壞決定了室內的舒適程度。外墻保溫改造后既可以在冬季防止室內熱量的散失，又可以在夏季起到隔熱的作用。外墻節(jié)能措施的重點在降低傳熱系數(shù)增加其熱阻，提升其保溫性能，包括外墻外保溫和外墻內保溫兩種方式。外墻內保溫由于會占據(jù)一定的建筑使用面積，同時會破壞墻面原有裝飾故應用較少。外墻外保溫僅在建筑外表面涂抹反射隔熱涂料而不改變原有圍護砌體，具有保溫、隔熱、防火、阻燃功能，是最佳的改造措施。其中，保溫層常用的材料包括以聚苯乙烯、聚氨酯為代表的發(fā)泡保溫類，以膠粉聚苯顆粒、玻化微珠為代表的保溫漿料類，以膨脹聚苯板為代表的保溫板類，以半硬質巖棉板為代表的礦物保溫類材料。此外，墻面覆蓋綠色植物也能起到一定的節(jié)能作用。

1.2 外窗節(jié)能改造

外窗是建筑物同外界進行熱交換最頻繁的部位，是整個建筑外圍護結構中熱工性能最薄弱的環(huán)節(jié)。絕大部分既有建筑在設計過程中為了追求通透的立面效果和景觀視野，采用大面積的窗戶，較少考慮到節(jié)能要求。外窗改造一般是從采用新型材料增大熱阻和改變外窗結構提高氣密性、減少滲透量兩個方向入手。當原窗還能使用時，可對原窗進行改造，形成中空或雙層實現(xiàn)保溫效果；也可在原窗上加密封條，提高氣密性。當原窗整體熱工性能較差無法達到節(jié)能標準時，可安裝節(jié)能型窗。窗框材料采用導熱系數(shù)較小的框料，包括鋁合金斷熱型材、鋁木復合型材及鋼塑整體擠出型材等；玻璃選擇吸熱玻璃、鍍膜玻璃或復合玻璃。

1.3 屋面節(jié)能改造

屋面的作用是防水、隔熱和保溫。對于建筑頂層來說，是比例最大的外圍護結構。如果屋面的保溫隔熱性能太差，對頂層室內熱環(huán)境和建筑能耗的影響還是比較嚴重的。屋頂?shù)墓?jié)能措施包括保溫屋面、平改坡、種植屋面、蓄水屋面及通風屋頂。保溫屋面在改造時盡量選用重量輕、力學性能好、傳熱系數(shù)小的材料，一般通過加厚保溫層，或選擇傳熱系數(shù)小的加氣混凝土屋面、擠壓型聚苯板、水泥珍珠巖屋面或在屋面板內側貼鋁箔等方式來改善屋頂?shù)谋馗魺嵝阅?。當原有屋面有保溫層，但保溫性能較差時，可進行平改坡工程，同時還可以把屋面做成屋頂檐口與屋脊通風或老虎窗通風，達到通風散熱效果。屋面節(jié)能改造還有個有效措施就是種植屋面，通過屋頂綠化提高屋面隔熱性能，常用于夏熱冬暖地區(qū)。蓄水屋面是在屋頂制成蓄水池，通過水的蒸發(fā)和隔熱作用，起到阻隔夏季日曬從屋面向室內傳遞的目的。通風屋頂是在屋頂上設置通風間層，利用流動的空氣帶走熱量起到隔熱作用。

1.4 遮陽設計

遮陽設計可分為室內遮陽和室外遮陽。室內遮陽多使用鍍膜窗簾，但對通風和采光會有較大影響。室外遮陽是較好的一種隔熱方式，夏季通過將能量阻擋室外實現(xiàn)降低室內制冷能耗的目的。

2 照明系統(tǒng)節(jié)能改造

照明系統(tǒng)節(jié)能改造應從提高系統(tǒng)總效率、照明方式、自然光利用以及維護管理等方面綜合考慮，在滿足工程照度基礎上，通過更換節(jié)能燈具、安裝智能照明控制系統(tǒng)、自然采光等措施來實現(xiàn)最大化的照明節(jié)能，涉及的區(qū)域包括公共路燈和景觀照明、樓道照明、辦公建筑照明和地下停車庫照明等。

