成都市既有建筑节能改造初探

谈 天,李 玮

(南京工业大学建筑与城市规划学院,江苏 南京 210009)

在社会发展的步伐中,建筑节能不仅仅是建筑技术进步的一个重大标志,也是人类社会可持续发展战略的一个关键环节。改善生态环境,加快经济发展,提高人们生活水平以及发展建筑业,都与建筑节能技术的发展和应用息息相关。目前,我国城乡建筑总面积约 400亿平方米,这些建筑在使用过程中,其采暖、空调、通风、照明等方面消耗的能量已占全国总能耗的 30%左右,因此,建筑节能已成为我国节能工作的重点。

1 成都市建筑能耗现状

成都市推行节能建筑已经有十几年历史了,1989年成都市就被列为全国墙改南方试点城市。从 1986年制定的《民用建筑节能设计标准》开始,到 2005年 7月 1日开始实施的《公共建筑节能设计标准》,成都市政府都要求各相关单位严格执行。成都市的《建筑节能管理规定》也在 2005年 8月 31日出台。虽然成都建筑节能工作取得较大进展,但从总体上看,还存在许多问题,市内仍有不少八九十年代建造的房屋建筑,而其中大部分不能达到节能设计标准。随着社会经济的发展、人们生活水平的提高,市民对居住、办公环境的要求也不断提高,冬季采暖和夏季降温的空调电器能耗急剧增加,不但增加社会经济负担,而且加重环境污染,影响生态质量。因此,对既有建筑节能改造迫在眉睫,应从政策上、经济上和技术上加快推动这项工作的开展。

2 成都地区气候特点

成都地区属于亚热带湿润季风气候,按我国《民用建筑热工设计规范》,从建筑热工设计的角度分区,成都市属于夏热冬冷地区。但因其地处川西盆地西北部,四面环山,岷江水系贯穿整个地区,故四季分明,夏无酷暑,冬无严寒,气候宜人的春秋两季相对较长,最冷月平均温度为 5.4～5.8℃,最热月平均温度为 25.4～25.6℃,年平均气温 16.2℃,所以较同属亚热带湿润季风气候区的其他城市有所不同。与此同时,成都地区特殊的地理位置,使其空气相对湿度,不论冬季和夏季,都比其他城市高约 5%～10%,盆地热效应,比其他城市更为突出。因此,夏天虽然气温不高,却显得闷热;冬天平均气温在 5℃以上,但却由于阴天多,空气潮,显得很湿冷。故成都虽然属于夏热冬冷地区,却又因其地理地貌的特殊性以及海拔、气压的不同,造就了其不同于其他区域的独特的气候特点。

3 外围护结构改造要点方案

建筑能耗的多少,主要取决于以下五个因素:室内外温差和辐射、建筑维护结构面积、建筑维护结构热工性能、室内外空气交换状况和室内热源状况。其中四个因素与建筑外围护结构有直接联系。考虑到对既有建筑节能改造的安全性、可行性和实用性,改造施工宜在外部进行,通过建筑外围护结构的改造来达到建筑节能的目的,才是行之有效、立竿见影的方法。建筑外围护结构改造主要有窗户改造、外墙改造和屋顶改造三个方面。

3.1 窗户的节能改造

在建筑维护结构中,窗户是保温、隔热、降噪的薄弱环节,在建筑耗热量当中,窗户的传热耗热量与空气渗透耗热量相加约占 50%。成都市既有建筑窗户多为普通单层铝合金窗和塑钢窗,其传热系数分别约为 6.4W/(m2·K)和4.7W/(m2·K),不能有效阻止热辐射。再加上气密性较差,更进一步加大建筑耗能。所以,窗户改造也是成都市既有建筑节能改造的一个重点。

3.1.1 更换窗户材料

单层玻璃窗热阻小,保温性能差。可采用中空玻璃或多层玻璃窗,利用空气热阻来提高保温隔热性能。窗框也应采用传热系数小、气密性高的材料,如断热铝合金等。成都市龙锦慧苑小区,通过合理的窗墙面积比和窗型设计,使其达到了建筑节能 65%的标准。其东西面的窗墙面积比为 0.2,小于顺应成都市主导风向的南北面的窗墙面积比。南向居室外窗为加防太阳辐射,均采用 5mm+9mm+5mm Low-E的塑钢中空玻璃;北向居室外窗为提高保温性能,则采用 5mm+9mm+5mm的塑钢中空玻璃;其他房间均为塑钢单玻窗。这样既达到了很好的综合节能效果,也降低了成本。

3.1.2 加设外窗遮阳结构

加强窗户内外的遮阳措施,是减少太阳辐射的另一种方法。多年来,外窗遮阳在成都的居住建筑设计中几乎是空白,居住者自发安装遮阳棚的现象却十分普遍。这些遮阳棚由于缺乏科学的设计,不仅遮阳效果差而且影响城市建筑形象。统一采用不锈钢支架固定阳光板的遮阳棚合理易行。另外,配合可根据不同季节和天气灵活调节的可调式百叶窗帘,能使室内小气候得到进一步改善,它能多角度灵活采光,同时阻止部分太阳辐射。

3.1.3 调整不同朝向的开窗面积

由于气候适应性的反应,成都地区的人们对新鲜空气特别敏感,即使最冷或最热天气,人们都有打开窗户引入新鲜空气的习惯。大面积开窗,虽然能有效加强自然通风,但是会带来大量的热交换,加大空调能耗。而长时间关窗又会导致室内空气置换的停滞,空气质量下降。考虑到成都地区常年主导风为北风,可将南北向窗户开启面积适当增加,这样人们可以选择在适当的时间段,依靠自然的调节手段来改善室内小气候。例如在成都地区夏季典型气候条件下,深夜至次日凌晨有约 4个多小时的气温在 25℃以内。人们可充分利用这个时段,开窗引导室内自然通风,排出室内闷湿空气,这是改进室内热环境、保持空气清新、提高建筑节能效益的最经济而有效的措施。

