被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在既有居住建筑改造中的應(yīng)用

方 荔 華

(莆田學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 莆田　351100)

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被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在既有居住建筑改造中的應(yīng)用

方 荔 華

(莆田學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 莆田351100)

結(jié)合我國(guó)居住建筑的節(jié)能現(xiàn)狀，分析了我國(guó)居住建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，并從外墻、屋面、外窗、自然通風(fēng)等方面，闡述了莆田市既有居住建筑節(jié)能改造措施，有利于實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。

居住建筑，節(jié)能設(shè)計(jì)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，自然通風(fēng)

0　引言

目前，中國(guó)正處于加快推進(jìn)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，建筑、工業(yè)和交通成為能源消耗的三大主力行業(yè)。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐步深入，建筑總量持續(xù)攀升，同時(shí)生活水平的提升也使得人們對(duì)建筑的功能、舒適性要求提高，這些都將使得建筑能耗在總能耗中的比重進(jìn)一步加大。

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期內(nèi)的低能耗、低排放，是節(jié)能減排、走現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展之路的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)既有居住建筑量大、面廣，即便執(zhí)行了建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，不僅能耗高，舒適度更是難以滿足要求。因此，對(duì)既有居住建筑進(jìn)行節(jié)能改造具有很好的推廣意義。

1　我國(guó)居住建筑節(jié)能現(xiàn)狀

1.1我國(guó)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)

為了節(jié)約能源、改善居住熱環(huán)境，我國(guó)制定了不同氣候地區(qū)的居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為居住建筑節(jié)能提供了標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

2015年1月1日起，DBJ 13—62—2014福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)全面實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)重新劃分福建省節(jié)能設(shè)計(jì)氣候分區(qū)，分為夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)北區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)南區(qū)，夏熱冬冷地區(qū)不再執(zhí)行夏熱冬暖地區(qū)北區(qū)規(guī)定，制定了福州市市轄區(qū)和廈門(mén)市更高的節(jié)能水平標(biāo)準(zhǔn)。JGJ 75—2012夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和DBJ 13—62—2014福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，有力推進(jìn)了福建省居住建筑節(jié)能工作的開(kāi)展。

1.2居住建筑節(jié)能方式

目前，對(duì)于居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)主要有兩種方式：主動(dòng)式節(jié)能和被動(dòng)式節(jié)能。

主動(dòng)式節(jié)能主要是指在建筑使用的過(guò)程中通過(guò)對(duì)輔助建筑設(shè)備的改進(jìn)提高其工作效率的節(jié)能方式[1]。現(xiàn)代建筑往往利用機(jī)械設(shè)備耗能來(lái)創(chuàng)造舒適的室內(nèi)熱濕環(huán)境和采光環(huán)境，采暖供熱、空調(diào)制冷等等這些系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)都是以巨額的能源消耗為基礎(chǔ)的。由于居住建筑具有空間零散，規(guī)模小等特點(diǎn)，機(jī)械設(shè)備整體運(yùn)轉(zhuǎn)受限，所以通過(guò)降低機(jī)械設(shè)備能耗的主動(dòng)式節(jié)能應(yīng)用較為局限。

被動(dòng)式節(jié)能是指在建筑全生命周期內(nèi)，不依賴外部能源輸入和建筑設(shè)備系統(tǒng)，完全通過(guò)建筑自身設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的方式[2]。被動(dòng)式節(jié)能通過(guò)優(yōu)化建筑自身設(shè)計(jì)，最大限度地利用諸如陽(yáng)光、氣溫、地形、風(fēng)力和植物等自然條件來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)物理環(huán)境，創(chuàng)造適宜的居住和工作條件，不需要額外的能源消耗，從根本上降低建筑采暖、空調(diào)、通風(fēng)等能耗。因此，被動(dòng)式節(jié)能成本低廉，節(jié)能效果比主動(dòng)式節(jié)能明顯，在居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中逐漸被推廣。

