成都市既有建筑節能改造初探

談 天,李 瑋

(南京工業大學建筑與城市規劃學院,江蘇 南京 210009)

在社會發展的步伐中,建筑節能不僅僅是建筑技術進步的一個重大標志,也是人類社會可持續發展戰略的一個關鍵環節。改善生態環境,加快經濟發展,提高人們生活水平以及發展建筑業,都與建筑節能技術的發展和應用息息相關。目前,我國城鄉建筑總面積約 400億平方米,這些建筑在使用過程中,其采暖、空調、通風、照明等方面消耗的能量已占全國總能耗的 30%左右,因此,建筑節能已成為我國節能工作的重點。

1 成都市建筑能耗現狀

成都市推行節能建筑已經有十幾年歷史了,1989年成都市就被列為全國墻改南方試點城市。從 1986年制定的《民用建筑節能設計標準》開始,到 2005年 7月 1日開始實施的《公共建筑節能設計標準》,成都市政府都要求各相關單位嚴格執行。成都市的《建筑節能管理規定》也在 2005年 8月 31日出臺。雖然成都建筑節能工作取得較大進展,但從總體上看,還存在許多問題,市內仍有不少八九十年代建造的房屋建筑,而其中大部分不能達到節能設計標準。隨著社會經濟的發展、人們生活水平的提高,市民對居住、辦公環境的要求也不斷提高,冬季采暖和夏季降溫的空調電器能耗急劇增加,不但增加社會經濟負擔,而且加重環境污染,影響生態質量。因此,對既有建筑節能改造迫在眉睫,應從政策上、經濟上和技術上加快推動這項工作的開展。

2 成都地區氣候特點

成都地區屬于亞熱帶濕潤季風氣候,按我國《民用建筑熱工設計規范》,從建筑熱工設計的角度分區,成都市屬于夏熱冬冷地區。但因其地處川西盆地西北部,四面環山,岷江水系貫穿整個地區,故四季分明,夏無酷暑,冬無嚴寒,氣候宜人的春秋兩季相對較長,最冷月平均溫度為 5.4～5.8℃,最熱月平均溫度為 25.4～25.6℃,年平均氣溫 16.2℃,所以較同屬亞熱帶濕潤季風氣候區的其他城市有所不同。與此同時,成都地區特殊的地理位置,使其空氣相對濕度,不論冬季和夏季,都比其他城市高約 5%～10%,盆地熱效應,比其他城市更為突出。因此,夏天雖然氣溫不高,卻顯得悶熱;冬天平均氣溫在 5℃以上,但卻由于陰天多,空氣潮,顯得很濕冷。故成都雖然屬于夏熱冬冷地區,卻又因其地理地貌的特殊性以及海拔、氣壓的不同,造就了其不同于其他區域的獨特的氣候特點。

3 外圍護結構改造要點方案

建筑能耗的多少,主要取決于以下五個因素:室內外溫差和輻射、建筑維護結構面積、建筑維護結構熱工性能、室內外空氣交換狀況和室內熱源狀況。其中四個因素與建筑外圍護結構有直接聯系。考慮到對既有建筑節能改造的安全性、可行性和實用性,改造施工宜在外部進行,通過建筑外圍護結構的改造來達到建筑節能的目的,才是行之有效、立竿見影的方法。建筑外圍護結構改造主要有窗戶改造、外墻改造和屋頂改造三個方面。

3.1 窗戶的節能改造

在建筑維護結構中,窗戶是保溫、隔熱、降噪的薄弱環節,在建筑耗熱量當中,窗戶的傳熱耗熱量與空氣滲透耗熱量相加約占 50%。成都市既有建筑窗戶多為普通單層鋁合金窗和塑鋼窗,其傳熱系數分別約為 6.4W/(m2·K)和4.7W/(m2·K),不能有效阻止熱輻射。再加上氣密性較差,更進一步加大建筑耗能。所以,窗戶改造也是成都市既有建筑節能改造的一個重點。