2.1 充分利用自然光源

自然光是人類視覺工作中最舒適、最健康的環(huán)境。充分利用自然光可減少約20%的照明用電。開窗采光、減少遮擋是最直接引入自然光的方式。但是由于建設用地的日益緊張和建筑功能的日趨復雜，建筑尤其是辦公建筑體量越來越大，依靠傳統(tǒng)手段已無法實現(xiàn)自然采光，可利用光的反射、折射或衍射等特性，將自然光引入并傳輸?shù)叫枰牡胤?，包括導光管、光纖纖維法、采光擱板、導光棱鏡窗等。

2.2 選用綠色節(jié)能照明器具

在滿足照明質量的前提下，盡可能選擇高效光源，包括鹵素燈、高光通量的高效熒光燈、節(jié)能燈、LED燈等。隨著產業(yè)規(guī)模的不斷加大，節(jié)能燈具的成本逐步降低，已成為公共照明及家庭裝修的第一選擇。此外，鎮(zhèn)流器也是一個非常重要的光源配件，在節(jié)能改造時應合理選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器替代普通型電感鎮(zhèn)流器。

2.3 優(yōu)化布燈方式

合理的布燈方式也能起到節(jié)能降耗的目的。以大空間辦公室為例，應盡量采用局部照明，減少開燈時間，在滿足長期辦公區(qū)域照度要求的前提下，可以適當?shù)卣{整在辦公室中走道、打印區(qū)等非長期停留區(qū)域的照度，以達到節(jié)能照明的目的。

2.4 合理選用照明控制方式

公共路燈及景觀等公共照明可采用按預設時間段使用定時開關可編程控制方式進行分路控制；住宅建筑樓道照明可采用聲光控延時開關或紅外光控延時開關進行延時控制；地下停車場照明節(jié)能可依據(jù)“潮汐現(xiàn)象”，選用感應式LED燈管進行節(jié)能改造，沒車沒人時燈管處于休眠微亮狀態(tài)，有車有人時燈管被觸發(fā)達到全亮狀態(tài)；辦公樓宇可通過智能照明控制系統(tǒng)實現(xiàn)合理的能源自動化管理。

3 舊設施設備節(jié)能改造

舊設備節(jié)能改造主要針對布置之初未將節(jié)能指標考慮進去，或長期使用后已不滿足使用要求、造成較大能源浪費的老舊設備。這樣的設備種類繁多，廣泛分布于既有建筑內，包括給排水、空調、采暖系統(tǒng)等。

3.1 給排水系統(tǒng)節(jié)能改造

給排水系統(tǒng)能耗占建筑能耗相當大的比例，僅生活熱水一項就占建筑能耗的10%～30%。若能在滿足合理舒適要求的前提下，優(yōu)化給排水系統(tǒng)、充分利用可回收能源及管網(wǎng)余壓和使用節(jié)水型衛(wèi)生器具，可有效節(jié)約能量50%左右。

3.1.1 更換節(jié)水龍頭和節(jié)水型衛(wèi)生器

既有建筑的衛(wèi)生器具和配水器具多為普通型器具，沒有流量、大小選擇，總體流量偏大，造成水資源浪費，應大力推廣使用節(jié)水型衛(wèi)生器具和配水器材。

3.1.2 推廣真空節(jié)水技術

利用真空技術依靠真空負壓產生的高速氣水混合物，快速將潔具內的污水、污物沖洗干凈，達到節(jié)約用水的效果，用于辦公建筑中節(jié)水率高達70%。

3.1.3 消除無效冷水的浪費

大部分集中熱水供應系統(tǒng)在熱水裝置開啟后，需放掉部分冷水之后才能正常使用。應盡可能選用支管或立管循環(huán)方式，減小乃至消除無效冷水的浪費。

3.1.4 合理利用市政管網(wǎng)余壓，減少二次加壓能耗

采用分區(qū)供水方式，當市政管網(wǎng)壓力能保證0.3Mpa時，五層及以下樓層直接采用市政管網(wǎng)供水，五層以上采用無負壓變頻設備供水。高層建筑可在配水點前安裝節(jié)流孔板、減壓閥來避免水壓過高、水量浪費。