3.2 外墙节能改造

在建筑使用耗能中,外墙冷热耗量在外围护结构能耗中占有很大比例,加强外墙的保温隔热性能很重要。虽然,从2003年 6月 1日起,成都市全面禁止生产和使用实心黏土砖,但是仍有大量之前建造的既有建筑,使用的是 240mm实心黏土砖,隔热性能相对较差。根据成都地区的气候特点,对既有建筑外墙的节能改造可以夏季隔热、遮阳为主,同时兼顾冬季保暖要求。可以采用以下措施。

3.2.1 浅色外墙饰面

外墙采用浅色表面,则太阳辐射吸收系数ρ值小,夏季能反射较多的太阳辐射热,从而降低房间的得热量和外墙内表面温度。但单纯的反射辐射隔热会对周边建筑和环境造成影响,增强城市热岛效应,所以应考虑结合进行立体绿化。

3.2.2 立体绿化

利用建筑外墙面尤其是西面外墙种植绿色植物来进行遮阳。可种植爬山虎、常青藤等攀爬植物。这些植物在炎热的夏天生长茂盛,能阻挡部分太阳辐射,植物的蒸腾作用也能带走外墙的部分热量。增加了绿化率,减弱了城市热岛效应,是一种既有效又经济美观的外墙节能改造措施。

3.2.3 加设保温隔热层

在外墙上加设外保温层重点应该在于热桥部分的保温隔热。如混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋等等。因为这些构件的传热系数比普通墙体的传热系数要大得多。因此对于建筑的热桥,如梁柱结构等部位,应该重点加设保温隔热层。在不影响使用的情况下,尽量在室内也进行相关加设处理。

3.3 屋顶节能改造

为了改善顶层住户的舒适性和耗能指标,屋面的节能改造是不容忽视的。由于成都市既有建筑多为平屋顶,对此类屋顶的节能改造通常可采取以下几种措施。

3.3.1 屋顶绿化

植物能吸收热量,也能很好地遮挡太阳热辐射,加上土壤中的水分蒸发也会带走大量热量,因此屋顶种植植物,或采用爬藤植物做遮阳屋面能有效降低建筑能耗。爬藤植物应选用冬季落叶类植物,这样可以满足夏季防热冬季得热的效果。

3.3.2 太阳能结合坡面屋顶改造

成都地区日照不多,但安装太阳能热水系统同样能降低建筑能耗,节省电力资源和天然气资源。而太阳能热水系统的安装更可结合坡面屋顶改造一并进行,坡面屋顶为顶层住户提供一个隔热层,同时热水系统的蓄水部分也可安藏于此,而免受夏季日晒雨淋和冬季寒风霜冻。

4 其他节能改造措施

在既有建筑改造的过程中也可以利用一些其他内部设施来达到节能减排的目的。如楼道及其他公共区域使用声控智能灯,多采用高效节能型灯具、节能高效变频空调,都可以有效降低建筑能耗。虽然成都地区日照率不算高,但是充分利用太阳能,安装太阳能供电储电系统和太阳能热水系统,仍能分担部分公共照明能耗和热水能耗。此外,还可以借助绿化来改善建筑外部小环境,减小热岛效应。例如:在建筑的西侧和南侧种植落叶乔木,夏季可以减弱太阳对建筑的热辐射,冬季落叶以后又不阻挡太阳热辐射。

另外,在公共建筑中可用地源热泵系统来代替传统的中央空调系统。它具有效率高、无污染、维护费用低等多方面优势。而且,地源热泵中央空调机组占地面积仅约为传统空调的三分之一,并且没有室外机组,故可充分利用原有的传统空调机机房和排放系统管道,来对既有公共建筑进行地源热泵系统安装改造。

笔者认为,地源热泵技术在公共建筑节能改造中可以推广运用,但在既有居住建筑节能改造中则不提倡使用。主要出于如下几点考虑:

(1)目前国内的地源热泵技术多采用集中式供冷供暖,而既有居住建筑的使用人群不一定有相同的供应需求和使用的经济实力,势必不利于协调。从成都龙锦慧苑小区的统计费用中,可以看出地源热泵中央空调的一次性投资比家用空调至少高出8000元。

(2)既有居住建筑不一定有合适的场地来安装地源热泵空调机组。大部分既有居住建筑此前没有安装中央空调或新风系统,所以不能保证地源热泵空调机组有充足合适的空间来进行改造安装。

(3)地源热泵需要钻井来安装,有可能因为基地的地质结构导致施工难度加大,增加安装设置成本。因此,在既有建筑的节能改造中不提倡使用地源热泵技术。

5 结束语

既有建筑节能改造是利国利民的长期工程,是可持续发展的重要一步。不仅需要科技技术的支持,同时也需要政策法规的完善和民众的积极配合才能保证既有建筑节能改造目标的全面实现。

[1]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2002

[2]涂逢祥.节能窗技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003

[3]成都市墙改办.龙锦慧苑建筑节能 65%试点示范项目设计[J].建筑节能,2006(8)

[4]韦延年.地区气候特征与气候适应性对节能住宅建筑热工设计的影响[J].四川建筑科学研究,2001(3)

[5]成都簇锦房地产开发有限公司.成都龙锦慧苑地源热泵运行技术经济分析[OL]http://www.chinaesco.net/newshtml/xxzx/20070803150354.htm