洛陽市某老舊小區改造節能效果模擬分析

侯越斌，宋國濤，陳黎鳳，張 寧，董洪利

（1.建科環能科技有限公司，北京 100013；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；3.河南瑞之景建筑工程設計有限公司，河南 鄭州 450000；4.洛陽市住房和城鄉建設局，河南 洛陽 471499；5.洛陽市洛龍區住房和城鄉建設局，河南 洛陽 471026）

0 引言

近年來我國城鎮化水平不斷提升，民用建筑年竣工面積已呈下降趨勢[1]。與之相對的城鎮老舊小區改造工作受到社會廣泛關注。2020年7月，《國務院辦公廳關于全面推進城鎮老舊小區改造工作的指導意見》（國辦發〔2020〕23號）要求，2020年改造城鎮老舊小區3.9萬個，力爭到“十四五”期末完成建成于2000年前的老舊小區改造工作[2]。2021年“兩會”政府工作報告中指出，要加大城鎮老舊小區改造力度，本年度新開工改造城鎮老舊小區5.3萬個。

隨著建筑節能設計標準的逐步提高，目前我國新建建筑普遍執行65%節能標準，部分地區已開始執行75%節能標準[3]，形成超過1億t標準煤的節能能力[4]。而城鎮老舊小區一般建成于2000年以前，絕大部分并未采用節能設計，采暖空調能耗較高。在老舊小區改造的同時進行節能設計，可顯著降低建筑運行能耗。因此老舊小區改造對于我國節能減碳工作和實現“2030年碳達峰”“2060年碳中和”的目標具有十分重要的意義。

本文以洛陽市某老舊小區改造項目為例，借助DeST－h軟件對該小區某居民樓建筑采暖空調能耗進行模擬分析，通過對比改造前后的能耗情況對改造效果進行定量分析。

1 小區現狀

原屬洛陽市某國企職工的居民小區建成于20世紀90年代，建筑面積約5.81萬m2，共13棟樓，812戶。原有企業由于經營不善倒閉，小區陷入無人管理狀態，僅依靠社區統籌和居民自愿組織提供門衛和清潔等基本服務。小區內部環境整體較差，道路破損嚴重，雨污排水不暢，屋面防水層破損，建筑立面剝落老化嚴重，且未進行保溫設計，冬季采暖效果差，夏季空調耗電嚴重，居民改造呼聲很高。隨著洛陽市老舊小區改造工作的持續開展，綜合考慮小區實際情況和居民的改造意愿，該小區被列入2020年度改造計劃。

小區內典型居民樓如圖1所示，該樓棟共7層，分為6個單元，總戶數為84戶，總建筑面積約6 900m2。根據現場調研，該小區建筑屋面主體為120mm厚鋼筋混凝土板，并采用水泥膨脹蛭石找坡，瀝青油氈防水以及細石混凝土面層。墻體主材料為240mm厚重砂漿砌筑黏土磚，內外采用20mm厚水泥砂漿或石灰水泥砂漿抹面。外窗為鋁合金單層玻璃窗。

圖1 改造前樓棟立面

改造實施前建筑主要圍護結構及傳熱系數如表1所示。

表1 改造前圍護結構及傳熱系數

2 改造方案

通過對小區進行現場調研，同時充分考慮居民意愿，最終確定主要針對外墻及屋面進行建筑改造。

屋面改造主要是將原有防水層進行拆除并重新鋪設，采用倒置式屋面做法，同時提升屋面防水保溫性能。外墻改造主要是鏟除外墻松散面層，并進行保溫改造，同時進行粉刷裝飾。屋面及外墻保溫材料均采用聚苯乙烯泡沫塑料板，板厚60mm。改造實施后圍護結構及傳熱系數如表2所示。