3.1.1 更換窗戶材料

單層玻璃窗熱阻小,保溫性能差。可采用中空玻璃或多層玻璃窗,利用空氣熱阻來提高保溫隔熱性能。窗框也應采用傳熱系數小、氣密性高的材料,如斷熱鋁合金等。成都市龍錦慧苑小區,通過合理的窗墻面積比和窗型設計,使其達到了建筑節能 65%的標準。其東西面的窗墻面積比為 0.2,小于順應成都市主導風向的南北面的窗墻面積比。南向居室外窗為加防太陽輻射,均采用 5mm+9mm+5mm Low-E的塑鋼中空玻璃;北向居室外窗為提高保溫性能,則采用 5mm+9mm+5mm的塑鋼中空玻璃;其他房間均為塑鋼單玻窗。這樣既達到了很好的綜合節能效果,也降低了成本。

3.1.2 加設外窗遮陽結構

加強窗戶內外的遮陽措施,是減少太陽輻射的另一種方法。多年來,外窗遮陽在成都的居住建筑設計中幾乎是空白,居住者自發安裝遮陽棚的現象卻十分普遍。這些遮陽棚由于缺乏科學的設計,不僅遮陽效果差而且影響城市建筑形象。統一采用不銹鋼支架固定陽光板的遮陽棚合理易行。另外,配合可根據不同季節和天氣靈活調節的可調式百葉窗簾,能使室內小氣候得到進一步改善,它能多角度靈活采光,同時阻止部分太陽輻射。

3.1.3 調整不同朝向的開窗面積

由于氣候適應性的反應,成都地區的人們對新鮮空氣特別敏感,即使最冷或最熱天氣,人們都有打開窗戶引入新鮮空氣的習慣。大面積開窗,雖然能有效加強自然通風,但是會帶來大量的熱交換,加大空調能耗。而長時間關窗又會導致室內空氣置換的停滯,空氣質量下降。考慮到成都地區常年主導風為北風,可將南北向窗戶開啟面積適當增加,這樣人們可以選擇在適當的時間段,依靠自然的調節手段來改善室內小氣候。例如在成都地區夏季典型氣候條件下,深夜至次日凌晨有約 4個多小時的氣溫在 25℃以內。人們可充分利用這個時段,開窗引導室內自然通風,排出室內悶濕空氣,這是改進室內熱環境、保持空氣清新、提高建筑節能效益的最經濟而有效的措施。

3.2 外墻節能改造

在建筑使用耗能中,外墻冷熱耗量在外圍護結構能耗中占有很大比例,加強外墻的保溫隔熱性能很重要。雖然,從2003年 6月 1日起,成都市全面禁止生產和使用實心黏土磚,但是仍有大量之前建造的既有建筑,使用的是 240mm實心黏土磚,隔熱性能相對較差。根據成都地區的氣候特點,對既有建筑外墻的節能改造可以夏季隔熱、遮陽為主,同時兼顧冬季保暖要求。可以采用以下措施。

3.2.1 淺色外墻飾面

外墻采用淺色表面,則太陽輻射吸收系數ρ值小,夏季能反射較多的太陽輻射熱,從而降低房間的得熱量和外墻內表面溫度。但單純的反射輻射隔熱會對周邊建筑和環境造成影響,增強城市熱島效應,所以應考慮結合進行立體綠化。

3.2.2 立體綠化

利用建筑外墻面尤其是西面外墻種植綠色植物來進行遮陽。可種植爬山虎、常青藤等攀爬植物。這些植物在炎熱的夏天生長茂盛,能阻擋部分太陽輻射,植物的蒸騰作用也能帶走外墻的部分熱量。增加了綠化率,減弱了城市熱島效應,是一種既有效又經濟美觀的外墻節能改造措施。

3.2.3 加設保溫隔熱層

在外墻上加設外保溫層重點應該在于熱橋部分的保溫隔熱。如混凝土或鋼筋混凝土的梁、柱、板和肋等等。因為這些構件的傳熱系數比普通墻體的傳熱系數要大得多。因此對于建筑的熱橋,如梁柱結構等部位,應該重點加設保溫隔熱層。在不影響使用的情況下,盡量在室內也進行相關加設處理。

