既有采暖住宅小區節能改造應用與示范項目探究

張旭峰 李雅琦

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

?

既有采暖住宅小區節能改造應用與示范項目探究

張旭峰 李雅琦

(太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024)

論述了既有采暖住宅小區節能改造的背景，以太原理工大學長風住宅小區為例，通過對該小區建筑的綜合診斷，從外圍護結構、采暖系統、居住環境等方面，提出了建筑節能改造方案，實現了降低建筑能耗的目標。

居住建筑，節能改造，采暖系統，外墻，屋面

0 引言

由住房和城鄉建設部組織實施的中德技術合作“中國既有建筑節能改造項目”于2005年正式啟動，項目的目標是通過借鑒國外的先進技術與設計理念、引進新材料、新工藝，在我國通過開展對既有采暖建筑的節能改造，走出一條適用于我國國情的既有采暖建筑改造之路。繼唐山、北京之后，太原成為第三個被中德技術合作“中國既有建筑節能改造示范項目”確定的試點城市。太原理工大學長風住宅小區被確定為該項目在太原既有采暖居住建筑節能改造的試點小區，項目于2010年10月，經住建部批準， 2011年12月正式通過建設部科技司與中德技術合作項目辦公室對項目的總體驗收。太原理工大學長風住宅小區是“中德技術合作示范項目”中唯一的一個針對一個完整的住宅小區進行節能改造的項目，通過對建筑外圍護結構、采暖系統、室外綜合管網和小區整體環境整治等的改造，改造后使得建成于20世紀80年代的住宅樓建筑降低了65%以上的能耗，并且在小區環境、建筑物隔熱、隔聲、保溫等方面取得了明顯的改善和提高。在山西省的既有建筑節能改造項目中起到了很好的示范作用。

1 項目推動背景

我國目前正處于經濟高速發展期，各行業對能源的消耗都很大。山西是我國的能源基地之一，同時又是一個能耗大省。建筑能耗在社會總能耗中又占有很大的比例。經測算，建筑能耗約占社會總能耗的40%。隨著國民經濟的迅速增長，新建建筑的總量急劇加大，建筑能耗繼續增長成為必然趨勢。因此對既有建筑的節能改造是我國“十一五”工作中的重點工程。依據山西省“十五”和“十一五”國民經濟和社會發展統計數據，以及山西省城鎮民用建筑抗震能力和建筑節能執行情況普查分析，目前全省城鎮房屋尚有72.5%的建筑達不到50%建筑節能標準，其中，近一半既有建筑達不到抗震設防，要求使用價值不足20年，可隨著城市發展和住宅開發建設而拆除重建，還有16 218.8萬m2城鎮既有住房建筑需進行建筑節能改造，山西省在“十一五”期間既有采暖居住建筑的改造總量達到460萬m2。

造成既有居住建筑能耗高的主要原因有：1)建筑布局不合理，二十世紀七八十年代的建筑布局過于追求整齊劃一，多采用行列式，建筑物之間的遮擋較多，不利于自然通風換氣，日照影響較大，冬季不利于利用太陽輻射減少采暖能耗；2)墻體熱工性能差，外墻墻體基本為240 mm和370 mm厚實心粘土磚，外墻表面為清水磚墻或者水泥抹灰刷涂料墻體，外墻內側多為混合砂漿、石灰砂漿抹面；3)屋面處理簡單，隔熱性差。屋面多為平頂瀝青防水保溫屋面。保溫材料有水泥蛭石、水泥焦渣、水泥膨脹珍珠巖砂漿和板材；4)門窗氣密性差，熱量傳輸快。建筑外窗基本采用的是木門窗、鋼窗、鋁合金推拉窗，基本為單層單玻門窗。門窗傳熱系數在4.7 W/(m2·K)～6.4 W/(m2·K)范圍內，陽臺和室內起居室分開，門窗陽臺窗為單框單玻窗，窗框與外墻氣密性差，熱量傳輸很快；5)地下室和地面、陽臺地底板無保溫措施；6)戶內采暖系統不滿足分戶計量、分室溫控，管道和散熱器設備老化，堵塞嚴重，采暖效率低下。管線為鍍鋅銅管螺絲聯接，散熱器種類較多，有鑄鐵、鋼管等掛式散熱器；7)室外供熱管網老化，跑冒滴漏現象嚴重。

針對上述存在的原因，太原理工大學長風住宅小區節能改造項目在改造實施過程中逐項提出解決的方案，最終實現了節能65%的既定目標，成為太原市乃至山西省既有采暖居住建筑小區整體改造的示范項目。

