杭州市既有公共建筑围护结构节能改造技术研究

曹 帆,俞方英,吴 锋,金心铭

(1.杭州市城市建设科学研究院,浙江 杭州 310003；2.浙江南方建筑设计有限公司,浙江 杭州 310008)

目前我国建筑能耗约占社会总能耗的三分之一,随着近年来建筑能耗迅速增长,建筑领域的节能减排成为我国能源战略的核心工作。 2015年数据显示,我国既有公共建筑存量为113亿m2,不到城镇居住建筑面积或农村居住建筑面积的二分之一,能源消耗量却为3.41亿标煤,占比最高[1]。2017年国家《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中有关既有公共建筑改造目标为：到2020年,城镇新建建筑能效水平比2015年提升20%,部分地区及建筑门窗等关键部位建筑节能标准达到或接近国际现阶段先进水平,完成公共建筑节能改造1亿m2。由此可见,我国既有公共建筑节能改造具有巨大的潜能。

本文通过对杭州市既有公共建筑政策及现状进行梳理,研究分析杭州市既有公共建筑围护结构节能改造技术。

1 杭州市既有公共建筑节能改造情况

为了积极推进公共建筑节能工作,提高公共建筑的能源利用效率,降低能源消耗,促进建筑节能产业的可持续发展。杭州市早在2006年就出台了《杭州市建筑节能管理办法》和《实施细则》；并在2015年正式实施《杭州市民用建筑节能条例》,在建筑全生命周期内对建筑的节能评估、能效测评、能耗监测及统计等方面工作进行监督和管理。《杭州市绿色建筑与建筑节能“十三五”发展规划》及2018年正式实施的《杭州市绿色建筑专项规划(2017—2025 年)》目标指出，到2020年累计完成既有公共建筑节能改造125万m2。2017年杭州市被列为公共建筑能效提升重点城市之一,杭州市建委组织开展《杭州市建设公共能效提升重点城市的政策及技术支撑体系研究》课题研究工作。推进杭州市既有公共建筑节能改造的规模化发展,提升能效水平和节能效果,激发市场主体实施建筑节能改造的动力。

“十二五”期间,杭州市结合背街小巷改造、平改坡、三改一拆、道路整治、历史建筑保护等城市有机更新,同步实施既有建筑改造2 320万m2。从2009年度开始杭州市根据住建部对民用建筑能耗统计要求,对市域范围内的既有公共建筑进行统计调研。截止到2017年共计对2 379栋公共建筑进行了能耗统计,涵盖了国家机关办公建筑、写字楼建筑、商场建筑、宾馆饭店建筑、医疗卫生建筑、文化教育建筑和其他建筑等七大类,其中2005年《公共建筑节能设计标准(GB 50189—2005)》正式实施之前的既有公共建筑能耗统计共1 126栋(表1),占统计总量的47%。由此可见,研究分析杭州市既有公共建筑节能改造技术措施是推进杭州市建筑节能减排和公共能效提升的一项重要工作。

表1 2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗统计表

2 杭州市既有公共建筑围护结构节能改造技术措施

杭州市位于夏热冬冷地区,夏季空调和冬季采暖周期较长,会产生大量的建筑能耗。通过对2009—2017年杭州市既有公共建筑能耗统计数据分析,可以看出杭州市既有公共建筑存在建筑建造时间跨度大,建筑类型分散,建筑形态多样化等问题。从《公共建筑节能设计标准(GB 50189—2005)》正式实施前统计的1 126栋既有公共建筑分布情况来看(图1),其中国家机关办公建筑占比29%,写字楼建筑占比25%,文化教育建筑占比25%,是能效提升的重点。而国家办公建筑作为政府建筑在既有公共建筑节能改造中应该起到表率作用,应当把这部分既有公共建筑列为重点和优先改造对象。

图1 杭州市各类既有公共建筑分布比例图

外围护结构节能改造是既有公共建筑节能改造的重要内容,主要是通过对既有建筑物外围护结构中的墙体、外窗、屋顶等部件进行节能改造以提升建筑物整体保温的性能,降低建筑能耗。通过对杭州市既有公共建筑进行调研,可以发现早期公共建筑围护结构所采用的节能措施十分有限,其中墙体的保温节能,外窗的保温、隔热、气密性、遮阳,屋面的保温防水措施等都有极大的提升空间。

