低价高效提升老旧厂房保温性能的方法探讨

吴玉辉

（北京真空电子技术研究所，北京 100015）

我国的建筑节能标准化推进工作迄今有30 多年，建筑节能标准体系日趋完善。在建筑节能概念尚未普及的早期阶段，国内建筑设计领域普遍对围护结构热工性能的关注度不够。一些老旧建筑，保温隔热能力有可能先天不足，需要进行节能改造。

公共建筑和既有居住建筑的节能改造，经过多年实践与推广，先后出台了一系列规范和标准图。工业建筑在提高围护结构保温性能和建筑节能效果之间的关系更为复杂，没有专用的改造标准图或规范，但可以借鉴《公共建筑节能改造技术规范》［1］（以下简称《公改标》）所归纳的方法。在我国北方，部分老旧厂房存在围护结构保温隔热能力不足、供暖空调系统能耗过大的问题。如何低价高效地提升此类建筑围护结构的热工性能，需要在实践中摸索。

以下结合一个北方老旧厂房围护结构改造案例，对此问题加以探讨。

1 项目现状概述

该厂房位于寒冷地区，建成于20 世纪初，建筑面积为4 120 m2，主体为单层厂房，高度为7.6 m，局部为两层办公楼。墙体及屋面均为双层彩钢压型板，内衬75 mm 厚玻璃丝保温棉；窗户为铝合金单玻推拉窗，有部分窗玻璃错位、开裂，和部分窗户变形、无法关闭。同时，采暖空调系统的原始设计参数与实际情况差别较大，设备管线老旧，散热能力不足。改造前，冬季厂房室内平均温度仅5 ℃，水管、暖气管数次冻裂。

2 围护结构节能分析诊断

2.1 U 型平面导致建筑外表面热损失大

该厂房为U 型平面（见图1），计算可知其体型系数为0.3，虽能满足《建筑节能与可再生能源利用通用规范》[2]（以下简称《节能通规》）第3.1.3 条关于甲类建筑的体型系数规定，但U 型平面布局相较于相同外轮廓的长方形平面布局，建筑外围护面积增加比例高达53%，对供暖能耗与效果的影响不容忽视。

图1 厂房平面示意图

《工业建筑节能设计统一标准》[3]（以下简称《工标》）对建筑体型系数没有规定，但在其第4.3 节《围护结构热工设计》4.3.2 条规定的条文解释中，表2 收集了46 个工业建筑围护结构热工性能参数，其中体型系数范围为0.06～0.19，分布情况为：0.1 以下占50%，0.1～0.15 占41.3%，0.15 以上占8.7%。由此可判断，对于工业建筑，0.3 的体型系数超出合理范围。

U 型平面布局适用于对进深要求比较严格的办公和学校等民用建筑。对于厂房，矩形平面在空间利用的经济性和节能效率上，都更有优势。

2.2 建筑窗户面积偏大，且窗玻璃为单玻

厂房北侧为两层办公楼，办公楼的北、东、西3 个立面均采用通长条形窗；厂房部位以分散布置的矩形窗为主，局部采用连续窗。总窗墙面积比为0.25，各向窗墙面积比依次为：北向，0.54；东、西向，0.17；南向，0.25。

根据《节能通规》第3.1.10 条规定的公共建筑围护结构热工性能限值，该厂房北面和东、西、南3 个立面窗户的传热系数K值分别不能超过1.8 W/m2·k和2.5 W/m2·k；根据《工规》第4.3.2 条表5 规定，该厂房各立面外窗的传热系数限值为3.3 W/m2·k。

由于厂房北向窗户均属于办公部分，其余立面窗户分属于办公和厂房两部分，故北向窗户传热系数限值应为1.8 W/m2·k，其余各向窗户传热系数限值按插入法取值为3.0 W/m2·k。厂房采用的铝合金单玻窗的整窗传热系数K 值为6.5 W/m2·k，是上述规定限值的2.2 与3.6 倍。

2.3 空调区域与非空调区域之间的围护结构不符合热工性能限值

该厂房净高超过7 m，内部设置的办公区，仅用3 m 高的轻质隔断墙与厂房区隔开，上部则用石膏板吊顶分隔。办公区为人员经常活动与停留区域，装有空调，高大厂房区域为非空调区域，二者之间的围护结构应参考供暖房间与非供暖房间之间的楼板与隔墙的传热系数K值，不能超过1.0 W/m2·k 与1.2 W/m2·k。

3 确定节能改造方案

由于预算改造资金相当有限，对上述3 条节能问题，需要区别对待。第1 条、3 条问题涉及的改造工程量与难度偏大，节能量相对于造价不突出，故不予考虑。作为本次节能改造重点的第2 条问题，也需要结合具体房间，进行有针对性的改造。

