寒冷地區(qū)既有住宅保溫與節(jié)能改造策略初探

■ 魏 瑞 Wei Rui 崔世聰 Cui Shicong

0 引言

當(dāng)前，建筑節(jié)能已成為我國可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，也是當(dāng)代建筑學(xué)領(lǐng)域最重要的課題之一[1]。為了達(dá)到國家對各地區(qū)節(jié)能設(shè)計要求，新建、未建、待建項目要進行嚴(yán)格的節(jié)能設(shè)計，對于未考慮節(jié)能設(shè)計的既有建筑，則需進行節(jié)能改造。其中，工礦企業(yè)既有小區(qū)住宅占有龐大數(shù)量，對此進行節(jié)能改造可以延長建筑的使用壽命，提高人居舒適度，減少能耗。近年來，寒冷地區(qū)采暖期常會由于能源供應(yīng)不足，出現(xiàn)“氣荒”現(xiàn)象，給企業(yè)和居民帶來壓力。因此，提高寒冷地區(qū)工礦企業(yè)既有住宅的熱工性能，進行節(jié)能改造，可以降低企業(yè)能耗負(fù)擔(dān)。

1 寒冷地區(qū)工礦企業(yè)既有住宅節(jié)能改造現(xiàn)狀——以長慶燕鴿湖居住區(qū)為例

1.1 長慶燕鴿湖居住區(qū)概況

長慶燕鴿湖居住區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)銀川市東郊，大新鎮(zhèn)東側(cè)，南起銀橫公路，北至銀通公路，東靠京藏高速，是長慶油田公司面向油田內(nèi)部職工建設(shè)的大型生活服務(wù)社區(qū)，用于安置常年在野外工作的職工。整個居住生活區(qū)總占地面積4km2，配套相對完善，環(huán)境較好。自1994年開始建設(shè)至今，已建成8個居住小區(qū)，且每個居住小區(qū)分別擁有2～3個居住組團[2]；其中，80%以上住宅為多層，湖心區(qū)和東部片區(qū)為高層住宅[3]。2005年以后新建的住宅達(dá)到節(jié)能設(shè)計要求，至于未達(dá)標(biāo)的既有住宅，也已于2015年前后完成外墻面XPS保溫板的鋪貼工作。

1.2 建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能不佳

由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)且建設(shè)周期漫長，受當(dāng)時設(shè)計水平、技術(shù)規(guī)范和政策滯后的影響，住區(qū)既有住宅外圍護結(jié)構(gòu)基本未采取任何保溫措施，導(dǎo)致熱損耗過高。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，1990年代建造的住宅采用磚混結(jié)構(gòu)，外墻全部為240磚墻，平屋頂不上人屋面，均未設(shè)保溫隔熱層；2003～2005年建設(shè)住宅以框架結(jié)構(gòu)為主，砌體材料為多孔黏土轉(zhuǎn)，也未設(shè)保溫層；2005年后新建擴建住宅中，也有部分建筑未做保溫處理。根據(jù)改造前選取樣本測得的數(shù)據(jù)，采暖期157d，當(dāng)室外溫度為-2℃時，室內(nèi)溫度不能達(dá)到18℃。經(jīng)測算，僅外墻傳熱耗熱量就占到了2.5%的總能耗，居住的舒適性極低，建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能嚴(yán)重不足[4、5]。后期經(jīng)改造，對既有住宅外圍護結(jié)構(gòu)增設(shè)保溫層，鋪貼擠塑聚苯乙烯泡沫塑料板（XPS）[6]，保溫性能有一定提升，但體感溫度仍然不佳。測得樣本中有3戶溫度未能達(dá)標(biāo)，主要是因為未解決冷橋現(xiàn)象。例如，保溫板在窗臺線腳轉(zhuǎn)折和坡屋頂屋面等造型復(fù)雜處未全部覆蓋保溫層情況居多，導(dǎo)致出現(xiàn) “冷橋”，降低保溫性能。

圖1 長慶燕鴿湖居住區(qū)總平面圖

1.3 門窗熱損耗嚴(yán)重

既有住宅中，2005年以前建筑窗體均使用鋁合金推拉窗，采用單層平板玻璃，熱損耗嚴(yán)重，且氣密性不佳。大部分門體為半封閉式金屬平開防盜門，部分為封閉式金屬平開防盜門，無保溫夾層，易損失熱能。受形變影響，部分窗體和墻體連接處出現(xiàn)裂縫，有的住宅窗體變形已不能完全關(guān)閉，降低氣密性。其中普遍使用的普通合金門窗框、門窗樘、單層平板窗扇玻璃等材料熱阻較小，氣密性差，加之經(jīng)縫隙滲透的冷風(fēng)和窗洞附加熱損失過大，已成為既有建筑中保溫能力最差的部位[7]。

