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[摘要] 在能源日益紧张的今天,对既有建筑进行节能改造对于降低社会总能源消耗具有重要意义。河南省既有居住建筑大部分为高耗能建筑,本文主要针对河南省既有居住建筑节能改造容易实现,且节能效果明显的几种技术手段展开讨论,并提出了具体做法。
[关键词] 建筑能耗居住建筑节能改造
据统计,2006年我国建筑总面积为395亿㎡(数据来源:中国统计年鉴2007),总商品能源消耗5.63亿吨标准煤,占当年社会总能耗的23.1%(数据来源:中国建筑节能年度发展研究报告2009),居社会各部门能耗之首。因此,对既有建筑进行节能改造对于降低建筑能耗,进而降低社会总能耗意义重大。
一、河南既有居住建筑节能现状
河南省地理、气候条件特殊,全省18个省辖市中有14个城市处于寒冷地区,4个城市处于夏热冬冷地区,需要执行两个不同的建筑节能设计标准,给建筑节能工作带来了一定难度。
2008年,河南省既有建筑约15亿平方米,其中既有居住建筑总面积10亿平方米,95%以上为高能耗建筑,且每年新增居住建筑约4000万平方米,预计到2020年新增建筑面积將超过6亿平方米。据资料显示建筑能耗占全社会总能耗近30%,加上建材的生产能耗16.7%,约占全社会总能耗的46.7%(数据来源:《河南省“十一五”建筑节能专项规划》)。随着人们对建筑环境舒适度的要求愈加迫切,同时随着住房需求持续上升,加上房屋隔热性能差,改变冬冷夏热的室内环境,建筑用能必将呈增长趋势。
二、既有居住建筑节能改造的主要技术措施
造成既有建筑能耗高,主要的原因是绝大多数既有居住建筑围护结构保温性能差,没有供热计量设施,缺乏调节手段,由于通过建筑围护结构散失的能量和供暖制冷系统的能耗在整个建筑能耗中占大部分,因此本文主要围绕提高建筑物围护结构的保温隔热性能和提高供热制冷系统效率两个方面展开。
(一)围护结构节能改造措施
1.屋面节能改造
屋顶节能改造设计应根据具体情况进行,平屋顶改造可以直接铺设保温层,再做防水层(正置式)或者是设置架空保温层;如果原有屋面防水层完好,可在原屋面防水层上直接铺设保温材料(倒置式),然后再覆盖保护层和隔离层,增加原有屋面的热阻,提高保温隔热功能。坡屋顶的节能改造可以直接在屋顶吊顶上铺放保温材料。从经济方面考虑,将平屋面改为坡屋面较为实用,上海市政府从1999年率先启动了老式公房综合改造项目,简称"平改坡"。这不仅因为坡屋顶具有良好的防水、保温、隔热功能,还可以在坡屋面顶棚设置隔热层增大热阻和热稳定性,再其次,屋顶下的空气层也有很好的保温隔热调节作用。从生态环保角度考虑,种植屋面是一种十分有益的节能屋面,且能够起到一定的隔热保温作用。但对于过于老旧的房屋,要先进行评估方能实施。
屋面节能改造通常要注意,保温层不宜选用密度较大,导热系数较高的保温材料,以免屋顶重量、厚度过大。也不宜选吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而影响保温效果。比较各种保温材料的节能效果和经济性,住宅屋面宜选用聚苯乙烯泡沫塑料板、挤塑性聚苯板、水泥聚苯板、岩棉等轻质高效保温隔热材料。
2.墙体节能改造
外墙占全部围护面积的60%以上,其能耗占建筑物总能耗的40%。
随着对外墙保温性能要求的提高,可以使用导热系数小的高效绝热材料附着在墙体结构层进行复合来达到节能的目的--即复合墙体。复合墙体节能是指在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。根据复合与主体结构位置的不同,可分为内保温层、外保温层及夹心保温层等。
内保温是指将绝热材料(如增强石膏复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板等)复合在承重墙内侧,技术不复杂,施工简单易行,造价低。但它有改造施工时对住户影响较大;同时由于材料、构造、施工等因素的影响,容易出现裂缝;承重能力差,不便于住户进行二次装修;占用室内使用空间;容易出现热桥现象等缺点。所以当建筑节能标准较低,对保温隔热性能要求不高时可使用。
夹芯保温是指在墙体中间安设绝热材料,绝热效果好,对保温材料要求不严格,玻璃棉、岩棉等材料都可使用。但这种技术施工难度大,易产生热桥,且会降低外墙的强度和抗震性,因此并未得到广泛应用。
