煤炭工程 ２０１２年第１０期 既有居住建筑围护结构的 节能改造及经济性分析 井 汇 （山东英才学院，山东济南２５０１０４） 摘要：济南市的既有居住建筑普遍存在室内冬冷夏热、采暖和空调能耗高的现象。改进建 筑围护结构的热工性能是节能改造的关键，论文以济南市槐荫区营市东街某住宅楼为例，借助 ＤｅＳＴ—ｈ软件，对该住宅楼的建筑能耗情况进行了模拟，提出了围护结构的节能改造措施，并进 行了经济性分析。 关键词：既有居住建筑；ＤｅＳＴ—ｈ；围护结构；节能改造 中图分类号：ＴＵ１１１．４ ８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１２）１０－０１１４＿０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ Ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ａｖａｉｌａｂｌｅ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ 、 ＪＩＮＧ Ｈｕｉ （Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｙｉｎｇｔ・ａｉ ＵＩｉｆｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ Ｊｉｍｄｌ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｈａｖｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｃｏｏｌ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｈｏｔ ｉｎ ｓｕｎｎｎｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｏｍ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇ ａ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｎ Ｙｉｎｇｓｈｉｄｏｎｇ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｈｕａｉｙｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｎｉｎａｎ Ｃｉｔｙ ａｓ ａ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ＤｅＳＴ—ｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｙ ｓａｖｉｇｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｔｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｎａｌｒｙｚｅｄ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｖａｉｌａｂｌｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ＤｅＳＴ—ｈ；ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 截至２０１０年底，济南市竣工总建筑面积约１．３７亿ｍ ， 既有居住建筑以１９９０年以后建成的建筑为主，约占建筑总 ２．０３Ｗ／（ｍ ・Ｋ）；外窗绝大部分采用密封性能较差的单层 玻璃钢窗和单层薄壁铝合金窗，热工性能很不理想，传热 系数约为６．