3.1.5 給排水控制系統(tǒng)改造

通過給排水控制系統(tǒng)監(jiān)視泵的運行狀態(tài)、水箱水池的水位和給水系統(tǒng)壓力，根據(jù)水位及壓力狀態(tài)啟停相應的水泵，自動切換備用水泵，實現(xiàn)節(jié)能控制運行。

3.2 空調系統(tǒng)節(jié)能改造

空調系統(tǒng)節(jié)能與日常使用習慣密不可分，在滿足健康的情況下，夏季制冷應盡量升高，冬季取暖應盡量取低，離開建筑時及時關閉空調設備，季節(jié)交換期間充分利用自然通風節(jié)能。住宅建筑主要采取的是家用空調分戶取暖或制冷，應提倡安裝變頻節(jié)能空調；辦公樓宇多為中央空調系統(tǒng)，節(jié)能包括大溫差空調，采用變風量、變水量空調系統(tǒng)、蓄冷系統(tǒng)以及通過計算機控制技術、優(yōu)化設計等。

3.2.1 大溫差空調

大溫差空調主要是指空調送風溫差比常規(guī)空調設計溫差大的空調系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)流量，節(jié)約了能源輸送動力以及管道材料，適用于水泵揚程較高的高層建筑物。

3.2.2 變風量、變水量空調系統(tǒng)

隨著自控技術的發(fā)展，變風、變水量空調可通過改變風、水量來適應負荷的變化達到熱量平衡，減少了裝機容量，節(jié)約了風機和水泵的運行能耗。

3.2.3 蓄冷空調系統(tǒng)

蓄冷空調避開用電高峰，利用夜間富余電力制冰和低溫水蓄冷，然后在用電高峰時段融冰和取用低溫水制冷。

3.2.4 利用自控及計算機技術來降低空調的能耗

通過對空氣處理設備、冷源熱源進行控制，使其實際輸出量與實際負荷相適應實現(xiàn)節(jié)約能源的功能。

3.3 采暖系統(tǒng)改造

我國北方地區(qū)冬季供暖的主要方式是集中供熱，通過對既有建筑供暖系統(tǒng)調查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有供暖系統(tǒng)存在水力和熱力失調、無效供暖多、循環(huán)水泵控制方式不合理、缺乏對多臺鍋爐運行的整體綜合控制以及對整個供暖系統(tǒng)主要運行參數(shù)的監(jiān)控等諸多弊端，且鍋爐管理較為粗放，能源浪費嚴重，運行成本常年居高不下。

3.3.1 鍋爐房的節(jié)能改造

增設循環(huán)水泵變頻調速裝置，提高鍋爐運行效率；加裝氣候補償器，依據(jù)室外環(huán)境溫度變化實時調節(jié)室內溫度，達到節(jié)能、舒適的目的；對頻繁啟停的鍋爐，增大鍋爐循環(huán)水流量至設計流量，改變鍋爐的啟?？刂品秶?。

3.3.2 管網(wǎng)環(huán)節(jié)的節(jié)能改造

在管網(wǎng)末端安裝平衡閥調節(jié)熱力平衡，降低建筑物之間的不均勻熱損失；定期檢修管段，清楚管網(wǎng)堵塞情況；對漏水嚴重的管段進行全面檢修，個別保溫材料老化嚴重管段更換新管；降低管網(wǎng)熱損失。

3.3.3 建筑物環(huán)節(jié)的節(jié)能改造

調節(jié)管網(wǎng)平衡，實現(xiàn)遠程用戶室溫的檢測；針對具體情況，設置合理鍋爐開啟時間和開啟臺數(shù)，改善過量供熱的問題；重新制定鍋爐出力的運行調節(jié)策略；完善管理機制，降低開窗通風熱損失。

