既有建筑节能改造技术浅析

伍景

摘 要 能源系统效率太低、能源总体利用率不高已成为制约中国经济和社会发展的主要障碍。建筑能耗是社会的主要能耗，积极进行建筑节能刻不容缓。既有建筑大多存在建筑能耗大、用能效率低的情况，节能改造潜力巨大。本文从围护结构、照明系统、给排水系统、空调采暖系统和可再生能源利用出发，详细介绍了适用于既有建筑节能改造的相关技术。

【关键词】既有建筑；建筑节能；节能技术

改革开发以来，中国经济在保持稳定高速增长的同时各种能耗也呈现高速增长的态势。能源系统效率太低、能源总体利用率不高已成为制约中国经济和社会发展的主要障碍。“节能减排、建设节约型社会”是我国政府结合我国国情和现代化建设实践做出的一项重大战略决策。其中，建筑能耗已成为社会主要能耗之一，我国既有建筑面积已超过450亿平方米，仅有不足1%采取了节能措施；此外，每年我国有新建房屋大约20亿平方米，其中95%都是高能耗建筑，造成了严重的资源浪费。随着建筑领域投资的持续攀升、建筑总量的大量增加以及人们对建筑室内热环境舒适度的要求逐渐增加，建筑能耗占总能耗的比重还会加大，积极进行建筑节能工作刻不容缓。由于既有建筑面积中高能耗建筑占比重，因此对于既有建筑进行节能改造十分必要。

为解决既有建筑高能耗的问题，本文对适用的节能改造技术进行了介绍，节能改造不仅涉及到外墙、门窗、屋顶、阳台等建筑围护结构，还涉及到空调、照明、采暖系统及其运行管理等其他方面。在节能技术选择时应因地制宜，从地理环境、建筑特点、能耗特点、设计价值、经济价值和环境价值方面出发，充分考虑，选择合适的节能改造技术。

1 围护结构节能改造

既有建筑围护结构多数存在保温标准低、隔热效果差的问题，对其进行节能改造能有效的减少能源浪费，包括外墙节能改造、外窗节能改造、屋面节能改造和遮阳设计等。

1.1 外墙节能改造

外墙是建筑物的外围护构件，是建筑物室外与室内的分隔屏障，通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑外围护构件总能耗损失的一半左右，外墙的热工性能好坏决定了室内的舒适程度。外墙保温改造后既可以在冬季防止室内热量的散失，又可以在夏季起到隔热的作用。外墙节能措施的重点在降低传热系数增加其热阻，提升其保温性能，包括外墙外保温和外墙内保温两种方式。外墙内保温由于会占据一定的建筑使用面积，同时会破坏墙面原有装饰故应用较少。外墙外保温仅在建筑外表面涂抹反射隔热涂料而不改变原有围护砌体，具有保温、隔热、防火、阻燃功能，是最佳的改造措施。其中，保温层常用的材料包括以聚苯乙烯、聚氨酯为代表的发泡保温类，以胶粉聚苯颗粒、玻化微珠为代表的保温浆料类，以膨胀聚苯板为代表的保温板类，以半硬质岩棉板为代表的矿物保温类材料。此外，墙面覆盖绿色植物也能起到一定的节能作用。

1.2 外窗节能改造

外窗是建筑物同外界进行热交换最频繁的部位，是整个建筑外围护结构中热工性能最薄弱的环节。绝大部分既有建筑在设计过程中为了追求通透的立面效果和景观视野，采用大面积的窗户，较少考虑到节能要求。外窗改造一般是从采用新型材料增大热阻和改变外窗结构提高气密性、减少渗透量两个方向入手。当原窗还能使用时，可对原窗进行改造，形成中空或双层实现保温效果；也可在原窗上加密封条，提高气密性。当原窗整体热工性能较差无法达到节能标准时，可安装节能型窗。窗框材料采用导热系数较小的框料，包括铝合金断热型材、铝木复合型材及钢塑整体挤出型材等；玻璃选择吸热玻璃、镀膜玻璃或复合玻璃。