3.3 屋頂節能改造

為了改善頂層住戶的舒適性和耗能指標,屋面的節能改造是不容忽視的。由于成都市既有建筑多為平屋頂,對此類屋頂的節能改造通常可采取以下幾種措施。

3.3.1 屋頂綠化

植物能吸收熱量,也能很好地遮擋太陽熱輻射,加上土壤中的水分蒸發也會帶走大量熱量,因此屋頂種植植物,或采用爬藤植物做遮陽屋面能有效降低建筑能耗。爬藤植物應選用冬季落葉類植物,這樣可以滿足夏季防熱冬季得熱的效果。

3.3.2 太陽能結合坡面屋頂改造

成都地區日照不多,但安裝太陽能熱水系統同樣能降低建筑能耗,節省電力資源和天然氣資源。而太陽能熱水系統的安裝更可結合坡面屋頂改造一并進行,坡面屋頂為頂層住戶提供一個隔熱層,同時熱水系統的蓄水部分也可安藏于此,而免受夏季日曬雨淋和冬季寒風霜凍。

4 其他節能改造措施

在既有建筑改造的過程中也可以利用一些其他內部設施來達到節能減排的目的。如樓道及其他公共區域使用聲控智能燈,多采用高效節能型燈具、節能高效變頻空調,都可以有效降低建筑能耗。雖然成都地區日照率不算高,但是充分利用太陽能,安裝太陽能供電儲電系統和太陽能熱水系統,仍能分擔部分公共照明能耗和熱水能耗。此外,還可以借助綠化來改善建筑外部小環境,減小熱島效應。例如:在建筑的西側和南側種植落葉喬木,夏季可以減弱太陽對建筑的熱輻射,冬季落葉以后又不阻擋太陽熱輻射。

另外,在公共建筑中可用地源熱泵系統來代替傳統的中央空調系統。它具有效率高、無污染、維護費用低等多方面優勢。而且,地源熱泵中央空調機組占地面積僅約為傳統空調的三分之一,并且沒有室外機組,故可充分利用原有的傳統空調機機房和排放系統管道,來對既有公共建筑進行地源熱泵系統安裝改造。

筆者認為,地源熱泵技術在公共建筑節能改造中可以推廣運用,但在既有居住建筑節能改造中則不提倡使用。主要出于如下幾點考慮:

(1)目前國內的地源熱泵技術多采用集中式供冷供暖,而既有居住建筑的使用人群不一定有相同的供應需求和使用的經濟實力,勢必不利于協調。從成都龍錦慧苑小區的統計費用中,可以看出地源熱泵中央空調的一次性投資比家用空調至少高出8000元。

(2)既有居住建筑不一定有合適的場地來安裝地源熱泵空調機組。大部分既有居住建筑此前沒有安裝中央空調或新風系統,所以不能保證地源熱泵空調機組有充足合適的空間來進行改造安裝。

(3)地源熱泵需要鉆井來安裝,有可能因為基地的地質結構導致施工難度加大,增加安裝設置成本。因此,在既有建筑的節能改造中不提倡使用地源熱泵技術。

5 結束語

既有建筑節能改造是利國利民的長期工程,是可持續發展的重要一步。不僅需要科技技術的支持,同時也需要政策法規的完善和民眾的積極配合才能保證既有建筑節能改造目標的全面實現。

[1]付祥釗.夏熱冬冷地區建筑節能技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2002

[2]涂逢祥.節能窗技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2003

[3]成都市墻改辦.龍錦慧苑建筑節能 65%試點示范項目設計[J].建筑節能,2006(8)

[4]韋延年.地區氣候特征與氣候適應性對節能住宅建筑熱工設計的影響[J].四川建筑科學研究,2001(3)

[5]成都簇錦房地產開發有限公司.成都龍錦慧苑地源熱泵運行技術經濟分析[OL]http://www.chinaesco.net/newshtml/xxzx/20070803150354.htm