2 示范項目的概況

太原理工大學長風住宅小區位于山西省太原市萬柏林區，項目東臨新晉祠路，西鄰舊晉祠路，北靠南沙河，南面與太原理工大學長風校區一墻之隔。住宅小區于20世紀80年代開始分批建設到21世紀初結束，共計16棟住宅樓，建筑層數為5層，6層，結構形式為砌體結構。總建筑面積65 884.85 m2。改造總戶數734戶。該項目為寒冷地區既有居住建筑的節能改造。具體單體建筑情況見表1。

表1 太原理工大學長風住宅小區建筑情況

該住宅小區共有16棟住宅樓，建成于20世紀80年代～21世紀初，分年分批建設。小區環境簡陋，設施不完善。建筑單體外圍護結構保溫節能措施差。小區供熱為區域鍋爐房，室外供熱管線老化破損嚴重，管路熱損失大。戶內采暖系統不滿足分戶計量、分室溫控，管道和散熱器設備老化，堵塞嚴重，采暖效率低下。

3 對既有建筑進行診斷、分析，提出改造設計方案

3.1 對原建筑進行診斷、分析

1)建筑結構現狀分析。a.外墻原為370 mm厚實心粘土磚墻，內外都沒有做保溫處理。b.屋面原為預制混凝土頂板，屋面上原有蛭石保溫層，由于屋面防水層遭到不同程度的破壞，蛭石保溫層中含有大量的水分，保溫效果極差。c.外窗情況：早期建設的住宅樓外窗多為木框單玻平開窗，后期建設的多為鋁合金單玻窗推拉窗，少量住戶自行更換為節能效果較好的塑鋼單玻推拉窗。絕大多數的外窗不能滿足節能建筑外窗氣密性、水密性的要求，隔塵、降噪的效果也很差。d.不采暖地下室頂板、陽臺底板等部位沒有保溫措施，與外墻相交處沒有進行斷橋處理。

2)采暖系統現狀分析。a.熱源：小區供熱為小區自建燃煤鍋爐房。b.室外供熱管網：早期采暖系統存在一定的缺陷，沒有設計安裝水力平衡調節裝置，系統不能自動進行有效的水力平衡，造成管網近端和末端水溫差異很大。供熱管道的破損較為嚴重。c.戶內采暖系統不滿足分戶計量、分室溫控，管道和散熱器設備老化，堵塞嚴重，采暖效率低下。

3)小區綜合環境現狀分析。a.小區室外環境較亂，缺乏統一的規劃管理。停車雜亂，沒有統一規劃停車位，道路存在斷頭路，不通暢。室外活動場地設施簡陋。b.室外綜合管網混亂，由于建設周期較長，資料缺失，室外綜合管網一直是小區物業管理的一大難題。c.小區配套公共設施不完善，公共照明依賴于原有的路燈照明系統，隨著小區不斷建設，路燈的電線架空連接，線路長且亂，對小區道路造成安全隱患同時影響建筑外立面效果。

3.2 改造設計方案

1)建筑外圍護改造。a.外墻節能改造：采用100 mm厚B1級阻燃型模塑聚苯板保溫層實施外保溫，錨栓采用斷橋錨栓。b.屋面節能改造：保持原屋頂不變，在屋面設置100 mm厚擠塑聚苯板倒置式保溫層，提高屋面承載強度。c.外門窗：外窗更換為塑鋼中空玻璃內平開窗，空氣層厚度為12 mm。窗框與墻體之間采用遇水膨脹膠條密封(德國材料與技術)。外窗齊外墻皮安裝，外墻保溫完成后壓在窗框上，極大地提升了外窗的氣密性。d.不采暖樓梯間：對樓道外窗更換為室內相同類型的外窗，更換保溫型樓宇門，形成一個相對封閉的空間，隔墻不做保溫處理。e.不采暖地下室頂板：選用的保溫材料為A級110 mm厚鋼絲網片巖棉板保溫。f.陽臺底板、廚房側墻、陽臺欄板：采用100 mm厚B1級阻燃型模塑聚苯板保溫層實施外保溫。g.對屋面上人孔、空調室外機擱架等熱橋部位均采取斷橋處理。

2)采暖系統的改造。a.根據太原市熱力公司的規劃，長風住宅小區的供熱將由原來的區域鍋爐房改為集中供熱，故鍋爐未進行改造。b.室外供熱管網隨著小區內環境整治改造的進行，綜合管網得到了更新，采暖系統入口安裝熱計量表和流量控制閥，靜態水力平衡閥。每戶入口安裝熱計量表以便于分戶熱計量收費和采暖系統水力平衡。c.戶內采暖系統改造為共用立管下分異程式采暖系統，戶內為單管跨越串聯系統。采暖系統的供、回水管分支處安裝手動調節閥，清洗更換原有散熱器，在所有散熱器前端安裝溫控閥，實現室內溫度的分室控制。增設遠傳型熱計量表，實現分戶計量。