具体改造措施可以分为两部分：减小窗墙比与改善门窗部位的传热系数。详细说明如下。

3.1 减小窗墙面积比

实施步骤为：

（1）依据不同的室内发热量条件、工作性质、作息时间、室内温度要求，对各功能房间分为4 类：

①烧氢间、烧釉间等轻微产热、24 h 运转的生产车间；

②8 h 运转的其余生产车间；

③办公室、会议室、员工食堂、厕所等生活空间；

④楼梯间、走廊等交通空间，和成品库、周转库等储存空间；

（2）根据各类房间自然采光与自然通风所需开窗面积的合理范围［4］，计算出超过该范围的开窗面积数值；并结合房间所属类别和具体部位，确定哪部分窗户可进行封堵式保温改造。例如，位于西北角的厕所，采用通长转角窗，窗户面积为30.4 m2，按窗地面积比1/10核算后，确定该房间只需保留1 组推拉窗（图2）。对于有接待功能的2 层会议室，考虑到该房间的景观和美观需求，维持现状窗墙比3/10。

图2 厕所窗户改造示意图

（3）采用外表面材料、色泽与现状彩钢板墙体类似的50 mm 厚金属保温夹芯板，对该部分窗户内侧进行封堵，中间留出13 mm厚的空气层。图3 为改造后的实景照片。

图3 窗户封堵后实景照片

（4）节能计算

以厂房一层厕所为例，计算不同窗墙面积比的冬季外围护结构能耗，室内外温差取25 ℃。

①改造前

外围护结构面积45.4 m2，其中外窗30.4 m2，彩钢板墙体面积15 m2，窗墙比为67%。外窗破损面积按0.1 m2考虑；原有彩钢板墙体传热系数[5]为0.041×1.1/0.075=0.6 W/m2·k，考虑材料老化等因素，取0.8 W/m2·k，则该房间外围护结构耗热量=15×0.8×25+30.4×6.5×25+0.1×25×25=5 302 W。

②改造后

原有外窗仅保留3.4 m2，其余27 m2外窗内侧用50 mm 厚金属保温夹芯板在其内侧进行封堵。计算可知，（铝合金单玻窗+13 mm空气间层+50 mm 金属夹芯板）复合体的传热系数为0.7 W/m2·k，与外墙传热系数相当；改造后，窗墙比相当于降低为7.5%，外围护结构耗热量则降低为1 464 W，为改造前数值的28%。

3.2 改善门窗部位的传热系数

具体措施包括：

①将办公室、会议室等房间单玻窗改造为双层窗；

②对烧氢间、烧釉间、楼梯间、走廊、库房等处保留的单玻窗贴隔热膜；

③在货物不经常出入的大门内侧安装保温门帘；

④对所有门、窗缝隙进行弹性密封处理。

确定方案的过程为：

（1）先计算出各项改造措施的节能性价比值，再依据不同房间性质，分别采取不同改造措施，以期在预算有限前提下，达到组合节能性价比最高。

节能性价比值是笔者在这个项目过程中，特意计算的一个可以和造价挂钩的节能指标。计算方法如下：

一项围护结构改造措施的节能性价比值=改造前后传热系数的差值×室内外温差×单位面积/造价。（冬季室内外温差按25 ℃计算）

（2）各项围护结构改造措施的节能性价比值

①单玻窗户窗玻璃上贴隔热膜

贴隔热膜每平米造价35 元；该项措施可将单玻窗户整窗传热系数由6.5 W/m2·k 降低至3.9 W/m2·k 左右，节能性价比值=（6.5～3.9）×25×1/35=1.86 W/元。此项作法节能性价比最高，但节能效果相对最低，适用于烧氢间、烧釉间、楼梯间、走廊、库房等室温要求不高的房间；

②单玻窗内侧用50 mm 厚金属夹芯板封堵

[铝合金单玻窗+13 mm 空气间层+50 mm金属夹芯板]复合体的传热系数为0.7 W/m2·k，热阻为1.43 m2·k/W，相较铝合金单玻窗的热阻值提高了8 倍。该改造措施的节能性价比值为0.96 W/元，数值比贴膜低，但节能效果好，是提升厂房保温性能的主要措施。

③将单玻窗改造为双层窗，整窗传热系数可由6.5 W/m2·k 降低至2 W/m2·k 左右，窗户能耗降低2/3，节能效果显著。该举措每平米造价在600元左右，节能性价比值为0.19 W/元，低于其他二项改造措施，但室内立面可不受影响，适用于对办公室、会议室等人员和访客经常停留部位。

4 围护结构节能改造效果

该厂房的围护结构保温改造与采暖空调系统维修改造二项工作同步推进，同步完成，双管齐下，收到了立竿见影的改造效果。

现场测量结果显示，改造后厂房冬季室内温度达到了国家规定标准：

①办公室、会议室、员工餐厅等常规高度房间 20～22 ℃

②烧氢间、烧釉间等高大空间 15～18 ℃

5 结语

该厂房围护结构改造方案的确定过程是对《公改标》归纳方法的一次认真执行与灵活运用，即先进行围护结构节能分析诊断，结合项目造价限制，对症下药，确定采取减小窗墙比、改善门窗部位传热系数这两个节能举措；然后，依据各功能房间的具体条件和室温要求，确定合理的窗地面积比，同时考虑各项围护结构改造措施的节能性价比值，确定各房间的具体改造措施。这些举措的实践效果令人满意：改造花费不多，施工快速简单，厂房外立面未受影响，围护结构保温效果显著改善。