張旭峰 李雅琦

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

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既有采暖住宅小區(qū)節(jié)能改造應(yīng)用與示范項(xiàng)目探究

張旭峰 李雅琦

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024)

論述了既有采暖住宅小區(qū)節(jié)能改造的背景，以太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)為例，通過對(duì)該小區(qū)建筑的綜合診斷，從外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖系統(tǒng)、居住環(huán)境等方面，提出了建筑節(jié)能改造方案，實(shí)現(xiàn)了降低建筑能耗的目標(biāo)。

居住建筑，節(jié)能改造，采暖系統(tǒng)，外墻，屋面

0 引言

由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織實(shí)施的中德技術(shù)合作“中國既有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目”于2005年正式啟動(dòng)，項(xiàng)目的目標(biāo)是通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)計(jì)理念、引進(jìn)新材料、新工藝，在我國通過開展對(duì)既有采暖建筑的節(jié)能改造，走出一條適用于我國國情的既有采暖建筑改造之路。繼唐山、北京之后，太原成為第三個(gè)被中德技術(shù)合作“中國既有建筑節(jié)能改造示范項(xiàng)目”確定的試點(diǎn)城市。太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)被確定為該項(xiàng)目在太原既有采暖居住建筑節(jié)能改造的試點(diǎn)小區(qū)，項(xiàng)目于2010年10月，經(jīng)住建部批準(zhǔn)， 2011年12月正式通過建設(shè)部科技司與中德技術(shù)合作項(xiàng)目辦公室對(duì)項(xiàng)目的總體驗(yàn)收。太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)是“中德技術(shù)合作示范項(xiàng)目”中唯一的一個(gè)針對(duì)一個(gè)完整的住宅小區(qū)進(jìn)行節(jié)能改造的項(xiàng)目，通過對(duì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、采暖系統(tǒng)、室外綜合管網(wǎng)和小區(qū)整體環(huán)境整治等的改造，改造后使得建成于20世紀(jì)80年代的住宅樓建筑降低了65%以上的能耗，并且在小區(qū)環(huán)境、建筑物隔熱、隔聲、保溫等方面取得了明顯的改善和提高。在山西省的既有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目中起到了很好的示范作用。

1 項(xiàng)目推動(dòng)背景

我國目前正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期，各行業(yè)對(duì)能源的消耗都很大。山西是我國的能源基地之一，同時(shí)又是一個(gè)能耗大省。建筑能耗在社會(huì)總能耗中又占有很大的比例。經(jīng)測算，建筑能耗約占社會(huì)總能耗的40%。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，新建建筑的總量急劇加大，建筑能耗繼續(xù)增長成為必然趨勢。因此對(duì)既有建筑的節(jié)能改造是我國“十一五”工作中的重點(diǎn)工程。依據(jù)山西省“十五”和“十一五”國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及山西省城鎮(zhèn)民用建筑抗震能力和建筑節(jié)能執(zhí)行情況普查分析，目前全省城鎮(zhèn)房屋尚有72.5%的建筑達(dá)不到50%建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，其中，近一半既有建筑達(dá)不到抗震設(shè)防，要求使用價(jià)值不足20年，可隨著城市發(fā)展和住宅開發(fā)建設(shè)而拆除重建，還有16 218.8萬m2城鎮(zhèn)既有住房建筑需進(jìn)行建筑節(jié)能改造，山西省在“十一五”期間既有采暖居住建筑的改造總量達(dá)到460萬m2。

