北京市某既有居住建筑节能改造后的效果分析

陈 斌，鲍宇清，周 宁，代 云（北京建筑节能研究发展中心， 北京 100025）

2021 年 9 月和 10 月，中共中央和国务院先后两次联合发文，分别对我国碳达峰、碳中和工作和城乡建设绿色发展提出意见，推动城镇既有建筑的节能改造和绿色化改造成为了其中一项重要内容。当前我国城镇既有居住建筑存量大，建筑能耗较高，而且受社会经济发展和气候条件等因素的影响，不同地区的建筑能耗水平差异大，特别是受冬季采暖影响，北方采暖地区的能耗强度普遍比其他地区高。根据中国建筑节能协会测算[1]，2018 年全国建筑全寿命周期能耗总量为标准煤 21.47 亿 t，占全国能源消费总量的 46.5%，建筑运行阶段能耗占建筑全寿命周期能耗份额在 47% 左右，其中城镇居住建筑面积 307 亿 m2，运行阶段能源消耗标准煤3.8 亿 t，单位面积能耗为标准煤 12.38 kg/m2。

我国从 2007 年开始由北至南逐步开展既有居住建筑节能改造规模化推进工作，取得了显著成效。至 2018 年底，北方采暖地区已完成既有居住建筑节能改造 1.57 亿 m2，夏热冬冷地区已完成既有居住建筑节能改造 5 825 万 m2[2]。国内学者对既有居住建筑节能改造技术及效果开展了大量研究[3-6]，但研究内容多侧重改造技术，而对节能改造后的效果情况缺乏较全面的现场实测分析。因此，本文对北京市某小区的 2 栋建筑开展了多项现场检测，分析节能改造后的效果。

1 工程基本情况

1.1 工程概况

改造的 2 栋建筑位于北京市海淀区某小区内，分别为 4层的多层建筑和 20 层的高层建筑（以下简称为多层建筑和高层建筑），建筑的基本信息见表 1。由于建成年代早，小区的建筑未进行节能设计，导致小区内的建筑室内热舒适性差，且存在适老化设施不足、停车难等问题，因此在 2017年对小区实施了综合整治并于 2018 年完工，节能改造设计执行北京市地方标准 DB 11/381—2016《既有居住建筑节能改造技术规程》。项目改造完成后在 2018 年底至 2019 年对 2 栋建筑开展相关的用能检测工作。

表 1 建筑基本信息

1.2 节能改造技术

多层建筑和高层建筑的节能改造主要涉及外围护结构、供暖系统和公共区域照明，各部位和系统的节能改造技术具体见表 2。供暖系统改造除楼本体外还涉及小区换热站改造。

表 2 节能改造技术

2 外墙节能性能测试与分析

2.1 外墙主断面传热系数

综合考虑测试方法和居民意愿，2019 年 1 月采用热箱法对多层建筑的东侧外墙进行了主断面传热系数现场测试，测试期间门窗处于关闭状态，室内电暖器处于持续加热状态，以保证室内外温差在 15 K 以上。经分析，实际测试结果为 0.24 W/(m2·K)，满足设计值 0.25 W/(m2·K)要求。通过增设外墙外保温，围护结构实现了良好的保温节能效果。

2.2 外墙热工缺陷

建筑外围护结构由于设计保温缺失、保温施工质量不合格或热桥等原因会形成局部的热工缺陷，不仅会影响建筑节能效果和室内热舒适性，而且还可能给建筑带来局部结露发霉的风险，因此在 2019 年 1 月采用红外热成像仪对多层建筑和高层建筑进行了热工缺陷检查。部分立面检查结果见图1～图 4。由图 1～图 4可以看出，外墙保温没有明显的热工缺陷，但是外窗四周与洞口交接部位的热量流失较为普遍和明显，经分析，可能是外窗安装时与墙体之间的保温和密封处理不到位，形成了较大的安装热桥和空气渗透。

图 1 多层建筑东侧立面红外热像图

图 2 多层建筑北侧立面红外热像图

图 3 高层建筑东侧立面红外热像图

图 4 高层建筑北侧立面红外热像图

3 室内温度测试与分析

为了解改造后的室内温度，选取了多层建筑的甲、乙户和高层建筑的丙户共 3 户 9 个不同朝向的房间进行温度测试，测试期间 3 户均未入住。测试周期为 2019 年 1 月 14—15 日。测试时温度采集仪远离采暖散热器等热源并避免受阳光直射。多层建筑两户的室内外温度随时间变化的监测结果如图 5 所示，测试期间室外平均温度 －0.78 ℃。从图 5可以看出，两户的室内温度均高于 18 ℃，满足设计要求。甲户 3 个房间的温度曲线基本重合，室内温度分布一致且波动小，且室温总体上随室外平均温度的上升而逐渐升高。乙户 3 个房间的温度曲线则差异明显，均比甲户的温度高且波动较大，其中北侧卧室的平均温度达到了 25.3 ℃，出现了一定的过热现象，分析可能是散热器的散热面积与房间的供暖负荷不匹配造成。

