杭州市既有公共建筑圍護結構節能改造技術研究

曹 帆,俞方英,吳 鋒,金心銘

(1.杭州市城市建設科學研究院,浙江 杭州 310003；2.浙江南方建筑設計有限公司,浙江 杭州 310008)

目前我國建筑能耗約占社會總能耗的三分之一,隨著近年來建筑能耗迅速增長,建筑領域的節能減排成為我國能源戰略的核心工作。 2015年數據顯示,我國既有公共建筑存量為113億m2,不到城鎮居住建筑面積或農村居住建筑面積的二分之一,能源消耗量卻為3.41億標煤,占比最高[1]。2017年國家《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》中有關既有公共建筑改造目標為：到2020年,城鎮新建建筑能效水平比2015年提升20%,部分地區及建筑門窗等關鍵部位建筑節能標準達到或接近國際現階段先進水平,完成公共建筑節能改造1億m2。由此可見,我國既有公共建筑節能改造具有巨大的潛能。

本文通過對杭州市既有公共建筑政策及現狀進行梳理,研究分析杭州市既有公共建筑圍護結構節能改造技術。

1 杭州市既有公共建筑節能改造情況

為了積極推進公共建筑節能工作,提高公共建筑的能源利用效率,降低能源消耗,促進建筑節能產業的可持續發展。杭州市早在2006年就出臺了《杭州市建筑節能管理辦法》和《實施細則》；并在2015年正式實施《杭州市民用建筑節能條例》,在建筑全生命周期內對建筑的節能評估、能效測評、能耗監測及統計等方面工作進行監督和管理。《杭州市綠色建筑與建筑節能“十三五”發展規劃》及2018年正式實施的《杭州市綠色建筑專項規劃(2017—2025 年)》目標指出，到2020年累計完成既有公共建筑節能改造125萬m2。2017年杭州市被列為公共建筑能效提升重點城市之一,杭州市建委組織開展《杭州市建設公共能效提升重點城市的政策及技術支撐體系研究》課題研究工作。推進杭州市既有公共建筑節能改造的規模化發展,提升能效水平和節能效果,激發市場主體實施建筑節能改造的動力。

“十二五”期間,杭州市結合背街小巷改造、平改坡、三改一拆、道路整治、歷史建筑保護等城市有機更新,同步實施既有建筑改造2 320萬m2。從2009年度開始杭州市根據住建部對民用建筑能耗統計要求,對市域范圍內的既有公共建筑進行統計調研。截止到2017年共計對2 379棟公共建筑進行了能耗統計,涵蓋了國家機關辦公建筑、寫字樓建筑、商場建筑、賓館飯店建筑、醫療衛生建筑、文化教育建筑和其他建筑等七大類,其中2005年《公共建筑節能設計標準(GB 50189—2005)》正式實施之前的既有公共建筑能耗統計共1 126棟(表1),占統計總量的47%。由此可見,研究分析杭州市既有公共建筑節能改造技術措施是推進杭州市建筑節能減排和公共能效提升的一項重要工作。

表1 2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗統計表

2 杭州市既有公共建筑圍護結構節能改造技術措施

杭州市位于夏熱冬冷地區,夏季空調和冬季采暖周期較長,會產生大量的建筑能耗。通過對2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗統計數據分析,可以看出杭州市既有公共建筑存在建筑建造時間跨度大,建筑類型分散,建筑形態多樣化等問題。從《公共建筑節能設計標準(GB 50189—2005)》正式實施前統計的1 126棟既有公共建筑分布情況來看(圖1),其中國家機關辦公建筑占比29%,寫字樓建筑占比25%,文化教育建筑占比25%,是能效提升的重點。而國家辦公建筑作為政府建筑在既有公共建筑節能改造中應該起到表率作用,應當把這部分既有公共建筑列為重點和優先改造對象。

圖1 杭州市各類既有公共建筑分布比例圖

外圍護結構節能改造是既有公共建筑節能改造的重要內容,主要是通過對既有建筑物外圍護結構中的墻體、外窗、屋頂等部件進行節能改造以提升建筑物整體保溫的性能,降低建筑能耗。通過對杭州市既有公共建筑進行調研,可以發現早期公共建筑圍護結構所采用的節能措施十分有限,其中墻體的保溫節能,外窗的保溫、隔熱、氣密性、遮陽,屋面的保溫防水措施等都有極大的提升空間。

