寒冷地區(qū)既有建筑綠色節(jié)能改造的技術(shù)研究

胡新萍

山西工程技術(shù)學(xué)院

1 引言

在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷發(fā)展過(guò)程中，建筑項(xiàng)目數(shù)量急劇的增長(zhǎng)，建筑每年消耗的能源成爆發(fā)式增長(zhǎng)狀態(tài)，為有效節(jié)約能源，降低建筑能源消耗，把建筑打造成綠色節(jié)能發(fā)展體系，我國(guó)已將多種節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在建筑中，對(duì)節(jié)約能源、改善生態(tài)環(huán)境以及為人們提供便捷舒適的生活和工作環(huán)境，都發(fā)揮重要的作用。尤其是在寒冷地區(qū)，對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，實(shí)施綠色節(jié)能改造技術(shù)，既降低了建筑結(jié)構(gòu)所消耗的能源，也有效提升了建筑結(jié)構(gòu)的保溫性能。

2 既有建筑現(xiàn)狀分析

2.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面

在我國(guó)北方采暖地區(qū)，基本都屬于寒冷地區(qū)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，人民生活水平的提高，對(duì)生活品質(zhì)及建筑物室內(nèi)舒適度要求逐漸提升，因此寒冷地區(qū)冬季采暖面積和夏季空調(diào)用量隨之提高，造成了建筑能耗總量持續(xù)快速增長(zhǎng)的現(xiàn)象。在20世紀(jì)80年代所建造的建筑，墻體都由240實(shí)心黏土磚組成，建筑安裝的窗戶(hù)，使用的材料多為塑料和鋁制品，而且都以單玻璃結(jié)構(gòu)組成，這樣的結(jié)構(gòu)以及材料組成的窗戶(hù)安裝在建筑上，密封性能會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用不斷降低。另外，許多公共建筑的窗戶(hù)，未配有保溫隔熱裝置，在高溫的夏季和寒冷的冬季，都使公共建筑內(nèi)的熱量不斷流失。受到傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念的影響，設(shè)計(jì)師更加追求建筑結(jié)構(gòu)的美觀性，未能將綠色節(jié)能融入設(shè)計(jì)中，致使窗戶(hù)與墻面面積比，都會(huì)高于30%，無(wú)法體現(xiàn)出綠色節(jié)能特征。

2.2 外圍護(hù)中窗戶(hù)密封性

以某省為例，該省既有建筑總面積為7.5 億平方米，民用建筑為5億平方米。進(jìn)入到夏季高溫時(shí)期，人們?cè)谏詈凸ぷ髦卸紩?huì)使用空調(diào)降低室內(nèi)溫度，在夏季電力企業(yè)會(huì)承受巨大的供電壓力，而且空調(diào)產(chǎn)生的負(fù)荷，占整體供電負(fù)荷的40%以上。為降低空調(diào)產(chǎn)生的負(fù)荷，需要對(duì)窗戶(hù)的密封性進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)該省的既有民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，若窗戶(hù)的密封性較差，會(huì)使空調(diào)產(chǎn)生的能耗流失掉35%，而對(duì)公共建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)產(chǎn)生的能耗流失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)民用建筑。

3 窗的節(jié)能改造

3.1 外窗改造宜先行

筆者嘗試對(duì)寒冷地區(qū)的居民建筑外窗進(jìn)行改造，通過(guò)CHEC節(jié)能設(shè)計(jì)軟件，對(duì)民用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗使用情況進(jìn)行模擬分析，并在不同模擬環(huán)境下，如不同類(lèi)型墻體、屋頂、外窗以及玻璃類(lèi)型等，都借助CHEC 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果，設(shè)計(jì)出理想的外窗改造計(jì)劃。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，若窗墻比超過(guò)0.3時(shí)，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)能耗會(huì)比原來(lái)少15%，若增加窗墻比，節(jié)能效果會(huì)更加明顯。所以在對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，在墻體南向朝陽(yáng)方向，將原有的單層玻璃替換成雙層中空玻璃，并在樓頂板、外墻增加保溫材料?，F(xiàn)階段主要對(duì)既有建筑的門(mén)窗進(jìn)行改造，可以獲得明顯的綠色節(jié)能效果。

3.2 改造的基本原則

對(duì)寒冷地區(qū)既有建筑進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)以當(dāng)?shù)丨h(huán)境作為參考標(biāo)準(zhǔn)，將建筑進(jìn)行最小化改造的同時(shí)，既能控制改造成本，還能獲得良好的改造效果，并且最基本的原則，是為人們提供舒適的生活和工作環(huán)境的前提下，最大程度減少能源的消耗。另外，在對(duì)既有建筑進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)保持建筑原有的結(jié)構(gòu)以及裝修樣式，多以改造窗戶(hù)為主要原則，將具有良好的密封性和保溫性能的窗戶(hù)，替換原有的窗戶(hù)，以此獲得滿(mǎn)意的節(jié)能效果。