1.3 屋面节能改造

屋面的作用是防水、隔热和保温。对于建筑顶层来说，是比例最大的外围护结构。如果屋面的保温隔热性能太差，对顶层室内热环境和建筑能耗的影响还是比较严重的。屋顶的节能措施包括保温屋面、平改坡、种植屋面、蓄水屋面及通风屋顶。保温屋面在改造时尽量选用重量轻、力学性能好、传热系数小的材料，一般通过加厚保温层，或选择传热系数小的加气混凝土屋面、挤压型聚苯板、水泥珍珠岩屋面或在屋面板内侧贴铝箔等方式来改善屋顶的保温隔热性能。当原有屋面有保温层，但保温性能较差时，可进行平改坡工程，同时还可以把屋面做成屋顶檐口与屋脊通风或老虎窗通风，达到通风散热效果。屋面节能改造还有个有效措施就是种植屋面，通过屋顶绿化提高屋面隔热性能，常用于夏热冬暖地区。蓄水屋面是在屋顶制成蓄水池，通过水的蒸发和隔热作用，起到阻隔夏季日晒从屋面向室内传递的目的。通风屋顶是在屋顶上设置通风间层，利用流动的空气带走热量起到隔热作用。

1.4 遮阳设计

遮阳设计可分为室内遮阳和室外遮阳。室内遮阳多使用镀膜窗帘，但对通风和采光会有较大影响。室外遮阳是较好的一种隔热方式，夏季通过将能量阻挡室外实现降低室内制冷能耗的目的。

2 照明系统节能改造

照明系统节能改造应从提高系统总效率、照明方式、自然光利用以及维护管理等方面综合考虑，在满足工程照度基础上，通过更换节能灯具、安装智能照明控制系统、自然采光等措施来实现最大化的照明节能，涉及的区域包括公共路灯和景观照明、楼道照明、办公建筑照明和地下停车库照明等。

2.1 充分利用自然光源

自然光是人类视觉工作中最舒适、最健康的环境。充分利用自然光可减少约20%的照明用电。开窗采光、减少遮挡是最直接引入自然光的方式。但是由于建设用地的日益紧张和建筑功能的日趋复杂，建筑尤其是办公建筑体量越来越大，依靠传统手段已无法实现自然采光，可利用光的反射、折射或衍射等特性，将自然光引入并传输到需要的地方，包括导光管、光纤纤维法、采光搁板、导光棱镜窗等。

2.2 选用绿色节能照明器具

在满足照明质量的前提下，尽可能选择高效光源，包括卤素灯、高光通量的高效荧光灯、节能灯、LED灯等。随着产业规模的不断加大，节能灯具的成本逐步降低，已成为公共照明及家庭装修的第一选择。此外，镇流器也是一个非常重要的光源配件，在节能改造时应合理选用节能型电感镇流器或电子镇流器替代普通型电感镇流器。

2.3 优化布灯方式

合理的布灯方式也能起到节能降耗的目的。以大空间办公室为例，应尽量采用局部照明，减少开灯时间，在满足长期办公区域照度要求的前提下，可以适当地调整在办公室中走道、打印区等非长期停留区域的照度，以达到节能照明的目的。

2.4 合理选用照明控制方式

公共路灯及景观等公共照明可采用按预设时间段使用定时开关可编程控制方式进行分路控制；住宅建筑楼道照明可采用声光控延时开关或红外光控延时开关进行延时控制；地下停车场照明节能可依据“潮汐现象”，选用感应式LED灯管进行节能改造，没车没人时灯管处于休眠微亮状态，有车有人时灯管被触发达到全亮状态；办公楼宇可通过智能照明控制系统实现合理的能源自动化管理。