４Ｗ／（ｍ ・Ｋ）；屋顶以１２０ｍｍ厚预制空心板为 结构层，主要屋面隔热保温材料为水泥蛭 、炉渣或水泥 量的８０％以上。这些居住建筑的外墙、屋面、外窗等部位 的热工性能大多数没有达到现在节能设计标准的要求，对 能耗和室内热环境都有很大的影响。由于建筑物总传热能 耗量的８０％是由同护结构传热损失，因此，建筑嗣护结构 热工性能的改善对于济南市既有居住建筑的节能改造具有 非常重要的意义。本文将以济南市槐荫区营市东街某住宅 膨胀珍珠岩，传热系数约为１．２Ｗ／（ｍ ・Ｋ）。在２００６年颁 布的山东省《居住建筑节能设计标准》ＤＢＪ１４—０３７—２００６ 中对于体型系数≤０．３５的居住建筑同护结构传热系数限值 的规定为：屋顶０．５５ｗ／（ｍ ・Ｋ），外墙０．６３Ｗ／（ｍ ・Ｋ）， 外窗２．８Ｗ／（ＨＩ ・Ｋ）。由此可见，多数既有居住建筑外墙、 建筑为例，利用清华大学建筑技术科学系开发的ＤｅＳＴ—ｈ 建筑环境模拟软件，对该住宅楼的建筑能耗情况进行模拟， 提出围护结构的节能改造措施，并进行经济性分析。 外窗及屋顶的传热系数都超出节能规范要求的限值１倍以 Ｌ，说明目前多数既有居住建筑的热Ｔ性能不符合节能要 １ 济南市既有居住建筑的特征 目前，济南市的既有居住建筑以多层砖混结构为主。 外围护结构构造大都采用传统做法：墙体为２４０ｒａｍ厚的实 心黏土砖，内外抹２０ｍｍ混合砂浆，总传热系数约为 收稿日期：２０１２—０５—１０ 求，亟需实施节能改造。 ２模型建立 ２．１ 既有居住建筑模型 本文选择的模拟对象为济南市槐荫区营市东街一幢典 基金项目：山东省住房和城乡建设厅２０１２年科技项目（研究开发２０１２ＹＫ０４６） 作者简介ｉ井１ １４ 汇（１９７８一），女，山东东平人，讲师，研究生学历，研究方向：建筑环境系统的模拟分析。 ２０１２年第ｌ０期 煤炭工程 型的２０世纪９０年代建成的多层住宅。该住宅楼南北朝向， 共５层，层高２．９ｍ，一梯两户，每户３室１厅１卫，总建 筑面积３５８５ｍ ，窗墙面积比为：南向０．３，北向０．３５，东 向０．２，西向０．２，建筑体型系数为０．３１５。建筑模型的标 准层平面图如图１所示。 典型 房 图１建筑模型的标准层平面图 ２．２济南气象参数 气象参数采用济南市典型气象年的数据，最冷月为一 月，平均温度一０．４４ｑＣ，最热月为七月，平均温度 ２６．９５℃ 外窗进 室内外，而且夏天强烈的太阳辐射也容易影响室 内的空气温度 。因此，选择去掉原有旧窗体，重新安装 中空玻璃塑钢窗为外窗改造方案，且因外墙采用外保温， 外窗的位置应尽量接近外墙，以保证建筑物在改造过程中 ２．３ 围护结构改造方案的确定 ２．３．１外墙改造方案 的使用功能。 ２．３．３屋顶改造方案 屋面是接受阳光照射的主要界面，其保温隔热构造是 住宅节能的重要措施，而且直接关系到顶层用户的热舒适 性。另外，２０世纪９０年代建成的住宅楼至今已经使用近 ２０年，除保温隔热性能差外，大部分也已开始 现犀顶渗 漏现象，因此，对犀顶的节能改造是最具意义的。犀面原 外墙节能在建筑节能中占有非常重要的位置，据统计 外墙的传热耗热量占建筑物总耗热量的２３％～３４％ 。因 此，外墙的节能改造对于减少暖通空调系统的能耗来说有 着重要的意义。外墙外保温技术能够解决既有建筑墙体的 节能改造问题。根据公安部消防局２０１１年６５号文件关丁 从严执行民片】建筑外保温材料采用燃烧性能为Ａ级的材料 的规定，选取防火级别为Ａ级的岩棉板作为外保温材料， 有防水层若有效，可直接增加倒置保温做法，若无效，则 应重新做防水处理。该建筑根据《居住建筑节能设计标准》 又根据《居住建筑节能设计标准》中对外墙传热系数限值 的规定确定了岩棉板的厚度为６５ｍｍ。 ２．３．２外窗改造方案 中对屋顶传热系数限值的规定确定加装厚度为６５ｍｍ的岩 棉板作为保温材料。