3.2.1 玻璃的選擇

該省夏季和冬季的溫度進(jìn)行分析可知，在選擇窗戶(hù)的玻璃時(shí)，應(yīng)以提升建筑的節(jié)能效果為依據(jù)，在不同地區(qū)選擇不同節(jié)能性能的玻璃，根據(jù)建筑玻璃遮陽(yáng)系數(shù)規(guī)定，采用著色玻璃、陽(yáng)光控制鍍膜玻璃以及Low-E 玻璃等，都會(huì)在不同太陽(yáng)光譜透過(guò)率曲線(xiàn)下出現(xiàn)不同的變化。該地區(qū)著色玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)，一般會(huì)在強(qiáng)光下保持在0.55～0.85 范圍內(nèi)，而陽(yáng)光控制鍍膜玻璃，遮陽(yáng)系數(shù)會(huì)有所降低，將控制鍍膜玻璃與著色玻璃組合成新型玻璃，會(huì)進(jìn)一步降低遮陽(yáng)系數(shù)。與上述兩種玻璃性能相比，Low-E 中空玻璃具有良好的保溫性能，而且遮陽(yáng)系數(shù)穩(wěn)定的維持在0.34～0.72范圍內(nèi)，符合GB 50189《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，在該省的各個(gè)地區(qū)，可以將該玻璃作為改造技術(shù)，應(yīng)用在既有建筑的窗戶(hù)改造中。

3.2.2 配件的選擇

選擇具有節(jié)能性能的窗戶(hù)五金配件，應(yīng)圍繞兩個(gè)方面要求選擇：第一，五金配件應(yīng)具有良好的質(zhì)量，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，不會(huì)輕易發(fā)生老化、破碎等情況，以此保證窗戶(hù)保持良好的密封性；第二，選擇的五金配件應(yīng)符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求，在窗戶(hù)的結(jié)構(gòu)以及密封條發(fā)生變化時(shí)，五金配件依然可以發(fā)揮密封保溫性能，而且不會(huì)因窗戶(hù)結(jié)構(gòu)的變化而變化。

3.2.3 正確的組裝

正確組裝門(mén)窗，可以保證門(mén)窗的抗風(fēng)性、氣密性以及隔音性等多種性能都能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。夏季為了避免暴雨等極端天氣的出現(xiàn)，良好的門(mén)窗組裝，既能阻隔雨水進(jìn)入到建筑內(nèi)，還能延長(zhǎng)門(mén)窗的使用壽命，從而增強(qiáng)門(mén)窗的節(jié)能效果。

3.3 窗的隔熱改造

3.3.1 遮陽(yáng)的功效

寒冷地區(qū)對(duì)既有建筑進(jìn)行綠色節(jié)能改造時(shí)，應(yīng)以保溫和隔熱作為改造指標(biāo)，根據(jù)季節(jié)的變換發(fā)揮窗戶(hù)的保溫和隔熱作用。在冬季當(dāng)室外溫度低至-10℃左右時(shí)，此時(shí)窗戶(hù)應(yīng)可以阻隔外界低溫的進(jìn)入，同時(shí)還能阻止室內(nèi)熱量的流失。在高溫季節(jié)時(shí)，窗戶(hù)可以具有良好的遮陽(yáng)效果，有效地阻止外界高溫進(jìn)入到室內(nèi)。在寒冷地區(qū)對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，還應(yīng)提升窗戶(hù)的隔熱性能，依據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，在對(duì)窗戶(hù)隔熱性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)SC=玻璃遮陽(yáng)系數(shù)×外遮陽(yáng)系數(shù)可知，窗戶(hù)的隔熱性能應(yīng)以此計(jì)算出的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)，在無(wú)遮陽(yáng)時(shí)SC=玻璃遮陽(yáng)系數(shù)。結(jié)合既有建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，在計(jì)算時(shí)通過(guò)DOE-2軟件為建筑進(jìn)行節(jié)能模擬計(jì)算，若對(duì)窗戶(hù)的保溫以及隔熱系數(shù)進(jìn)行變換，需要對(duì)窗戶(hù)的遮陽(yáng)系數(shù)進(jìn)行考量，根據(jù)實(shí)際情況，應(yīng)提升窗戶(hù)的隔熱性能，以此獲得良好的節(jié)能效果。