表2 改造后圍護結構及傳熱系數

根據模擬計算，通過對屋面及外墻進行保溫改造，傳熱系數分別降低為原來的42.14%和27.70%，熱工性能得到顯著提升。

除建筑改造外，該小區還實施了雨污分流、“三線”入地、道路提升、活動場地提升、照明監控、綠化環境、加裝電梯等改造項目。

3 改造前后能耗模擬對比分析

3.1 能耗模擬參數設定

本文采用DeST-h能耗模擬軟件對小區典型建筑進行建模分析。根據現場調研和圖紙，建筑內房間類型主要包括客廳、臥室、廚房、衛生間和樓梯間。其中僅客廳和臥室設置有空調及采暖末端，建筑總空調面積約5 276m2。因DeST氣象數據庫中缺少洛陽地區，因此選用鄰近城市鄭州替代。制冷季為6月1日—8月31日，采暖季為11月15日—3月15日，室內溫度控制設定為18～26℃。

改造前建筑圍護結構按表1設定，改造后建筑將屋面與外墻修改為表2結構，其他參數設置不做調整。

3.2 結果對比

通過修改建筑圍護結構參數分別對目標建筑改造前后能耗進行模擬分析，全年范圍內改造前后建筑主要負荷指標如表3所示。

表3 改造前后負荷指標

洛陽屬于寒冷地區，冬季采暖需求遠高于夏季制冷需求。保溫改造后建筑熱負荷降低明顯，最大熱負荷降低23.46%，全年累計熱負荷降低37.81%。而保溫改造對冷負荷降低效果有限，最大冷負荷僅降低2.78%，累計冷負荷降低3.20%。改造前建筑采暖負荷約為夏季制冷負荷的1.8倍，通過改造實施降低至1.2倍。

節能改造實施后該建筑每年將帶來87844kW·h的負荷節約，其中供熱負荷節約83968kW·h，制冷負荷節約3876kW·h。洛陽市城區采用集中供暖，供熱負荷的減少將直接影響燃煤消耗。標準煤熱值取29.27MJ/kgce，城市熱網效率取0.6[5]，則供暖季年均節約標準煤17.20t。制冷季使用戶式空調器，一般為2級能效，制冷效率取5.40[6]，燃煤電廠供電煤耗取0.273kgce/kW·h[7]，則制冷季年均節約標準煤0.20t。全年來看，該建筑通過節能改造每年將獲得17.40t標準煤的節能收益，減少碳排放約44.74t。老舊小區節能改造效果十分可觀。

3.3 節能改造建議

本項目改造中，僅針對建筑屋面及外墻進行保溫節能改造，外窗仍保持原樣，難以符合當前節能設計要求。為進一步研究外窗改造的節能效果，將外窗更換為中空玻璃窗（6＋9A＋6）mm再次進行模擬計算。全年范圍內建筑冷熱負荷變化如圖2所示。

圖2 建筑全年負荷指標

進一步模擬結果顯示，在屋面及外墻保溫的基礎上輔以外窗更換措施，將使建筑全年累計熱負荷降至88 862kW·h，降低59.99%；全年累計冷負荷降至89 751kW·h，降低25.79%。每年可獲得28.87t標準煤的節能收益，并減少73.32t碳排放。相較原方案能獲得更顯著的節能減排效果。

然而老舊小區改造不同于新建建筑，改造過程中需著重考慮居民意見。整窗更換措施將對居民生活產生較大影響，更換施工需入戶，會對戶內裝修造成破壞，施工時間受限，且具有一定的安全隱患，易引發居民反感。

鑒于整窗更換方案的不利方面，可考慮采用加裝外窗的措施進行替代。雙層玻璃窗之間存在約100mm靜止空氣層，綜合傳熱系數低于同材質普通中空玻璃窗[8]。將雙層窗應用于老舊小區改造，可在提升保溫隔熱性能的同時盡可能減少對居民正常生活的影響，成本投入也更低。因此在改造資金和現場條件允許的前提下，應鼓勵推廣雙層窗保溫改造方案，以獲得更好的節能減排效果。

4 結語

我國老舊小區仍有較大存量，實施老舊小區改造對于提升居住環境、緩解住房矛盾具有十分重要的意義。本文通過模擬計算，指出在老舊小區改造中實施屋面和外墻的節能改造能獲得可觀的節能效果，目標建筑年供熱負荷可降低37.81%，顯著降低碳排放量。進一步研究表明，同時對外窗進行改造將顯著提升節能減排效果，目標建筑年供熱負荷可降低59.99%，年制冷負荷可降低25.79%，應在改造中加以推廣。