图 5 多层建筑温度监测结果

高层建筑的丙户位于顶层，3 个房间的室内外温度随时间变化的监测结果如图 6 所示，测试期间室外平均温度－0.94 ℃。从图 6 中可以看出，测试期间室外温度变化较大，特别是 22 日之后室外日平均温度均在 0 ℃ 以下，而室内温度始终在 22 ℃ 以上，说明改造后室内具有良好的热舒适性。丙户卧室和餐厅的温度较为接近且波动较小，而东南侧起居室的室温偏高，一直维持在 24 ℃ 以上，最高温度达到了 28.75 ℃，出现了明显的过热现象，而且温度呈现出一定的周期性波动，峰值出现的时间基本在下午 2 点左右，分析可能是该房间的温度采集仪靠近外窗，受太阳辐射得热影响较大。

图 6 高层建筑温度监测结果

4 建筑能耗分析

4.1 建筑耗热量

本小区采用集中供暖系统，在 2018—2019 年供暖期间测得多层建筑的 3 个单元和高层建筑高区和低区的楼前热表数据，并在这期间采用流量计及温度采集记录仪进行现场测量，对热量表的数据进行校核。由于当年的建筑耗热量大小受供暖气候条件、供暖过热的影响，不便于分析，因此对实测的建筑耗热量按照 GB 51161—2016《民用建筑能耗标准》进行折算。2 栋建筑的单位面积耗热量实测值和折算值见表 3。从表 3 可以看出，折算后 2 栋建筑的单位面积耗热量均小于GB 51161—2016中北京市的建筑折算耗热量指标引导值 0.19 GJ/(㎡•a)，达到了 65% 节能建筑的耗热量水平，特别是高层建筑，较引导值降低了 25.26%，说明改造后的节能效果明显。

表 3 多层建筑和高层建筑测得的建筑耗热量

4.2 居民用电量

对既有居住建筑开展节能改造不仅能提高室内热舒适度和降低建筑耗热量，也能降低建筑制冷需求。本小区生活热水采用市政热水，制冷采用分体空调，受入户条件限制，无法对住户空调用电进行单独计量，因此本文对多层建筑和高层建筑各户的年用电量进行了统计，以了解改造后的居民用电情况，统计时间为 2018 年 12 月—2019 年 12 月。由于部分房屋存在未入住等因素，因此分析时剔除了年用电量＜300 kWh 的数据，得到多层建筑有效数据 19 户，高层建筑有效数据 56 户。2 栋建筑各户的年用电量及每户年平均用电量分别见图 7 和图 8。从图 7 和图 8 中可以看出，除 1 户年用电量稍有超出外其余户的年用电量均＜2 700 kWh/a，但具体到各户，其年用电量差异较大，特别是高层建筑，年用电量范围为 500～2 700 kWh/a。高层建筑的每户年平均用电量虽然较多层建筑的低，但高层建筑如考虑电梯及水泵系统等公共部分用电，分摊到每户的平均综合电耗会＞1 994.07 kWh/a。针对多层建筑，由于公共部分用电主要为照明用电，平均每户均摊 4 kWh 左右，因此多层建筑的每户平均综合电耗约为 2 133 kWh/a，小于 GB 51161—2016 规定的寒冷地区居住建筑综合电耗指标约束值 2 700 kWh/a。

图 7 多层建筑年各户用电量及每户年平均用电量

图 8 高层建筑各户年用电量及每户年平均用电量

5 结 语

本文以北京市某小区的节能改造为背景，分别选取了具有代表性的 1 栋多层建筑和 1栋高层建筑，对外墙主断面传热系数、外墙热工缺陷、室内温度、建筑耗热量和居民用电量开展了节能效果实测分析。

（1）多层建筑外墙主断面传热系数现场实际测试结果满足设计要求，具有良好的保温节能效果。红外热成像检测结果表明建筑外墙无明显的热工缺陷，但是外窗四周与洞口交接部位的热量流失较为普遍和明显，因此在外窗安装施工时需要注重外窗与墙体之间的保温和密封处理。

（2）所测试的 3 户 9 个典型房间室内温度均＞18 ℃，表明改造后的室内热舒适性良好。但同时也发现部分房间出现了过热现象，因此节能改造在大幅度提高外围护结构保温性能的同时应注重对楼内各房间供暖负荷的重新计算和对供暖系统的调整，避免能源浪费。

（3）在建筑能耗方面，通过一个完整供暖期的建筑耗热量测试，2 栋建筑的单位面积耗热量均小于 GB51161—2016 中的引导值，达到了 65% 节能建筑的耗热量水平，节能效果明显。通过对 2 栋建筑居民的年用电量进行统计，可知绝大部分住户的年用电量＜2 700 kWh/a，其中多层建筑每户的平均综合电耗小于 GB51161—2016 的约束值。