3 旧设施设备节能改造

旧设备节能改造主要针对布置之初未将节能指标考虑进去，或长期使用后已不满足使用要求、造成较大能源浪费的老旧设备。这样的设备种类繁多，广泛分布于既有建筑内，包括给排水、空调、采暖系统等。

3.1 给排水系统节能改造

给排水系统能耗占建筑能耗相当大的比例，仅生活热水一项就占建筑能耗的10%～30%。若能在满足合理舒适要求的前提下，优化给排水系统、充分利用可回收能源及管网余压和使用节水型卫生器具，可有效节约能量50%左右。

3.1.1 更换节水龙头和节水型卫生器

既有建筑的卫生器具和配水器具多为普通型器具，没有流量、大小选择，总体流量偏大，造成水资源浪费，应大力推广使用节水型卫生器具和配水器材。

3.1.2 推广真空节水技术

利用真空技术依靠真空负压产生的高速气水混合物，快速将洁具内的污水、污物冲洗干净，达到节约用水的效果，用于办公建筑中节水率高达70%。

3.1.3 消除无效冷水的浪费

大部分集中热水供应系统在热水装置开启后，需放掉部分冷水之后才能正常使用。应尽可能选用支管或立管循环方式，减小乃至消除无效冷水的浪费。

3.1.4 合理利用市政管网余压，减少二次加压能耗

采用分区供水方式，当市政管网压力能保证0.3Mpa时，五层及以下楼层直接采用市政管网供水，五层以上采用无负压变频设备供水。高层建筑可在配水点前安装节流孔板、减压阀来避免水压过高、水量浪费。

3.1.5 给排水控制系统改造

通过给排水控制系统监视泵的运行状态、水箱水池的水位和给水系统压力，根据水位及压力状态启停相应的水泵，自动切换备用水泵，实现节能控制运行。

3.2 空调系统节能改造

空调系统节能与日常使用习惯密不可分，在满足健康的情况下，夏季制冷应尽量升高，冬季取暖应尽量取低，离开建筑时及时关闭空调设备，季节交换期间充分利用自然通风节能。住宅建筑主要采取的是家用空调分户取暖或制冷，应提倡安装变频节能空调；办公楼宇多为中央空调系统，节能包括大温差空调，采用变风量、变水量空调系统、蓄冷系统以及通过计算机控制技术、优化设计等。

3.2.1 大温差空调

大温差空调主要是指空调送风温差比常规空调设计温差大的空调系统，减少了系统流量，节约了能源输送动力以及管道材料，适用于水泵扬程较高的高层建筑物。

3.2.2 变风量、变水量空调系统

随着自控技术的发展，变风、变水量空调可通过改变风、水量来适应负荷的变化达到热量平衡，减少了装机容量，节约了风机和水泵的运行能耗。

3.2.3 蓄冷空调系统

蓄冷空调避开用电高峰，利用夜间富余电力制冰和低温水蓄冷，然后在用电高峰时段融冰和取用低温水制冷。

3.2.4 利用自控及计算机技术来降低空调的能耗

通过对空气处理设备、冷源热源进行控制，使其实际输出量与实际负荷相适应实现节约能源的功能。

3.3 采暖系统改造

我国北方地区冬季供暖的主要方式是集中供热，通过对既有建筑供暖系统调查发现，现有供暖系统存在水力和热力失调、无效供暖多、循环水泵控制方式不合理、缺乏对多台锅炉运行的整体综合控制以及对整个供暖系统主要运行参数的监控等诸多弊端，且锅炉管理较为粗放，能源浪费严重，运行成本常年居高不下。

3.3.1 锅炉房的节能改造

增设循环水泵变频调速装置，提高锅炉运行效率；加装气候补偿器，依据室外环境温度变化实时调节室内温度，达到节能、舒适的目的；对频繁启停的锅炉，增大锅炉循环水流量至设计流量，改变锅炉的启停控制范围。