外保温是指把绝热层通过黏结层粘于基层墙体外侧,再覆以保护层和饰面层的保温方法。常用保温材料为聚苯乙烯泡沫塑料板、矿棉板、玻璃棉毡等。这种方法的优点是消除和削弱了各部份“热桥”的影响,墙体内侧的热稳定性增加,有利于保持室温的稳定;能有效保护主体结构,延长建筑寿命;施工时不影响室内活动,增加建筑的有效空间,另外采用外墙外保温技术,能提高墙体的热工性能,如190厚砼砌块外贴50厚聚苯板,平均热阻R为1.5O㎡K/W,平均传热系数K为0.6W/(㎡K),满足了节能50%的规范要求,是目前比较好的墙体改造方案,应大力推广。
3.门窗节能改造
门窗的能耗约占建筑围护结构总能耗的40-50%。节能改造时,应根据当地的建筑气候条件、功能要求,选择适当的门窗材料并在窗框与外墙连接部位填充玻璃棉或发泡剂等绝热材料,外侧用密封胶对缝隙进行密封,更重要的是要保证施工质量。
门窗常用的节能玻璃有中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃和贴膜玻璃。在选择使用节能玻璃时, 应根据门窗所在位置确定玻璃品种。日照时间长且处于向阳面的玻璃应尽量控制太阳能进入室内,以减少空调负荷,宜采用吸热玻璃、镀膜玻璃、吸热中空玻璃。寒冷地区或背阳面的玻璃应以控制热传导为主,常用双层玻璃、中空玻璃等。
门窗框节能主要取决于门窗框材料及门窗框气密性。常用的材料有木窗、铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗等,要优先选用导热系数小的门窗框材料。门窗的气密性主要通过提高门窗所用型材规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装精度以及改进密封方法实现。
(二)采暖供热系统节能改造
对于供热系统的改造是实现计量收费的关键。《河南省〈民用建筑节能管理规定〉实施办法》明确规定,已有居住建筑的集中采暖系统要逐步进行改造,2010年全部实现供热计量收费。采暖系统改造主要从三个方面进行:
1.室内采暖系统形式改造
应根据既有室内采暖系统现状,选择改造形式,改造应尽量减少对居民生活的干扰,同时满足室温可调和热量计量的要求。室内采暖系统改造的主要方式是:当原系统为垂直单管顺流系统时,如有条件可改为双管系统,并安设热计量表;一般情况,可在单管系统上加旁通管,并安设热量分配表,也可以满足要求。当原系统为垂直双管系统时,宜维持原系统形式,每组散热器应设恒温阀或性能可靠的手动调节阀。当原系统为低温地板辐射式采暖系统时,需在户内系统入口处增设调节阀和必要的温控装置[1]。
2.室外供热系统形式改造
对既有室内采暖系统进行计量供热改造的同时必须对室外管网、热交换站、锅炉房进行相应的改造以保证计量供热系统的正常运行。需要对改造后的系统进行水力计算,给出准确的室内系统总阻力值,为整个管网系统水力平衡提供依据。既有住宅室内采暖系统实施计量供热改造后,应对室外管网系统重新进行平衡计算和水压图分析,同时应对原循环水泵进行校核计算。以保证建筑物热力入口处具有足够的资用压差[2]。
3.热泵技术
热泵就是迫使热能从低品位热源流向高品位热源,它既可用于供热也可用于制冷。热泵制冷的原理就是逆卡诺循环,其系统组成和功能也与普通的制冷机组相同,因此通过一个四通阀的调节就可实现同一套热泵机组冬夏季供暖/空调的转换,其制冷制热系数都比较高,COP系数可达3-4,供热效率是电采暖效率的3倍,应在有条件的地方大力推广。
三、结语
本文初步分析了河南既有建筑能耗现状,提出合理的改造措施。总结如下:
1.既有建筑节能改造是降低建筑能耗,解决能源紧缺,保持经济健康持续发展的有效途径。
2.对既有居住建筑的节能改造,要对改造的必要性、可行性以及投入收益比进行科学论证,改造收益大于改造成本时方可改造。若围护结构没有达到节能标准,宜优先改造外围护结构。外墙、外窗和屋顶是节能改造中最要紧、效果最显著的部分,在节能改造措施中尽量做到外墙和屋顶或者外墙和外窗结合进行节能改造,才能取得较好的效果
3.采暖供热系统是既有建筑节能改造的重点,要从室内和室外两个方面进行改造,实现分户计量,提高供热效率,降低既有建筑总能耗,同时要积极利用热泵技术替代传统采暖供热系统。
参考文献:
[1] 建设部建筑节能中心.北京市既有建筑节能改造技术研究[J]. 建筑节能, 2005, 3:31-35 .