近年我國多地遭遇了嚴重的霧霾天氣，研究表明PM2.5污染15%～18%來源于燃煤。2013年出臺了“國家大氣污染防治規(guī)劃”，擬對能源結構進行調整，北京制定了至2020年的能源結構調整戰(zhàn)略，以“煤改氣”的能源結構調整最為突出，節(jié)能效果顯著。

4 可再生能源的利用

傳統(tǒng)化石能源始終是有限的，節(jié)能降耗的一大重點就是提高可再生能源的利用效率，包括太陽能、地源熱能、雨水回收和中水回用。

4.1 太陽能的利用

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，也是目前技術最成熟、運用推廣最廣泛的一種可再生能源。但由于太陽能是一種低密度間斷性能源，采集受氣候、晝夜的影響，只能作為輔助手段使用，主要利用途徑是太陽能采暖通風系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光電系統(tǒng)等。

4.2 地源熱泵空調系統(tǒng)

地源熱泵是一種在技術上和經(jīng)濟上都具有較大優(yōu)勢的解決供熱和空調的替代方式。該技術利用地下淺層地熱資源實現(xiàn)供熱和制冷的高效環(huán)保型空調系統(tǒng)，過輸入少量的高品位能源，如電能，將能量從低溫熱源轉移至高溫熱源。該技術對周圍環(huán)境無污染、無排放；無外掛機，不產生熱島效應；沒有噪音；不破壞地下水資源；使用壽命長；可實現(xiàn)冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活熱水。

4.3 雨水回收系統(tǒng)

在城市用水當中，綠化、種植、洗車、旱地除塵、沖廁、消防等所占比例越來越大，然而這些用水系統(tǒng)對水質要求不高，合理利用雨水收集回用系統(tǒng)是有效緩解城市供水壓力的一大途徑。雨水回收是指通過雨水收集設備收集降雨，經(jīng)過初期棄流排泥，然后再由過濾消毒設備進一步進行水處理，使其達到雜用水規(guī)定水質標準，最后由供水設備將水供至用水點使用。常用的雨水回收利用包括屋頂花園雨水回收利用系統(tǒng)、屋面雨水積蓄利用系統(tǒng)和地面雨水回收利用系統(tǒng)。

4.4 中水回用

中水回用技術是指將小區(qū)居民生活廢〔污〕水（沐浴、廚房、廁所、盥洗、洗衣）集中回收并按一定標準處理后，再回用于小區(qū)的道路沖洗、家庭坐便器沖洗、綠化澆灌等，從而實現(xiàn)節(jié)約用水的目的。

5 其它節(jié)能改造

5.1 空間區(qū)劃節(jié)能設計

合理的建筑平面布局不僅能在使用上帶來極大的方便，也能有效的提高室內的熱舒適度，利于建筑的節(jié)能。以辦公樓宇為例，不同使用功能的房間對其室內熱環(huán)境的要求不同，辦公空間應集中布置，并置于熱環(huán)境舒適度較高的區(qū)域。此外，在辦公室與室外空間可以設置“溫度阻尼區(qū)”，減少建筑的滲透熱損失。

5.2 能源管理系統(tǒng)

有條件的情況下可以對建筑物內所有機電設備進行動態(tài)監(jiān)控和整體控制，即采用能源管理系統(tǒng)不斷優(yōu)化設備的運作模式，達到節(jié)能降耗的效果。能源管理系統(tǒng)可以涉及熱水系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、自來水給水系統(tǒng)、中央空調水系統(tǒng)及熱水供水系統(tǒng)。

6 結束語

既有建筑節(jié)能工作十分重要，通過采用新型的節(jié)能材料和節(jié)能系統(tǒng)，可以顯著改善既有建筑的能耗。本文總結了既有建筑節(jié)能改造的技術措施，主要包括圍護結構改造、照明系統(tǒng)改造、采暖空調系統(tǒng)改造、給排水系統(tǒng)改造和可再生能源利用等，具體采取何種措施需充分考慮既有建筑所處地的氣候特點、建筑現(xiàn)狀等因素，因地制宜的確定出最安全、最方便、最經(jīng)濟、最環(huán)保的節(jié)能改造方法。

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作者單位

后勤工程學院 重慶市 400041