建筑外墙节能改造主要包括外墙外保温和内保温等措施,在既有公共建筑节能改造中,以外墙外保温节能改造技术应用最为广泛,不仅改造成本低廉，保温节能效果好,而且施工干扰相对较少。外墙外保温改造常用材料有岩棉板、挤塑聚苯板、保温砂浆等。外墙外保温改造对于窗墙比较小、外墙热工性能差的公共建筑有良好的效果,通常结合建筑外立面改造进行。

屋面保温改造通常结合屋面防水增设保温层,对于无遮阳措施的屋面,可以采用种植屋面等遮阳措施提高其热工性能,平屋面可以采用平改坡屋面并内置保温隔热材料等措施提高其热工和防水性能。屋面保温改造在屋面面积占外围护结构面积比例较大的建筑中能效提升明显。

建筑外窗是整个建筑围护结构中热工性能最薄弱的部分,据统计,通过外窗损失的空调、采暖、照明能耗占到建筑围护结构能耗的一半以上。外窗改造通常采用更换外窗材质、加窗、贴膜、遮阳等多种节能改造措施,改善外窗的热工性能。对于无遮阳措施的外窗,可以通过安装活动外遮阳、增设内遮阳窗帘等措施提高建筑外窗夏季隔热性能,采用遮阳措施时也应当尽可能减少对建筑采光的影响。

3 既有公共建筑案例模型计算分析

图2 样本建筑1层和2层平面图

综合以上分析,选取杭州市既有公共建筑中典型办公建筑为样本(图2),通过能效测评分析软件建模计算分析,计算不同的围护结构改造技术对建筑能耗的影响。样本建筑围护结构构造做法, 外墙类型：饰面层(4.00 mm)+水泥砂浆(20.00 mm)+烧结普通砖(240.00 mm)+水泥砂浆(20.00 mm)；外窗类型：非隔热金属型材窗框K≤10.8 [W/(m2·K)],6 mm透明玻璃；平屋面类型(自上而下)： 细石混凝土(双向配筋) (40.00 mm)+水泥砂浆(10.00 mm)+防水卷材、聚氨酯(3.00 mm)+水泥砂浆(20.00 mm)+钢筋混凝土(120.00 mm)+水泥砂浆(20.00 mm)。

3.1 外窗绿色节能改造措施

样本建筑窗墙比较大,根据建筑外窗各项综合性能,选择通过更换外窗框型材、玻璃选型、增设活动外遮阳等节能改造措施组合综合运用,进行模型计算对比各改造方案建筑能耗情况,样本建筑外窗节能改造单位面积能耗前后对比见表2。

表2 样本建筑外窗改造方案1能耗对比

3.2 外墙和屋顶节能改造措施

考虑既有公共建筑外墙饰面有涂料、石材等不同构造的情况,选取外围护结构保温常见的无机轻集料保温砂浆和岩棉板两类保温材料,分别对应外墙不同构造做法,对比几类外墙节能改造方案对建筑能耗的影响。选用挤塑聚苯板(XPS)保温材料为屋面节能改造方案。样本建筑外墙及屋顶节能改造单位面积能耗前后对比见表3。外围护结构节能改造方案能效提升见图3。

表3 样本建筑外墙及屋顶改造方案能耗对比

图3 外围护结构节能改造方案能效提升

对样本建筑外围护结构节能改造方案的建模进行分析,可以看出既有公共建筑外窗、外墙、屋顶通过增设保温构造,改善了建筑的热工性能,对建筑能效提升有明显的改善效果。

4 结 语

综上分析可以看出,既有公共建筑围护结构外墙、外窗、屋面等建筑部件热工性能的提升,对建筑能耗有明显改善。既有公共建筑围护结构节能改造技术研究,有利于全面推进杭州既有公共建筑节能改造的规模化发展,提升建筑能效水平和节能质量,为政府部门推进既有公共建筑能效提升提供参考和技术支撑。