既有鄉(xiāng)村建筑超低能耗改造技術(shù)研究

張麗華，王麗娜，徐劉凈

（臥牛山建筑節(jié)能有限公司，南京 211100）

1 引言

建筑能耗主要來源包括兩部分：一是冬季熱量流失造成的供暖能耗增加，二是夏季外圍護結(jié)構(gòu)隔熱性能差造成的制冷能耗增加。建筑要想達到降低冬季熱損失，提高夏季隔熱性能的目標，需要改善圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能，降低外窗、外墻的傳熱系數(shù)，適當增加外遮陽，提高圍護結(jié)構(gòu)的氣密性。

既有建筑是指已經(jīng)竣工驗收并交付使用的建筑物，它有自身主體結(jié)構(gòu)無法改變的特點，因此，節(jié)能改造時，保溫方案需要去適應原有建筑的結(jié)構(gòu)，不能照搬新建建筑的節(jié)能方案，需要根據(jù)每個既有建筑個體的特點去選取合適的滿足超低能耗要求的技術(shù)方案。既有建筑改造為超低能耗建筑大致包括以下部分。

一是優(yōu)化建筑外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能，改善和提高圍護結(jié)構(gòu)各部分的保溫隔熱性能，有效減少傳熱損失和空氣滲透熱損失。圍護結(jié)構(gòu)不同部位主要分為：外墻體保溫、屋面保溫、地面保溫、門窗熱工性能、氣密性能改進及增加遮陽措施等方面。

二是滿足超低能耗建筑的高效熱回收、低能耗除濕技術(shù)和高效熱泵的新風空調(diào)系統(tǒng)配置。

三是引入可再生能源系統(tǒng)，從而補充常規(guī)能源的使用，如太陽能光伏屋面、太陽能熱水器[1]。

本項目以南京典型別墅為例，探討夏熱冬冷地區(qū)木結(jié)構(gòu)建筑屋面構(gòu)造建筑的外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案。

2 項目現(xiàn)狀

本項目地處南京，屬于夏熱冬冷地區(qū)，主體結(jié)構(gòu)為空心磚砌體墻和木結(jié)構(gòu)坡屋頂，無地下室。總建筑面積為292 m2，該建筑內(nèi)各房間均位于采暖區(qū)，建筑高度為8.7 m，層高為3.4 m。

3 改造方案

3.1 外墻外保溫

墻體是建筑外圍護結(jié)構(gòu)的主體，其所用保溫材料性能直接影響建筑的耗熱量。外墻保溫形式有外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和外墻夾芯保溫3種類型。對于外墻保溫，三者都能夠提高冬季外墻內(nèi)表面溫度，使室內(nèi)氣候環(huán)境有所改善，其中外墻外保溫的應用效果比較好，基本不影響住戶的正常生活，也不會減少室內(nèi)使用面積，更適用本項目的節(jié)能改造中。

使用PHPP軟件模擬了外墻保溫厚度在70～560 mm，其他配置參數(shù)不變的情況下建筑年制熱需求的變化量，如圖1所示。所有方案可以劃分為3個區(qū)間：A區(qū)（保溫厚度≤200 mm）隨著保溫厚度的增加，建筑制熱制冷能耗下降明顯；B區(qū)（保溫厚度200～400 mm）隨著保溫厚度的增加，建筑制熱制冷能耗下降趨于平緩，在此區(qū)間增加保溫厚度需要考慮經(jīng)濟成本；C區(qū)（保溫厚度≥400 mm）隨著保溫厚度的增加，建筑制熱制冷能耗基本不再改變，在此區(qū)間再增加保溫厚度已無太大意義。制冷+除濕的需求與制熱需求變化類似。

圖1 外墻保溫厚度對建筑制冷制熱需求的影響

項目實際施工時，為了阻斷熱橋，減少通縫，兩層保溫板錯縫鋪貼、嚴禁出現(xiàn)通縫；第一層石墨板采用點框法，第二層采用條粘法，砂漿滿鋪保溫板。穿墻管預留孔洞直徑宜大于管徑100 mm以上，管道與洞口之間的縫隙應采用巖棉或聚氨酯等保溫材料填實；外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)采用防水隔汽膜粘貼。防水隔汽膜與管道和結(jié)構(gòu)墻體的搭接寬度均不小于40 mm；外圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)應采用防水透氣膜粘貼，防水透氣膜與管道和結(jié)構(gòu)墻體的搭接寬度均不小于40 mm。

3.2 屋面保溫防水

屋面防水層和檐口挑出部位盡量減少和避免錨固件的使用，避免出現(xiàn)熱橋[2]。本項目屋面為木結(jié)構(gòu)瓦屋面，模擬了屋面內(nèi)保溫有無下返，下返不同高度時的熱橋系數(shù)。由于層高的限制，不能無限制地下返，控制下返保溫板下沿能在吊頂位置以上。將屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定為0.16時，擠塑板（XPS板）厚度為200 mm，如果考慮防火要求，使用玻璃棉替代擠塑板，厚度為250 mm。分別模擬了使用擠塑板和玻璃棉時屋檐部位的熱橋，由表1可見，使用玻璃棉時屋檐部位的熱橋系數(shù)比擠塑板略小一些。

