宁波大学学报稿件信息
既有住宅建筑绿色节能改造综合分析
李蒙正1，刘爱宝2，付臻1，曹静3
（1.南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏，南京，210000；
2.科盛环保科技股份有限公司，江苏，南京，210046；
3.江苏丰彩节能科技有限公司，江苏，南京，210008.）
[摘要] 采用BECS2010节能设计软件，对既有住宅建筑节能改造方案进行组合和优化，通过建模分析研究性价比最佳的综合节能改造方案。结果表明：当屋面采用40mm厚挤塑聚苯板(XPS)（B1级），外墙采用聚苯乙烯板（EPS）20mm，外窗改造在原有窗户的基础之上增加一层5+9A+5的塑料窗，外遮阳形式为布艺遮阳时，建筑在50%和65%节能设计标准下其节能率分别提高24.91%和22.09%，节能效果明显。
[关键词] 既有住宅；正交试验；综合改造；建筑能耗；影响分析
The Green Comprehensive Analysis Of Energy Saving Reconstruction
For Both The Residential Building
Li Mengzheng1，Liu Aibao2，Fuzhen1，Caojing3
（1.Nanjing Changjiang Urban Architectural Design Co. Ltd., Nanjing Jiangsu 210000,China；
2.Kesheng Environment Protection Technology Co. Ltd., Nanjing Jiangsu 210046, China；
3. Jiangsu FengCai Energy Saving Technology Co. Ltd., Nanjing Jiangsu 210008, China.）
Abstract: Use energy-saving design software BECS2010 modeling analysis, by changing the existing residential building energy efficiency retrofit scheme are combined and optimized, looking for the highest ratio of comprehensive energy saving retrofit scheme. Results show that when the roof use 40 mm thick extruded polystyrene board (XPS) (B1), external use polystyrene board (EPS) 20 mm, outside the window transformation on the basis of the original window by adding a layer of 5 + 9 a + 5 plastic window, outside shading form for sunshade cloth art, building energy-saving rate at 50% and 65% energy saving design standard increased by 24.91% and 22.09%, respectively, under the energy saving effect is obvious.
Key words: Both the residence; Orthogonal test;Comprehensive renovation; Building energy consumption;Impact analysis
0 引言
目前我国的建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三大“耗能大户”之一[]。据统计，我国既有建筑面积已达500多亿㎡，截止目前，通过绿色改造后获得绿色标识的既有建筑面积不到100万㎡。其余绝大部分既有建筑属于高能耗建筑，保温隔热性能差，设备系统效率低，导致采暖和制冷能耗的严重浪费[]，其单位面积采暖能耗相当于气候条件相近的发达国家的2~3倍。
我国新建住宅建筑的节能工作经过了20多年的研究实践，已经形成了一批相对成熟的技术，其中绝大部分节能技术等都可以经过改造。我国建筑节能工作起步晚，真正意义上的建筑节能工作是从20世纪80年代初开始展开的。从国内外在既有住宅建筑节能改造的成功经验和研究看出，改进建筑围护结构热工性能是节能改造的关键。
以南京（夏热冬冷地区）为例，根据其所在地的气候特征、建筑环境等因素，运用节能设计软件进行建模分析，通过改变既有住宅建筑屋面、外墙、外窗、遮阳形式等外维护结构的构造，利用节能软件分析节能改造后的效果，以热工性能和经济造价为指标，探索性价比最高的综合节能改造方案。
以南京市正南向的多层住宅楼为模拟对象，运用BECS2010节能设计软件进行建模分析。该住宅楼共三个单元，一梯三户，六层（共54户），基本户型有两室一厅一厨一卫、一室一厅一厨一卫，标准层面积为600㎡，总建筑面积为3550㎡（无地下建筑），建筑高度为21m。既有住宅建筑模型图如图1所示：