1.4 照明系統(tǒng)相對落后

我國已淘汰白熾燈，推廣使用節(jié)能燈具和新型照明光源[8]。燕鴿湖居住區(qū)在2015年節(jié)能改造完成以前，住區(qū)內(nèi)路燈照明系統(tǒng)已廣泛使用金屬鹵化物燈。既有住宅樓梯間照明系統(tǒng)雖在20世紀(jì)90年代建設(shè)初期就已全面使用聲控和觸控開關(guān)，但在相當(dāng)長的時期內(nèi)，基本都使用白熾燈作為照明光源，后期逐漸替換為緊湊型熒光燈[9]。如今，公共照明光源全面更新，均已使用LED光源，但居住區(qū)內(nèi)既有住宅中，絕大多數(shù)家庭仍然在使用白熾燈燈具，主要原因為：①既有住宅中，大部分住戶不愿重新安裝；②白熾燈雖然能耗大、使用壽命低，但是價格低廉；③有的住戶尚存留備用白熾燈泡；④替換安裝節(jié)能燈具或LED燈具成本過高。

2 針對寒冷地區(qū)工礦企業(yè)既有住宅的節(jié)能改造策略

2.1 完善外圍護結(jié)構(gòu)保溫改造

住宅外圍護結(jié)構(gòu)的保溫改造主要集中于外墻和屋蓋處。外墻保溫層分為單一保溫外墻、外保溫外墻、內(nèi)保溫外墻和夾心保溫外墻4類[10]。大部分工礦企業(yè)的既有住宅主要為多層，宜選用外保溫改造方式，其優(yōu)點在于施工較便捷、熱容量大，能夠減小因寒冷地區(qū)溫度降低引起的墻體應(yīng)力變化，加強墻體耐久性，提升室內(nèi)蓄熱性能。但需確保保溫與節(jié)能設(shè)計的科學(xué)性和施工的規(guī)范性，要特別關(guān)注構(gòu)造節(jié)點設(shè)計的合理性，注意外圍護結(jié)構(gòu)改造中的特殊部位，如形體轉(zhuǎn)角處、出挑構(gòu)件、異形屋頂、造型交角、洞口及女兒墻等[11]。針對已完成改造的住宅出現(xiàn)的“冷橋”問題，仔細(xì)檢查構(gòu)造節(jié)點，并選用統(tǒng)一保溫材料和構(gòu)造方式，對外墻及屋蓋出挑構(gòu)件及附屬部件做“斷橋”處理。施工時，杜絕使用金屬構(gòu)件，采用粘、鉚結(jié)合的方法，并覆以耐堿網(wǎng)格布，外層施以有機助劑水泥砂漿作為保護層，以增加彈性應(yīng)變能力。

2.2 更新老舊窗體

既有住宅中，對于熱工性能薄弱的鋁合金單層平板玻璃窗體，可集中組織替換。鋁合金單層平板玻璃窗的傳熱系數(shù)值為6.4W/(m2K)，而外墻內(nèi)表面抹灰的240磚墻傳熱系數(shù)值為2.08W/(m2K)，即單位面積的現(xiàn)有窗體熱損失為磚墻的3倍多。顯然，即使對外墻體已做保溫改造處理，使用現(xiàn)有窗體，依然會造成大量熱損耗，可以采取控制窗的熱傳遞，更換開啟扇形式，以及提高窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透等措施[12]。

2.2.1 控制窗的熱傳遞

通過減小玻璃的傳熱和提高窗框的保溫性能2個途徑控制窗的熱傳遞，可使用雙層真空玻璃或LOW-E玻璃，并選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的斷橋框料。

2.2.2 更換開啟扇形式

開啟扇形式也對保溫性能影響很大[13]，窗扇面積相同時，玻璃面積大而開扇縫短，則節(jié)能效果好。因此，在不影響換氣次數(shù)的前提下，更新窗體，縮小開扇面積，可有效減少熱損耗。

2.2.3 提高窗的氣密性

為保證窗的氣密性，還需完善的密封措施。調(diào)研的既有住宅僅在窗扇-玻璃處做密封處理，加之變形，不能有效解決洞口-窗框之間的冷風(fēng)滲透現(xiàn)象。改造中，需對洞-框、框-扇、扇-玻間隙做三級密封處理，可使窗的空氣滲透量下降到1.0m3/（mh），并選用耐腐蝕、壓縮性好、質(zhì)地柔軟、斷面準(zhǔn)確的密封構(gòu)件。