表1 屋面節(jié)點不同構(gòu)造熱橋模擬

在超低能耗建筑中為了保證屋面的保溫效果，屋面需加設防水層與隔氣層，防止水氣進入保溫層造成保溫效果的衰減。

3.3 外窗

外窗的傳遞熱損失是指室內(nèi)外經(jīng)過窗戶傳遞的熱量中對室內(nèi)熱舒適度產(chǎn)生消極影響的那部分熱量。例如，冬天室內(nèi)的熱量流經(jīng)窗戶傳遞到室外，這部分傳遞出去的熱量就需要供暖進行補充。在夏季，室外的熱量流經(jīng)窗戶傳遞到室內(nèi)，這部分由室外傳遞進來的多余熱量就需要由制冷系統(tǒng)排出室外[3]。

建筑外窗的安裝方式一般有3種：在洞口中裝，外平齊，外掛式。為了減少熱橋值，新建超低能耗建筑大多采用外掛方式安裝被動窗，窗戶洞口四周設計為混凝土結(jié)構(gòu)，而既有居住建筑節(jié)能改造的對象多為老舊建筑，舊窗戶通常居中安裝在洞口墻體上；洞口左右側(cè)為混凝土結(jié)構(gòu)的很少[4]。

外掛式安裝窗戶的年傳遞熱損失最小，中裝無附框的傳熱損失最大，內(nèi)嵌外平齊次之。本項目外墻為空心磚結(jié)構(gòu)，如果要外掛安裝，需要在窗戶四周增加抱框柱，提高外墻承載力，無疑增加了施工成本。因此，從安全性及施工便捷角度出發(fā)，需要根據(jù)能耗及熱橋情況合理選擇被動窗的安裝方式。利用Flixo軟件對3種安裝方式的節(jié)點熱橋值進行了模擬。見表2。

表2 外窗安裝方式熱橋模擬

根據(jù)熱橋系數(shù)計算通過窗戶的年傳遞熱損失，外平齊加附框熱損失比外掛式增加2.5%；墻體中間部位安裝加附框比外掛式增加24.9%。在既有建筑改造中外平齊加附框的安裝方式也是一種很好的選擇。

3.4 外遮陽

既有建筑改造時加裝活動遮陽設施，可以取得良好的熱舒適性和節(jié)能效果。可調(diào)節(jié)外遮陽能在不需要太陽光和熱時，將其擋在室外，而在需要太陽光和熱時，讓它進入室內(nèi)[5]。在夏熱冬冷地區(qū)要充分考慮建筑外遮陽，在此探討了各朝向外遮陽對夏季制冷需求和負荷的影響。見表3通過計算南、北、東、西4個朝向的單位面積遮陽對夏季制冷需求和負荷的影響得出，單位面積上東西向的遮陽效果比南北向遮陽效果更好。

表3 外遮陽設置對夏季制冷的影響

在其他配置不變的情況下至少要兩個朝向的遮陽才能滿足PHPP要求。4個朝向全部遮陽效果更好。但是采光的需求，以及成本的考慮，4個方向全部設置外遮陽不太現(xiàn)實，屋面-外窗（玻璃）-外墻面構(gòu)成的圍護結(jié)構(gòu)體系作為一個整體加以綜合考慮，墻體可增設反射隔熱涂料層、增設立體綠化層；采用屋面綠化；外窗玻璃采用玻璃貼膜或涂膜等措施。這些技術(shù)措施均較為成熟、可操作性強，成本回收期相對較短，具有較為良好技術(shù)經(jīng)濟效果，是夏熱冬暖地區(qū)既有建筑可以廣泛使用的節(jié)能改造技術(shù)措施。

4 滿足PHPP既有建筑改造要求的外圍護設計

如表4所示，利用PHPP模擬計算了外墻保溫、屋面保溫和地面保溫的厚度，窗戶U值以及遮陽的設置，由模擬結(jié)果可以得到滿足PHPP要求的夏熱冬冷地區(qū)居住建筑圍護結(jié)構(gòu)的配置：外墻傳熱系數(shù)要大于0.16，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大于0.20，地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.68，外窗U值采用1.0，以及東和南或者西和南至少兩向設置外遮陽的組合才能滿足。比《江蘇省超低能耗居住建筑技術(shù)導則（試行）》中的要求（外墻傳熱系數(shù)≤0.40，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)≤0.30，地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)≤0.8）要嚴格得多。

表4 滿足PHPP既有建筑改造要求的外圍護設計

5 結(jié)論

1）節(jié)能改造時，外墻保溫厚度并不是越高越好，外墻保溫厚度達到200 mm厚，再繼續(xù)增加，能耗需求下降趨于平緩，保溫厚度達到400 mm能耗需求已不再下降。節(jié)能改造時應綜合考慮節(jié)能性能和經(jīng)濟性能。

2）門窗的安裝可根據(jù)項目實際情況，分析節(jié)點熱橋及結(jié)露發(fā)霉情況，保證安全的情況下合理考慮內(nèi)嵌外平齊安裝。

3）增加遮陽對夏季制冷能耗的降低作用明顯。

4）PHPP對夏熱冬冷地區(qū)外圍護結(jié)構(gòu)的要求比江蘇省的超低能耗要高，需要進一步研究PHPP在夏熱冬冷地區(qū)的適用性，是否真的有必要設置如此厚的保溫，如此低傳熱系數(shù)的外窗。