图1 既有住宅建筑内部空间结构及模型图
该建筑结构为砖混结构，建筑外表面积为2760㎡，建筑体积为10660m³，其体形系数为0.26。建筑外墙为240mm厚实心粘土砖墙，主墙体的传热系数为2.04（㎡·K）/W；建筑屋顶为钢筋混凝土平屋面，传热系数为2.33（㎡·K）/W；外窗采用铝合金单层玻璃，传热系数为6.40W/（㎡•K），自身遮阳系数为0.75[,]。建筑围护结构构造做法如表1所示，建筑各朝向的窗墙比如表2所示：
表1 住宅建筑围护结构构造做法
|
围护结构 |
材料名称（由外到内） |
序号 |
厚度δ(mm) |
外表面太阳辐射吸收系数 |
传热阻R=0.15+∑R |
|
屋顶 |
石油沥青(ρ=1400) |
1 |
3 |
0.86[默认] |
0.43 |
|
钢筋混凝土 |
2 |
20 |
|||
|
水泥膨胀珍珠岩(ρ=800) |
3 |
50 |
|||
|
钢筋混凝土 |
4 |
120 |
|||
|
各层之和∑ |
－ |
193 |
|||
|
外墙 |
水泥砂浆 |
1 |
20 |
0.50[默认] |
0.489 |
|
普通粘土砖 |
2 |
240 |
|||
|
水泥砂浆 |
3 |
20 |
|||
|
各层之和∑ |
－ |
280 |
|
朝向 |
窗面积（㎡） |
墙面积（㎡） |
窗墙比 |
限值 |
|
东向 |
45.00 |
317.40 |
0.14 |
0.45 |
|
西向 |
45.00 |
317.40 |
0.14 |
0.45 |
|
南向 |
273.60 |
745.20 |
0.37 |
0.45 |
|
北向 |
124.20 |
743.40 |
0.17 |
0.45 |
2 节改造前建筑能耗分析
利用清华斯维尔节能设计软件BECS对既有建筑进行能耗分析。清华斯维尔节能设计软件BECS，采用三维建模，并可以直接利用主流建筑设计软件的图形文件，如TARCH、理正等，避免了重复建模，方便快捷，大大减少了建立节能热工模型的工作量，同时后续处理功能强大，能自动生成分析所需的各种数据，体现了建筑与节能设计一体化的思想。软件遵循国家和地方节能标准或实施细则，适于全国各地居住建筑和公共建筑的节能设计、节能审查和能耗评估等分析工作，在国内建筑能耗领域得到了广泛的应用与认可[,,,]。
利用BECS对建筑进行能耗的动态模拟计算时，主要是由“建立模型”、“热工设置”、“节能计算”这三大步骤来完成。各分项具体设置内容如图1所示：
图1 软件操作流程分析图
本项目在节能改造前，计算在50%和65%节能设计标准条件下的综合建筑能耗情况表如表3所示：
表3 住宅建筑综合能耗情况表
|
指标 |
设计建筑 |
限值 |
||
|
50% |
65% |
50% |
65% |
|
|
采暖空调耗电量指标（kWh/㎡） |
31.90 |
29.05 |
26.70 |
19.20 |
|
采暖耗电量指标（kWh/㎡） |
19.86 |
17.97 |
14.20 |
10.40 |
|
空调耗电量指标（kWh/㎡） |
12.04 |
11.08 |
12.50 |
8.80 |
|
采暖空调耗冷量指标（W/㎡） |
41.44 |
41.44 |
45.50 |
32.30 |
|
采暖耗热量指标（W/㎡） |
21.54 |
21.54 |
22.00 |
16.10 |
|
空调耗冷量指标（W/㎡） |
19.90 |
19.90 |
23.50 |
16.20 |
既有住宅建筑的节能率按公式（1）计算：
公式（1）
该建筑在50%节能设计标准条件下的节能率为：1-31.90/[26.70/（1-50%）]＝40.26%；在65%节能设计标准条件下的节能率为：1-29.05/[19.20/（1-65%）]＝47.05%[,]，均不满足最新节能设计标准的要求。
在50%和65%节能设计标准条件下，通过对建筑节能改造影响因素的分析研究及经济技术因素的综合考虑，现对模拟建筑进行综合节能改造技术研究，最后确定整体最优组合。
根据节能改造目的，采用正交实验法，选用L9 (34)正交设计表，考察了屋面保温材料、外墙保温材料、外窗构造、遮阳方式4个因素对既有住宅建筑节能改造效果的影响，正交实验因素水平见表3：
表4 因素水平
|
因素 水平 |
A屋面保温材料 |
B外墙保温材料 |
C外窗构造 |
D遮阳方式 |
|
1 |
挤塑聚苯板(XPS)（B1级）40mm； |
聚苯乙烯板（EPS）20mm |
增加一层5+9A+5的塑料窗 |
布艺遮阳 |
|
2 |
聚氨酯硬泡喷涂30mm |
复合发泡水泥保温板40mm |
将原有窗户替换为6+12A+6的隔热金属型材多腔密封窗 |
外遮阳百叶帘 |
|
3 |
发泡陶瓷保温板70mm |
保温腻子16mm+反射隔热涂料 |
将原有窗户替换为6+12A+6的塑料窗 |
保温卷帘 |
在50%和65%两种节能设计标准条件下，按照表5的试验号的顺序，利用清华斯维尔节能设计软件，依次改变既有住宅建筑的围护结构做法，通过节能计算，得出不同节能改造方案条件下，既有住宅建筑的能耗情况[]，所得正交试验结果如表5所示：
表5 综合改造模拟计算顺序及计算结果