2.3 增設(shè)保溫輔助設(shè)施

在現(xiàn)有改造基礎(chǔ)上，居民在住宅內(nèi)部也可增加保溫設(shè)施，通過節(jié)能改造和增加輔助設(shè)施相結(jié)合的途徑來提高節(jié)能效果。針對陽臺和客廳相連接的套型，可在陽臺和客廳之間增設(shè)保溫性能好的推拉門（圖2），以降低陽臺向客廳等其他房間的熱傳遞；同時，可以加裝保溫隔熱性能好的窗簾，增設(shè)窗戶遮擋物、窗蓋板等構(gòu)件。

2.4 提倡使用節(jié)能照明燈具

推廣選擇節(jié)能燈具及節(jié)能器材，以降低建筑能耗。可選用通光量維持好的燈具，避免“越亮越好”的思想，室內(nèi)照明選擇合理照度即可。近年來，LED燈已成為主流照明趨勢，是一種相當(dāng)有利的節(jié)能光源。另外，工礦企業(yè)居住區(qū)內(nèi)可推廣使用地?zé)釤糇鳛榫坝^及室外照明系統(tǒng)，并更新具有節(jié)能效果的照明控制系統(tǒng)。

2.5 加強節(jié)能意識的宣傳

雖然工礦企業(yè)住區(qū)管理者已率先認(rèn)識到節(jié)能改造的必要性和緊迫性，但仍有一些住區(qū)居民對節(jié)能的認(rèn)識不全面。住區(qū)內(nèi)的物業(yè)管理部門有必要開展節(jié)能宣傳工作，喚醒居民的節(jié)能意識[14]?？梢栽诰幼^(qū)宣傳欄里張貼相關(guān)的節(jié)能知識，也可以在日常舉辦的社區(qū)活動中向居民發(fā)放節(jié)能燈具，并對節(jié)能達(dá)標(biāo)的住戶進行一定補償獎勵。

圖2 改造示意圖

3 結(jié)語

工礦企業(yè)居住區(qū)既有住宅的規(guī)模和管理方式與普通住宅有一定差異，在寒冷地區(qū)，老舊房屋保溫性能不佳更會直接影響居住的舒適度。節(jié)能改造有利于降低企業(yè)能耗，減輕社會負(fù)擔(dān)，但限于技術(shù)手段和意識的落后，在實際操作中，依然存在許多問題。本文以長慶燕鴿湖居住區(qū)為例，針對寒冷地區(qū)工礦企業(yè)居住區(qū)既有住宅保溫節(jié)能改造中存在的問題進行分析，并提出相應(yīng)的改造策略，以期能夠在提升節(jié)能認(rèn)識方面提供一些參考。

[1]張薇薇.嚴(yán)寒地區(qū)商場建筑節(jié)能設(shè)計研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

[2]劉凱.基于安全的居住小區(qū)道路交通系統(tǒng)規(guī)劃方法研究[D].上海：同濟大學(xué),2006.

[3]李昱.高層住宅平面研究[D].南京：東南大學(xué),2007.

[4]李茂杰,楊坤麗.汶川縣重建居住建筑外圍護結(jié)構(gòu)熱工性能測評及優(yōu)化措施[J].四川建筑科學(xué)研究,2012(2)：292-294.

[5]趙西平.房屋建筑學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[6]張媛.寒冷地區(qū)既有采暖工業(yè)建筑節(jié)能改造研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2015.

[7]馬合木提西日甫江.嚴(yán)寒地區(qū)城市住區(qū)防風(fēng)設(shè)計——以烏魯木齊及周邊地區(qū)為例[D].西安：長安大學(xué),2010.

[8]王維清.基于綠色照明理念下城市公園綠地夜景照明設(shè)計研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2014.

[9]唐成君.湖南地區(qū)既有住宅節(jié)能改造策略研究[D].長沙：湖南大學(xué),2015.

[10]劉昭如,周健.房屋建筑構(gòu)成與構(gòu)造[M].上海：同濟大學(xué)出版社,2011.

[11]張杰.建筑節(jié)能設(shè)計中外墻平均傳熱系Km值影響因素分析——以包頭地區(qū)為例[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2005.

[12]王立雄.建筑節(jié)能[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[13]王瑞,董靚.建筑節(jié)能設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2010.

[14]岳婷.城市居民節(jié)能行為影響因素及引導(dǎo)政策研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué),2014.