3.3.2 管网环节的节能改造

在管网末端安装平衡阀调节热力平衡，降低建筑物之间的不均匀热损失；定期检修管段，清楚管网堵塞情况；对漏水严重的管段进行全面检修，个别保温材料老化严重管段更换新管；降低管网热损失。

3.3.3 建筑物环节的节能改造

调节管网平衡，实现远程用户室温的检测；针对具体情况，设置合理锅炉开启时间和开启台数，改善过量供热的问题；重新制定锅炉出力的运行调节策略；完善管理机制，降低开窗通风热损失。

近年我国多地遭遇了严重的雾霾天气，研究表明PM2.5污染15%～18%来源于燃煤。2013年出台了“国家大气污染防治规划”，拟对能源结构进行调整，北京制定了至2020年的能源结构调整战略，以“煤改气”的能源结构调整最为突出，节能效果显著。

4 可再生能源的利用

传统化石能源始终是有限的，节能降耗的一大重点就是提高可再生能源的利用效率，包括太阳能、地源热能、雨水回收和中水回用。

4.1 太阳能的利用

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，也是目前技术最成熟、运用推广最广泛的一种可再生能源。但由于太阳能是一种低密度间断性能源，采集受气候、昼夜的影响，只能作为辅助手段使用，主要利用途径是太阳能采暖通风系统、太阳能热水系统和太阳能光电系统等。

4.2 地源热泵空调系统

地源热泵是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。该技术利用地下浅层地热资源实现供热和制冷的高效环保型空调系统，过输入少量的高品位能源，如电能，将能量从低温热源转移至高温热源。该技术对周围环境无污染、无排放；无外挂机，不产生热岛效应；没有噪音；不破坏地下水资源；使用寿命长；可实现冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活热水。

4.3 雨水回收系统

在城市用水当中，绿化、种植、洗车、旱地除尘、冲厕、消防等所占比例越来越大，然而这些用水系统对水质要求不高，合理利用雨水收集回用系统是有效缓解城市供水压力的一大途径。雨水回收是指通过雨水收集设备收集降雨，经过初期弃流排泥，然后再由过滤消毒设备进一步进行水处理，使其达到杂用水规定水质标准，最后由供水设备将水供至用水点使用。常用的雨水回收利用包括屋顶花园雨水回收利用系统、屋面雨水积蓄利用系统和地面雨水回收利用系统。

4.4 中水回用

中水回用技术是指将小区居民生活废〔污〕水（沐浴、厨房、厕所、盥洗、洗衣）集中回收并按一定标准处理后，再回用于小区的道路冲洗、家庭坐便器冲洗、绿化浇灌等，从而实现节约用水的目的。

5 其它节能改造

5.1 空间区划节能设计

合理的建筑平面布局不仅能在使用上带来极大的方便，也能有效的提高室内的热舒适度，利于建筑的节能。以办公楼宇为例，不同使用功能的房间对其室内热环境的要求不同，办公空间应集中布置，并置于热环境舒适度较高的区域。此外，在办公室与室外空间可以设置“温度阻尼区”，减少建筑的渗透热损失。

5.2 能源管理系统

有条件的情况下可以对建筑物内所有机电设备进行动态监控和整体控制，即采用能源管理系统不断优化设备的运作模式，达到节能降耗的效果。能源管理系统可以涉及热水系统、采暖系统、照明系统、自来水给水系统、中央空调水系统及热水供水系统。

6 结束语

既有建筑节能工作十分重要，通过采用新型的节能材料和节能系统，可以显著改善既有建筑的能耗。本文总结了既有建筑节能改造的技术措施，主要包括围护结构改造、照明系统改造、采暖空调系统改造、给排水系统改造和可再生能源利用等，具体采取何种措施需充分考虑既有建筑所处地的气候特点、建筑现状等因素，因地制宜的确定出最安全、最方便、最经济、最环保的节能改造方法。

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作者单位

后勤工程学院 重庆市 400041