具体作法为完成防水层的改造后，再 在防水层上面做保温隔热处理，即在原有屋面基础一ｌ 做倒 置犀面。 因为旧外窗是整个建筑外同护结构热Ｔ性能最薄弱的 环节，且总的外窗面积较大，使得大量热量能够轻易通过 改造前后，各同护结构的热工性能见表１。 表１围护结构模拟工况 ２Ｏ厚抹灰顶棚； １２０厚预制钢筋混凝土板； ２０厚混合砂浆； 改 造 后 ２４（）厚实心粘土砖； ６５厚岩棉保温板； ２０厚水泥砂浆； 外墙喷涂 ５＋９＋５ ３Ｏ厚１：８水泥炉渣找坡； ２Ｏ厚１：３水泥砂浆找平； Ｋ＝２．６ ＳＣ＝０．６７ Ｋ：０．６２ 中空玻璃 塑钢窗 ４０厚水泥膨胀珍珠岩保温层； １５厚ｌ：３水泥砂浆找平； 两毡三油防水层； ６５厚岩棉保温板； ４０厚细石混凝土 Ｋ＝０．５１２ １ １ 煤２．４空调系统参数设置 炭工程 ２０１２年第１Ｏ期 的影响。选择３楼中间南向典型房间来分析，如图１所示。 选取典型气象年中夏季日平均温度最高的一天７月１日和 冬季日平均温度最低的一天１月１８日作为设计日。经室温 室内热扰的设置见表２。卧室、起居室考虑空调，空调 房间的室温上限为２６％，室温下限为１８％，湿度上限 ８０％，湿度下限２０％，耐受温度上限２９％，耐受温度下限 模拟计算得出：改造后，夏季的基础室温降低幅度不大， １６％；空调系统运行作息由房间确定；夏季充分利用自然 通风降低空调能耗，通风模式采用通风范嗣定义，最小通 风次数为０．５次／ｈ，最大通风次数为５次／ｈ。 平均只降低了０．２５％，这说明仅仅通过提高围护结构的保 温性能对夏季基础室温的影响不大；但冬季的基础室温在 节能改造后升高的幅度却非常大，平均升高了６．０６ ，说 明围护结构保温性能的提高对冬季基础室温的影响很大。 在基础室温的全年分布统计数据中可以看出，改造前，全 年≤１６℃的小时数为２１８２ｈ；改造后，全年≤１６％的小时数 降为３７４ｈ，这也足以说明罔护结构的节能改造对基础室温 尤其是冬季的基础室温产生了很大的正面影响。 ３模拟结果分析 ３．１基础室温的分析 建筑基础室温是指一栋给定的建筑，即建筑同护结构、 热扰、通风等都已确定，在不投入空调情况下的室内温度。 它全面反映了建筑本身的性能和各种被动热扰动对建筑物 表２室内热扰设置 ３．２能耗模拟结果分析 改造前后的能耗模拟结果如图２所示，从图中看 同 护结构节能改造对采暖能耗的降低有非常明显的效果，采 暖能耗节能率为８１．４％，但对空调能耗的影响则相对较小， 空调能耗节能率为１６．６％，这是困为济南市冬季最冷月一 室内外温差较小，此时增强保温效果就不是很明显了。 ３．３ 经济性分析模拟结果 外墙、外窗及屋顶的改造费用见表３。为进行经济性分 析，暖通设计方案确定为，冬季采．｝ｆｊ集中供暖制热，热源 为城市集中热网，系统形式采用分户热计量供暖系统，夏 月份的平均温度为一０．４４℃，室内外温差较大，外用护结 构的节能改造即嗣护结构保温性能的提高能有效阻止室内 热量的流失，但夏季最热月七月份的平均温度为２６．９５ｃｃ， 季采用变频家用空调器制冷。电费单价取０．６ ｋＷ・ｈ， 煤取０．２元／ ，利用经济分析模块计算得出改造前后暖通 宅调系统的运行费用，并将最终统计结果列于表４。 表３围护结构改造费用 改造项目 外窗 材料 中空玻璃塑钢窗 面积／ｍ ７４８ 单价／（元・ｍＩ２）人Ｔ费／（元・ｍＩ２） 单项总价／万元 １５０（包工包料）０ ２９ 改造总价／万元 １１．２２０ １２．３０８ 外墙 。。。 ６５ 岩棉 ２０ｍｍ水泥砂浆 １８１０ １８１０ ７】７ ７１７ ３】 ８ ３】 ２２ ２１ ５．３０６ ５・３（）６ ２８．８３４ 屋顶 屋顶 ６５ 岩棉 ４Ｏｍｍ细石混凝土 注：表中材料及人工费均由市场调研获得。 表４改造前后初投资、运行费对比表 １ １６ ２０１２年第ｌ０期 煤炭工程 长的生活水平要求。 ２）节能改造对建筑能耗的降低有非常明显的效果，尤 １ ５ 其是对采暖能耗，节能率达到８１．