3.3.2 遮陽(yáng)的方式

現(xiàn)階段采用的遮陽(yáng)方式，通常分為兩種，一種為室內(nèi)遮陽(yáng)，另一種為室外遮陽(yáng)。選擇室內(nèi)遮陽(yáng)方式，會(huì)采用鍍膜窗簾進(jìn)行遮陽(yáng)。鍍膜窗簾會(huì)為室內(nèi)提供循環(huán)的熱量，為人們?cè)诙咎峁┍匾臒崃?。而在夏季，鍍膜窗簾?huì)有效的阻隔陽(yáng)光輻射產(chǎn)生的熱量。但是，室內(nèi)遮陽(yáng)方式會(huì)阻擋陽(yáng)光進(jìn)入到室內(nèi)，不利于人們的生活和工作，一般都會(huì)采用室外遮陽(yáng)的方式，減少能源的消耗。

許多發(fā)達(dá)國(guó)家為建筑配置的室外遮陽(yáng)設(shè)備，具有良好的遮陽(yáng)、保溫以及隔熱性能，同時(shí)還能兼顧防盜功能，一般室外遮陽(yáng)有鋁質(zhì)或者塑料制作成百葉形式，為用戶(hù)提供節(jié)能服務(wù)。

為增強(qiáng)既有建筑的綠色節(jié)能改造效果，應(yīng)重視選擇的遮陽(yáng)方式，一般將室外遮陽(yáng)作為首選，根據(jù)寒冷地區(qū)季節(jié)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)

境的影響，在冬季時(shí)室外遮陽(yáng)應(yīng)增加透光率，而在夏季時(shí)有效阻隔太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量，以此有效控制室內(nèi)溫度。

4 門(mén)窗節(jié)能改造的選用技術(shù)

4.1 拆換原窗改造

對(duì)既有建筑原有窗戶(hù)進(jìn)行拆換改造時(shí)，應(yīng)遵守三個(gè)方面的原則：第一，原有鋼制、木質(zhì)以及鋁合金材料窗戶(hù)無(wú)法發(fā)揮節(jié)能功效時(shí)，將節(jié)能窗戶(hù)安裝到原有窗戶(hù)的位置；第二，使用中空玻璃窗戶(hù)替換原有的塑料窗戶(hù)；第三，使用中空玻璃窗戶(hù)替換鋁合金窗戶(hù)的同時(shí)，還應(yīng)擴(kuò)大窗戶(hù)玻璃槽口。

4.2 加窗改造

在對(duì)既有建筑窗戶(hù)進(jìn)行加窗改造時(shí)，應(yīng)遵循兩方面原則：第一，根據(jù)加窗位置和加裝方法，將單層或者中空窗戶(hù)加裝到原有完好的窗戶(hù)上；第二，對(duì)玻璃幕墻進(jìn)行改造時(shí)，可將隔熱膜加貼在玻璃上。

5 建筑節(jié)能改造前后能耗及經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)寒冷地區(qū)某既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，分析改造前后能耗變化以及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可知，該建筑總面積為9545m2，外墻結(jié)構(gòu)全部由240黏土實(shí)心磚組成，由于外墻有玻璃馬賽克作為裝飾面，空鼓率超過(guò)30%，而且該結(jié)構(gòu)窗戶(hù)全部使用塑料單玻璃。屋頂使用防水涂料，外墻采用珍珠巖作為保溫材料。在改造時(shí)使用聚氨酯彩色防水替換珍珠巖材料，可以保證改造后既有建筑的保溫隔熱效果。在對(duì)門(mén)窗進(jìn)行改造時(shí)，改造后傳熱系數(shù)降低超過(guò)50%，同時(shí)能耗降低超過(guò)32%。根據(jù)外墻結(jié)構(gòu)以及門(mén)窗進(jìn)行節(jié)能改造，所使用的資金以及節(jié)能效果，經(jīng)過(guò)計(jì)算，建筑完成改造每年節(jié)約標(biāo)煤為0.36t，按電費(fèi)每平方米計(jì)算，一平方米可節(jié)約17.68元。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)寒冷地區(qū)既有建筑進(jìn)行綠色節(jié)能改造時(shí)，進(jìn)行外窗改造時(shí)較為簡(jiǎn)單，但是需要改造人員掌握正確的改造技術(shù)，才能完成改造任務(wù)。另外，根據(jù)既有建筑的結(jié)構(gòu)損壞程度、安全狀況等進(jìn)行綜合分析，制定科學(xué)合理的改造計(jì)劃，不僅要保證降低既有建筑的能耗，還能為人們生活和工作提供舒適的環(huán)境，同時(shí)最大限度地降低改造成本。我國(guó)現(xiàn)已實(shí)行《民用建筑能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度(試行)》，根據(jù)制度內(nèi)容，我國(guó)在各個(gè)地區(qū)已加快既有建筑的綠色節(jié)能改造技術(shù)的推廣，這樣極大推動(dòng)我國(guó)綠色節(jié)能建筑的發(fā)展和建設(shè)，從而為我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。