[2] 谈河君.采暖地区既有居住建筑节能改造研究[J]. 制冷与空调, 2008, 2:53-57.
[关键词] 建筑能耗居住建筑节能改造
据统计,2006年我国建筑总面积为395亿㎡(数据来源:中国统计年鉴2007),总商品能源消耗5.63亿吨标准煤,占当年社会总能耗的23.1%(数据来源:中国建筑节能年度发展研究报告2009),居社会各部门能耗之首。因此,对既有建筑进行节能改造对于降低建筑能耗,进而降低社会总能耗意义重大。
一、河南既有居住建筑节能现状
河南省地理、气候条件特殊,全省18个省辖市中有14个城市处于寒冷地区,4个城市处于夏热冬冷地区,需要执行两个不同的建筑节能设计标准,给建筑节能工作带来了一定难度。
2008年,河南省既有建筑约15亿平方米,其中既有居住建筑总面积10亿平方米,95%以上为高能耗建筑,且每年新增居住建筑约4000万平方米,预计到2020年新增建筑面积將超过6亿平方米。据资料显示建筑能耗占全社会总能耗近30%,加上建材的生产能耗16.7%,约占全社会总能耗的46.7%(数据来源:《河南省“十一五”建筑节能专项规划》)。随着人们对建筑环境舒适度的要求愈加迫切,同时随着住房需求持续上升,加上房屋隔热性能差,改变冬冷夏热的室内环境,建筑用能必将呈增长趋势。
二、既有居住建筑节能改造的主要技术措施
造成既有建筑能耗高,主要的原因是绝大多数既有居住建筑围护结构保温性能差,没有供热计量设施,缺乏调节手段,由于通过建筑围护结构散失的能量和供暖制冷系统的能耗在整个建筑能耗中占大部分,因此本文主要围绕提高建筑物围护结构的保温隔热性能和提高供热制冷系统效率两个方面展开。
(一)围护结构节能改造措施
1.屋面节能改造
屋顶节能改造设计应根据具体情况进行,平屋顶改造可以直接铺设保温层,再做防水层(正置式)或者是设置架空保温层;如果原有屋面防水层完好,可在原屋面防水层上直接铺设保温材料(倒置式),然后再覆盖保护层和隔离层,增加原有屋面的热阻,提高保温隔热功能。坡屋顶的节能改造可以直接在屋顶吊顶上铺放保温材料。从经济方面考虑,将平屋面改为坡屋面较为实用,上海市政府从1999年率先启动了老式公房综合改造项目,简称"平改坡"。这不仅因为坡屋顶具有良好的防水、保温、隔热功能,还可以在坡屋面顶棚设置隔热层增大热阻和热稳定性,再其次,屋顶下的空气层也有很好的保温隔热调节作用。从生态环保角度考虑,种植屋面是一种十分有益的节能屋面,且能够起到一定的隔热保温作用。但对于过于老旧的房屋,要先进行评估方能实施。
屋面节能改造通常要注意,保温层不宜选用密度较大,导热系数较高的保温材料,以免屋顶重量、厚度过大。也不宜选吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而影响保温效果。比较各种保温材料的节能效果和经济性,住宅屋面宜选用聚苯乙烯泡沫塑料板、挤塑性聚苯板、水泥聚苯板、岩棉等轻质高效保温隔热材料。
2.墙体节能改造
外墙占全部围护面积的60%以上,其能耗占建筑物总能耗的40%。
随着对外墙保温性能要求的提高,可以使用导热系数小的高效绝热材料附着在墙体结构层进行复合来达到节能的目的--即复合墙体。复合墙体节能是指在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。根据复合与主体结构位置的不同,可分为内保温层、外保温层及夹心保温层等。
内保温是指将绝热材料(如增强石膏复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板等)复合在承重墙内侧,技术不复杂,施工简单易行,造价低。但它有改造施工时对住户影响较大;同时由于材料、构造、施工等因素的影响,容易出现裂缝;承重能力差,不便于住户进行二次装修;占用室内使用空间;容易出现热桥现象等缺点。所以当建筑节能标准较低,对保温隔热性能要求不高时可使用。
夹芯保温是指在墙体中间安设绝热材料,绝热效果好,对保温材料要求不严格,玻璃棉、岩棉等材料都可使用。但这种技术施工难度大,易产生热桥,且会降低外墙的强度和抗震性,因此并未得到广泛应用。