2　我國(guó)居住建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

被動(dòng)式房屋(或被動(dòng)式建筑)起源于德國(guó)，是基于被動(dòng)式技術(shù)而設(shè)計(jì)的節(jié)能建筑物。被動(dòng)式房屋是低能耗建筑，需要滿足“被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)”的要求。同時(shí)，被動(dòng)式房屋的設(shè)計(jì)理念也是一種實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的方法。“被動(dòng)房”利用建筑自身設(shè)計(jì)，而不通過(guò)機(jī)械設(shè)備耗能來(lái)滿足建筑物理環(huán)境的要求，把建筑能源消耗量降到最低，從而形成節(jié)能、環(huán)保等建筑環(huán)境可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的“被動(dòng)式體系”。

在中國(guó)，被動(dòng)房起步較晚，2014年全國(guó)住房城鄉(xiāng)建設(shè)工作會(huì)議提出，新一輪的城市化改造將力推被動(dòng)房，十年內(nèi)達(dá)到50%覆蓋率的目標(biāo)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年，全國(guó)28個(gè)項(xiàng)目單位的40棟被動(dòng)房示范建筑被列入住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃，總建筑面積40萬(wàn)m2，氣候區(qū)涉及到嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、青藏高原等氣候區(qū)[3]。根據(jù)示范項(xiàng)目建成的效果來(lái)看,居住建筑通過(guò)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)，可以明顯改善室內(nèi)空間熱環(huán)境，有效降低建筑設(shè)備能耗。“被動(dòng)房”在居住建筑中將逐漸得到推廣和廣泛應(yīng)用。

3　莆田市既有居住建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)改造措施

莆田市既有居住建筑面積龐大，建造年代不同，普遍節(jié)能水平低下，無(wú)法滿足日益提升的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，莆田市居住建筑節(jié)能不但要對(duì)新建建筑采取節(jié)能措施，而且要對(duì)既有建筑進(jìn)行大范圍的節(jié)能改造，這樣才能夠從根本上改變居住建筑節(jié)能落后的局面。

住建部頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 129—2012既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)程，對(duì)我國(guó)不同氣候區(qū)的既有居住建筑節(jié)能改造作出相應(yīng)的規(guī)定。對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，因地制宜進(jìn)行全面或部分的節(jié)能改造，嚴(yán)格控制改造的成本并綜合考慮改造施工實(shí)施的難易程度。

莆田市屬典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,多年平均氣溫18 ℃～21 ℃,夏季最熱月(7月)平均溫度28.2 ℃,極端最高氣溫超過(guò)39 ℃，冬季最冷月(2月)平均溫度11.9 ℃。除少數(shù)天氣比較寒冷外,基本可以不用采暖,屬于夏熱冬暖地區(qū)北區(qū)。根據(jù)GB 50176—93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范(見(jiàn)表1)，夏季隔熱是莆田市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。相對(duì)于新建建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，在既有建筑節(jié)能改造中，被動(dòng)式技術(shù)的應(yīng)用存在一定的局限性。文章針對(duì)莆田市氣候特點(diǎn)和既有居住建筑現(xiàn)狀，提出幾點(diǎn)適合莆田地區(qū)的被動(dòng)式節(jié)能改造技術(shù)。

表1　建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)及設(shè)計(jì)要求

3.1外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造設(shè)計(jì)

1)外墻節(jié)能改造設(shè)計(jì)。

外墻傳熱造成的熱損失在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中占的比例最大，因此必須重視外墻節(jié)能設(shè)計(jì)。外墻增加保溫隔熱層，可以提高墻體熱阻，降低傳熱系數(shù)，增強(qiáng)墻體隔熱能力，但往往忽略了墻體表面散熱狀況。多年建筑節(jié)能推廣實(shí)踐證明南方地區(qū)一味通過(guò)提高墻體的熱工性能以達(dá)到提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率的目的，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益并不高[4]。因此，對(duì)莆田市居住建筑外墻的節(jié)能改造要采用更合理的措施。