４％，空调能耗节能率也 达到了１６．６％，实现了建筑节能的目标。 ３）节能改造投资回收期约为８年，相对于２Ｏ世纪９０ １０ 年代既有建筑的剩余使用寿命来说是非常合理的，促进了 ５ 既有居住建筑的可持续利用。因此，既有居住建筑的节能 改造，虽然会产生不少初投资，但也存在着极其深远的经 ０ 济与社会效益，对既有居住建筑的节能改造应尽早展开， 冬季 夏季 尽快提高建筑热舒适度，避免能源、资源的浪费。 参考文献 陈胜，狄洪发．单体住宅围护结构供暖能耗分析［Ｊ］． 燕，等．寒冷地区外墙保温对建筑负 ｌ 图２改造前后能耗模拟结果 从表中数据可以看出，外墙、外窗、屋面节能改造的 总费用为２８．８３４万元，改造前暖通空调系统总运行费用为 ８．１７３８万元，改造后为４．７３３２万元，经节能改造，每年的 暖通空调运行费用降低了３．４４０６万元。文献提出节能改造 ］］ 暖通空调，２００５，３５（２）：１１６～１１９． 荆有印，柴保双，宋１● １ ｎ ＿荷的影响及经济保温层厚度的确定［Ｊ］．建筑科学，２ｏｏ７， ２３（１２）：３９～４１． 投资回收期宜为５～８ａ，在保证相同室内热舒适水平的前 提下，改造后供热能耗应降低１０％～２０％。该项目改造后 投资回收期约为８年，且供暖能耗降低了８１．４％，因此， 本文提出的该住宅楼的节能改造措施非常合理，应尽快 实施。 龚敏，欧阳金龙，葛坚．既有住宅建筑节能改造措施及 节能减排效果——以夏热冬冷地区杭州市为例［Ｊ］．浙江 大学学报（工学版），２００８，４２（１０）：１８２２～１８２７． 李兵，杨子江，李俊峰．湖北省既有居住建筑现状调查及 节能改造策略研究——以孝感地区为例［Ｊ］．安徽农业科 ４结论 学，２００９，３７（１１）：５２４３～５２４５，５２４７． 王庆生．北京市《既有居住建筑节能改造技术规程》解析 本文通过对济南市某住宅建筑外同护结构的节能改造 模拟，从基础室温、能耗、经济性＿一方面分析了改造效果， 得出结论为： １）经过改造，建筑内冬季基础室温约提高６ 左右， 夏季基础室温约降低０．２５℃，说明改造后大大改善了室内 ［Ｊ］．建筑技术，２００７，３８（１０）：７４３～７４６． 清华大学建筑技术科学系ＤｅＳＴ开发小组．ＤｅＳＴ用户使用手 册『Ｒ］，２００９． 周辉，林海燕．北方供暖地区既有居住建筑节能改造技术 支撑［Ｊ］，暖通空调，２００７，３７（９）：８～ｌ３． 的居住环境，提高了人们的生活品质，满足了人们日益增 （责任编辑章新敏） （上接第１１３页） ＋９０。、ｋ，×１８０。一３０。、 ×１８０。＋２１０。相位附近时关合 Ｂ２，过电流、过电压最小，其中 ＜ ：，且ｋ 、 ：均为自 然数。当流过Ｂｌ（Ｂ２）的电流过零时刻开断Ｂ１（Ｂ２），操作 过电压最小。 内容，通过ＭＡＴＬＡＢ软件仿真煤矿井下关断电容器组时刻 的过渡过程，得出了电容器组选相投切的最佳相位。 参考文献： ［１］ ［２］ 于忠前．并联电容器组相控投切技术研究［Ｄ］．大连：大 连理Ｔ大学，２００７． 计算机仿真结果表明，Ｂｌ应在其两端电压过零时刻关 合，Ｂ２应在其电压为一２１４．７２Ｖ（即Ｂ２电压相位为）时刻关 合，仿真结果与理论分析相符。从仿真结果看，在任何时 刻断开开关都是可行的，但在实际应用中，都选择在电流 过零时刻断开电容器。 姚建刚，曹一家．电力系统丁程学［Ｍ］．北京：清华大学 出版社，２００７． 林 飞，杜 欣．电力电子应用技术的ＭＡＴＬＡＢ仿真 Ｍ］．北京：中国电力出版社，２ｏｏ８． ３结语 ［４ Ｊ 段雄英，廖敏夫，丁富华，等．相控开关在电网中的应用及 关键技术分析 Ｊ］．高压电器，２００７，４３（２）：１１３～１１７． 论文对应３３００Ｖ供电系统的无功自动补偿装置，以配 永磁机构的真空开关选相投切电容器组的控制方法为研究 （责任编辑赵巧芝） ｌ１７