3)小區綜合環境整治。a.重新規劃設計太原理工大學長風小區道路及環境。道路統一拓寬至17 m(包含行車道5 m，雙側停車位各一排6 m)。道路硬化面積約36 000 m2，綠化面積約2 971 m2，設計停車位680個。結合太原理工大學啟用門禁系統有效的解決了停車難、停車亂的現象，規范了小區停車管理。道路經過重新規劃調整，避免了斷頭路，道路連接順暢，車行與人行實現分流。增加綠地面積，設置室外籃球場、羽毛球場等活動場地，改善了小區環境，為居民提供了休閑娛樂的室外活動場所。b.對小區室外雨水、給水、排水管網進行綜合改造。將雨水、排水管道規劃調整到小區道路下，充分考慮小區樓座及綠化布置情況，盡量使線路短捷，力求排水通暢；管線布置時盡可能與建筑物平行，水平距離滿足技術、衛生、安全要求。雨、污水經過雨水井、化糞池后排入晉祠路市政管網。更換破損的管線，減少線路損耗。c.結合小區對建筑單體節能改造，整治室外架空的線路，美化建筑立面效果。在小區路兩側、小區門口分別安裝更為節能、綠色的太陽能照明系統。采用了更為高效的LED 光源和電容，充電效率更高，元件壽命更長。太陽能路燈的主供電源采用光伏儲能電池，用市電做備用電源(市電全部采用入地敷設)。太陽能路燈做光照度控制，設定光照度控制系統通過檢測光照度來開、關照明燈具，如光照度低于10 lx時開燈，高于10 lx 時熄燈，這樣既能滿足照明的需要，又節約電能，符合綠色節能建筑的理念。

4 結語

2011年12月項目改造完成并通過建設部科技司與中德技術合作項目辦公室對項目的總體驗收。項目改造完成后，對比近三個采暖期的采暖能耗和采暖取費分析，見圖1。

示范項目通過對小區16棟樓進行全部的節能改造并實行供熱計量收費，2011年11月～2014年3月3個采暖周期就可節約燃煤2 462.5 t(標準煤)，減少二氧化碳排放9 675 t、二氧化硫和氮氧化物排放58.5 t。項目改造完成，在節能減排效果顯著的同時，居住的室內熱環境相應得到了極大的改善，采暖期室內的平均溫度由原來的12 ℃提升到20 ℃。通過室外道路、綠化、停車、綜合管網規劃和室外照明的節能改造，大大改善了小區的居住環境，提高了能源的利用率，降低了建筑能耗。

作者作為主要設計人員參與了該項目的全過程。該項目借鑒了國外的先進經驗和技術，結合“中德技術合作示范項目”之前在唐山、北京等地的項目取得的成果，優化了一套較為完善的可在山西省推廣的改造技術方案。但在既有建筑節能改造項目進行時，應該充分的調動改造項目的使用人群的節能意識，加大宣傳力度。同時結合新頒布的GB 50016—2014建筑設計防火規范對建筑外保溫的消防設計要求，在今后的既有建筑改造中注重節能改造與消防設計的結合，更安全、更綠色。

[1] 朗四維.我國建筑節能設計標準的現況與進展[J].制冷與電力機械，2002，23(3):1-6.

[2] 白勝芳.我國既有建筑的節能改造分析[J].新型建筑材料,2002(4):34-36.

[3] 郁文紅.采暖居住建筑節能改造分析[J].節能,2004(1):41-44.

[4] 建設部干部學院.實用建筑節能工程設計[M].北京:中國電力出版社,2008.

[5] 張燕林.對原有住宅建筑節能改造技術的研究[J].新疆有色金屬,2008(2)：68-69.

On energy-saving reconstruction and demonstration programs in existing heat-supply residential complexes

Zhang Xufeng Li Yaqi

(Architectural Design Institute, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

The paper indicates the background for the energy-saving reconstruction of the existing heat-supply residential complexes, and points out the architectural energy-saving reconstruction schemes from the exterior enclosure structure, heating system, and environment according to the comprehensive diagnosis of the buildings in the complex by taking Changfeng Residential Complex of Taiyuan University of Technology as the example, so as to realize the reduction of the architectural energy consumption.

residential building, energy-saving reconstruction, heat-supply system, exterior wall, roof

1009-6825(2016)12-0189-03

2016-02-19

張旭峰(1979- )，男，工程師； 李雅琦(1982- )，女，工程師

TU201.5

A