研究表明，夏熱冬暖地區(qū)既有居住建筑外墻節(jié)能改造應(yīng)優(yōu)先采取在外墻表面施涂反射隔熱涂料、淺色飾面、墻面綠化等做法[5]。建筑外墻面施涂反射隔熱涂料或采用淺色飾面材料，在夏季能反射較多的太陽(yáng)輻射得熱，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱得熱，可有效改善室內(nèi)熱舒適性和節(jié)約夏季空調(diào)能耗。對(duì)外墻進(jìn)行垂直綠化可以直接遮擋部分太陽(yáng)輻射，改善墻體的保溫隔熱性能。在東、西面外墻種植攀援類或垂吊的藤本植物，如爬山虎、絡(luò)石等，簡(jiǎn)便易行，造價(jià)低。

2)屋面節(jié)能改造設(shè)計(jì)。

在建筑物受太陽(yáng)輻射的各個(gè)外表面中，夏季屋頂受輻射得熱是最多的，相當(dāng)于東西向墻體的2倍～3倍。莆田市既有居住建筑屋面的節(jié)能改造，平屋面可改造成種植屋面或坡屋面；當(dāng)保持平屋面時(shí)，可以通過(guò)涂刷反射隔熱涂料、設(shè)置遮陽(yáng)棚架和淺色飾面材料等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

屋頂涂刷反射隔熱涂料和淺色飾面，可以減少屋面太陽(yáng)輻射得熱，將大大降低屋面內(nèi)、外表面溫度和頂層房間的夏季熱負(fù)荷。采用百葉板遮陽(yáng)棚和種植爬藤植物遮陽(yáng)措施直接遮擋部分太陽(yáng)輻射，可以改善夏季屋面隔熱性能。種植屋面是隔熱效果最好的做法，也是夏熱冬暖地區(qū)進(jìn)行屋面熱工性能改善的良好手段，但成本相對(duì)也較高。

測(cè)試表明，夏季頂層空調(diào)房間做有效的遮陽(yáng)構(gòu)架，屋頂熱流強(qiáng)度可以降低約50%，屋頂綠化可降低室內(nèi)表面溫度約7 ℃，外墻面綠化可降低室內(nèi)溫度3 ℃～5 ℃[6]。

3)外窗節(jié)能改造設(shè)計(jì)。

與采取節(jié)能措施的屋面及墻體相比，老舊的居住建筑，門(mén)窗保溫隔熱性能較差，同時(shí)加上日常使用中的頻繁開(kāi)啟，成為影響建筑物能耗的主要因素。尤其是建筑外窗，窗玻璃在窗框面積比中所占比例很大，是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的薄弱之處。莆田市既有居住建筑外窗節(jié)能改造，可采用玻璃貼膜、更換高性能節(jié)能窗以及采取遮陽(yáng)設(shè)計(jì)等措施。

莆田地區(qū)既有建筑的外窗大多采用普通單層鋁合金窗，隔熱性能差、氣密性差。因此，節(jié)能改造設(shè)計(jì)應(yīng)更換傳熱系數(shù)小、氣密性好的節(jié)能窗，通常選擇鋁合金和PVC型材的中空玻璃窗和Low-E玻璃窗、熱反射鍍膜玻璃窗。夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，在節(jié)能改造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視東、西方向主要房間外遮陽(yáng)，有效設(shè)置建筑外遮陽(yáng)可減少室內(nèi)輻射得熱。如在玻璃窗外加設(shè)一道百頁(yè)窗的外遮陽(yáng)，夏季遮擋太陽(yáng)輻射的同時(shí)可開(kāi)窗通風(fēng)對(duì)流，簡(jiǎn)便易行。

更換高性能節(jié)能窗戶和增設(shè)遮陽(yáng)裝置，對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)影響最小。因此，外窗節(jié)能改造收益大，在節(jié)能改造設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該優(yōu)先考慮。

3.2自然通風(fēng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)