建筑外墻節能改造主要包括外墻外保溫和內保溫等措施,在既有公共建筑節能改造中,以外墻外保溫節能改造技術應用最為廣泛,不僅改造成本低廉，保溫節能效果好,而且施工干擾相對較少。外墻外保溫改造常用材料有巖棉板、擠塑聚苯板、保溫砂漿等。外墻外保溫改造對于窗墻比較小、外墻熱工性能差的公共建筑有良好的效果,通常結合建筑外立面改造進行。

屋面保溫改造通常結合屋面防水增設保溫層,對于無遮陽措施的屋面,可以采用種植屋面等遮陽措施提高其熱工性能,平屋面可以采用平改坡屋面并內置保溫隔熱材料等措施提高其熱工和防水性能。屋面保溫改造在屋面面積占外圍護結構面積比例較大的建筑中能效提升明顯。

建筑外窗是整個建筑圍護結構中熱工性能最薄弱的部分,據統計,通過外窗損失的空調、采暖、照明能耗占到建筑圍護結構能耗的一半以上。外窗改造通常采用更換外窗材質、加窗、貼膜、遮陽等多種節能改造措施,改善外窗的熱工性能。對于無遮陽措施的外窗,可以通過安裝活動外遮陽、增設內遮陽窗簾等措施提高建筑外窗夏季隔熱性能,采用遮陽措施時也應當盡可能減少對建筑采光的影響。

3 既有公共建筑案例模型計算分析

圖2 樣本建筑1層和2層平面圖

綜合以上分析,選取杭州市既有公共建筑中典型辦公建筑為樣本(圖2),通過能效測評分析軟件建模計算分析,計算不同的圍護結構改造技術對建筑能耗的影響。樣本建筑圍護結構構造做法, 外墻類型：飾面層(4.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)+燒結普通磚(240.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)；外窗類型：非隔熱金屬型材窗框K≤10.8 [W/(m2·K)],6 mm透明玻璃；平屋面類型(自上而下)： 細石混凝土(雙向配筋) (40.00 mm)+水泥砂漿(10.00 mm)+防水卷材、聚氨酯(3.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)+鋼筋混凝土(120.00 mm)+水泥砂漿(20.00 mm)。

3.1 外窗綠色節能改造措施

樣本建筑窗墻比較大,根據建筑外窗各項綜合性能,選擇通過更換外窗框型材、玻璃選型、增設活動外遮陽等節能改造措施組合綜合運用,進行模型計算對比各改造方案建筑能耗情況,樣本建筑外窗節能改造單位面積能耗前后對比見表2。

表2 樣本建筑外窗改造方案1能耗對比

3.2 外墻和屋頂節能改造措施

考慮既有公共建筑外墻飾面有涂料、石材等不同構造的情況,選取外圍護結構保溫常見的無機輕集料保溫砂漿和巖棉板兩類保溫材料,分別對應外墻不同構造做法,對比幾類外墻節能改造方案對建筑能耗的影響。選用擠塑聚苯板(XPS)保溫材料為屋面節能改造方案。樣本建筑外墻及屋頂節能改造單位面積能耗前后對比見表3。外圍護結構節能改造方案能效提升見圖3。

表3 樣本建筑外墻及屋頂改造方案能耗對比

圖3 外圍護結構節能改造方案能效提升

對樣本建筑外圍護結構節能改造方案的建模進行分析,可以看出既有公共建筑外窗、外墻、屋頂通過增設保溫構造,改善了建筑的熱工性能,對建筑能效提升有明顯的改善效果。

4 結 語

綜上分析可以看出,既有公共建筑圍護結構外墻、外窗、屋面等建筑部件熱工性能的提升,對建筑能耗有明顯改善。既有公共建筑圍護結構節能改造技術研究,有利于全面推進杭州既有公共建筑節能改造的規模化發展,提升建筑能效水平和節能質量,為政府部門推進既有公共建筑能效提升提供參考和技術支撐。