外保温是指把绝热层通过黏结层粘于基层墙体外侧,再覆以保护层和饰面层的保温方法。常用保温材料为聚苯乙烯泡沫塑料板、矿棉板、玻璃棉毡等。这种方法的优点是消除和削弱了各部份“热桥”的影响,墙体内侧的热稳定性增加,有利于保持室温的稳定;能有效保护主体结构,延长建筑寿命;施工时不影响室内活动,增加建筑的有效空间,另外采用外墙外保温技术,能提高墙体的热工性能,如190厚砼砌块外贴50厚聚苯板,平均热阻R为1.5O㎡K/W,平均传热系数K为0.6W/(㎡K),满足了节能50%的规范要求,是目前比较好的墙体改造方案,应大力推广。
3.门窗节能改造
门窗的能耗约占建筑围护结构总能耗的40-50%。节能改造时,应根据当地的建筑气候条件、功能要求,选择适当的门窗材料并在窗框与外墙连接部位填充玻璃棉或发泡剂等绝热材料,外侧用密封胶对缝隙进行密封,更重要的是要保证施工质量。
门窗常用的节能玻璃有中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃和贴膜玻璃。在选择使用节能玻璃时, 应根据门窗所在位置确定玻璃品种。日照时间长且处于向阳面的玻璃应尽量控制太阳能进入室内,以减少空调负荷,宜采用吸热玻璃、镀膜玻璃、吸热中空玻璃。寒冷地区或背阳面的玻璃应以控制热传导为主,常用双层玻璃、中空玻璃等。
门窗框节能主要取决于门窗框材料及门窗框气密性。常用的材料有木窗、铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗等,要优先选用导热系数小的门窗框材料。门窗的气密性主要通过提高门窗所用型材规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装精度以及改进密封方法实现。
(二)采暖供热系统节能改造
对于供热系统的改造是实现计量收费的关键。《河南省〈民用建筑节能管理规定〉实施办法》明确规定,已有居住建筑的集中采暖系统要逐步进行改造,2010年全部实现供热计量收费。采暖系统改造主要从三个方面进行:
1.室内采暖系统形式改造
应根据既有室内采暖系统现状,选择改造形式,改造应尽量减少对居民生活的干扰,同时满足室温可调和热量计量的要求。室内采暖系统改造的主要方式是:当原系统为垂直单管顺流系统时,如有条件可改为双管系统,并安设热计量表;一般情况,可在单管系统上加旁通管,并安设热量分配表,也可以满足要求。当原系统为垂直双管系统时,宜维持原系统形式,每组散热器应设恒温阀或性能可靠的手动调节阀。当原系统为低温地板辐射式采暖系统时,需在户内系统入口处增设调节阀和必要的温控装置[1]。
2.室外供热系统形式改造
对既有室内采暖系统进行计量供热改造的同时必须对室外管网、热交换站、锅炉房进行相应的改造以保证计量供热系统的正常运行。需要对改造后的系统进行水力计算,给出准确的室内系统总阻力值,为整个管网系统水力平衡提供依据。既有住宅室内采暖系统实施计量供热改造后,应对室外管网系统重新进行平衡计算和水压图分析,同时应对原循环水泵进行校核计算。以保证建筑物热力入口处具有足够的资用压差[2]。
3.热泵技术
热泵就是迫使热能从低品位热源流向高品位热源,它既可用于供热也可用于制冷。热泵制冷的原理就是逆卡诺循环,其系统组成和功能也与普通的制冷机组相同,因此通过一个四通阀的调节就可实现同一套热泵机组冬夏季供暖/空调的转换,其制冷制热系数都比较高,COP系数可达3-4,供热效率是电采暖效率的3倍,应在有条件的地方大力推广。
三、结语
本文初步分析了河南既有建筑能耗现状,提出合理的改造措施。总结如下:
1.既有建筑节能改造是降低建筑能耗,解决能源紧缺,保持经济健康持续发展的有效途径。
2.对既有居住建筑的节能改造,要对改造的必要性、可行性以及投入收益比进行科学论证,改造收益大于改造成本时方可改造。若围护结构没有达到节能标准,宜优先改造外围护结构。外墙、外窗和屋顶是节能改造中最要紧、效果最显著的部分,在节能改造措施中尽量做到外墙和屋顶或者外墙和外窗结合进行节能改造,才能取得较好的效果
3.采暖供热系统是既有建筑节能改造的重点,要从室内和室外两个方面进行改造,实现分户计量,提高供热效率,降低既有建筑总能耗,同时要积极利用热泵技术替代传统采暖供热系统。
参考文献:
[1] 建设部建筑节能中心.北京市既有建筑节能改造技术研究[J]. 建筑节能, 2005, 3:31-35 .
[2] 谈河君.采暖地区既有居住建筑节能改造研究[J]. 制冷与空调, 2008, 2:53-57.