根據(jù)研究，“夏熱冬暖地區(qū)，當(dāng)夏季外門(mén)窗關(guān)閉，不透風(fēng)又不開(kāi)空調(diào)時(shí)，即便室內(nèi)溫度在26 ℃左右，人也感覺(jué)悶熱。而在自然通風(fēng)下，只要室內(nèi)溫度不超過(guò)29 ℃，相對(duì)濕度不超過(guò)80%，人會(huì)感覺(jué)比較舒適”[7]。因此，被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)考慮加強(qiáng)建筑自然通風(fēng)，提高室內(nèi)品質(zhì)和熱舒適性。

莆田地區(qū)具有較好的自然通風(fēng)條件，季風(fēng)明顯，在夏熱季節(jié)(4月～9月)，盛行東南風(fēng)，濱海風(fēng)大，自然通風(fēng)潛力好。風(fēng)壓是居住建筑實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的主要?jiǎng)恿ΓM量減少室內(nèi)空間分隔，通過(guò)過(guò)道和門(mén)窗等改造設(shè)計(jì)，降低室內(nèi)風(fēng)壓形成的阻力，誘導(dǎo)室內(nèi)外空氣流通，形成貫流通風(fēng)。

莆田市過(guò)渡季節(jié)和夏季夜晚室外溫度較低時(shí)，可以充分利用自然通風(fēng)。通過(guò)外窗改造設(shè)計(jì)，增大外窗可開(kāi)啟面積，減少空調(diào)開(kāi)啟的時(shí)間。自然通風(fēng)節(jié)能改造也可結(jié)合外墻設(shè)計(jì)，如雙層玻璃幕墻，利用熱壓作用實(shí)現(xiàn)通風(fēng)目的，但成本、施工難度相對(duì)也較高。德國(guó)埃森RWE辦公樓雙層幕墻設(shè)計(jì)，據(jù)測(cè)算，通過(guò)應(yīng)用雙層幕墻使建筑的自然通風(fēng)率達(dá)到70%，節(jié)能30%[8]。

4　結(jié)語(yǔ)

對(duì)既有建筑節(jié)能改造應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，既改善室內(nèi)熱環(huán)境。

居住建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)、降低建筑使用時(shí)所需的負(fù)荷，是節(jié)能減排、走現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展之路的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)既有建筑進(jìn)行被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)探討具有重大的意義。

[1]劉東旭.北京地區(qū)住宅建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)研究[D].北京：北方工業(yè)大學(xué),2011:16.

[2]魏園園.被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在建筑改造中的應(yīng)用策略研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué),2015.

[3]張小玲.我國(guó)被動(dòng)式房屋的發(fā)展現(xiàn)狀[J].建設(shè)科技,2015(15):16-23.

[4]張志昆.福建省夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能率目標(biāo)的研究與實(shí)施建議[J].福建建設(shè)科技,2014(4):80-82.

[5]盧凌寰.夏熱冬暖地區(qū)既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)研究[J].建筑節(jié)能,2015(10):93-96.

[6]范偉,任俊.夏熱冬暖地區(qū)生態(tài)建筑的應(yīng)用探討[J].廣州建筑,2006(1):7-11.

[7]林建峰.夏熱冬暖地區(qū)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)探討——以福州大學(xué)建筑節(jié)能示范公寓為例[J].福建建筑,2012(9):21-24.

[8]郭笑平.埃森RWE辦公樓(德國(guó))[J].世界建筑,2000(4):38-41.

Passive energy-saving technology in the application of existing residential building renovation

Fang Lihua

(PutianUniversity,CivilEngineeringCollege,Putian351100,China)

Combining with the energy-saving of the residential buildings in China, the paper analyzes the development of the passive energy-saving design in the residential buildings, and illustrates the energy-saving reconstruction measures for the existing living buildings in Putian City from the exterior wall roof, external windows, and natural ventilation, so as to realize the sustainable development of buildings.

residential building, energy-saving design, exterior enclosure structure, natural ventilation

1009-6825(2016)21-0189-03

2016-05-15

方荔華(1978- )，女，碩士，講師

TU201.5

A