造成既有居住建筑能耗高的主要原因有：1)建筑布局不合理，二十世紀(jì)七八十年代的建筑布局過于追求整齊劃一，多采用行列式，建筑物之間的遮擋較多，不利于自然通風(fēng)換氣，日照影響較大，冬季不利于利用太陽輻射減少采暖能耗；2)墻體熱工性能差，外墻墻體基本為240 mm和370 mm厚實(shí)心粘土磚，外墻表面為清水磚墻或者水泥抹灰刷涂料墻體，外墻內(nèi)側(cè)多為混合砂漿、石灰砂漿抹面；3)屋面處理簡單，隔熱性差。屋面多為平頂瀝青防水保溫屋面。保溫材料有水泥蛭石、水泥焦渣、水泥膨脹珍珠巖砂漿和板材；4)門窗氣密性差，熱量傳輸快。建筑外窗基本采用的是木門窗、鋼窗、鋁合金推拉窗，基本為單層單玻門窗。門窗傳熱系數(shù)在4.7 W/(m2·K)～6.4 W/(m2·K)范圍內(nèi)，陽臺(tái)和室內(nèi)起居室分開，門窗陽臺(tái)窗為單框單玻窗，窗框與外墻氣密性差，熱量傳輸很快；5)地下室和地面、陽臺(tái)地底板無保溫措施；6)戶內(nèi)采暖系統(tǒng)不滿足分戶計(jì)量、分室溫控，管道和散熱器設(shè)備老化，堵塞嚴(yán)重，采暖效率低下。管線為鍍鋅銅管螺絲聯(lián)接，散熱器種類較多，有鑄鐵、鋼管等掛式散熱器；7)室外供熱管網(wǎng)老化，跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重。

針對(duì)上述存在的原因，太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)節(jié)能改造項(xiàng)目在改造實(shí)施過程中逐項(xiàng)提出解決的方案，最終實(shí)現(xiàn)了節(jié)能65%的既定目標(biāo)，成為太原市乃至山西省既有采暖居住建筑小區(qū)整體改造的示范項(xiàng)目。

2 示范項(xiàng)目的概況

太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)位于山西省太原市萬柏林區(qū)，項(xiàng)目東臨新晉祠路，西鄰舊晉祠路，北靠南沙河，南面與太原理工大學(xué)長風(fēng)校區(qū)一墻之隔。住宅小區(qū)于20世紀(jì)80年代開始分批建設(shè)到21世紀(jì)初結(jié)束，共計(jì)16棟住宅樓，建筑層數(shù)為5層，6層，結(jié)構(gòu)形式為砌體結(jié)構(gòu)?？偨ㄖ娣e65 884.85 m2。改造總戶數(shù)734戶。該項(xiàng)目為寒冷地區(qū)既有居住建筑的節(jié)能改造。具體單體建筑情況見表1。

表1 太原理工大學(xué)長風(fēng)住宅小區(qū)建筑情況

該住宅小區(qū)共有16棟住宅樓，建成于20世紀(jì)80年代～21世紀(jì)初，分年分批建設(shè)。小區(qū)環(huán)境簡陋，設(shè)施不完善。建筑單體外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能措施差。小區(qū)供熱為區(qū)域鍋爐房，室外供熱管線老化破損嚴(yán)重，管路熱損失大。戶內(nèi)采暖系統(tǒng)不滿足分戶計(jì)量、分室溫控，管道和散熱器設(shè)備老化，堵塞嚴(yán)重，采暖效率低下。

3 對(duì)既有建筑進(jìn)行診斷、分析，提出改造設(shè)計(jì)方案

3.1 對(duì)原建筑進(jìn)行診斷、分析

1)建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析。a.外墻原為370 mm厚實(shí)心粘土磚墻，內(nèi)外都沒有做保溫處理。b.屋面原為預(yù)制混凝土頂板，屋面上原有蛭石保溫層，由于屋面防水層遭到不同程度的破壞，蛭石保溫層中含有大量的水分，保溫效果極差。c.外窗情況：早期建設(shè)的住宅樓外窗多為木框單玻平開窗，后期建設(shè)的多為鋁合金單玻窗推拉窗，少量住戶自行更換為節(jié)能效果較好的塑鋼單玻推拉窗。絕大多數(shù)的外窗不能滿足節(jié)能建筑外窗氣密性、水密性的要求，隔塵、降噪的效果也很差。d.不采暖地下室頂板、陽臺(tái)底板等部位沒有保溫措施，與外墻相交處沒有進(jìn)行斷橋處理。

2)采暖系統(tǒng)現(xiàn)狀分析。a.熱源：小區(qū)供熱為小區(qū)自建燃煤鍋爐房。b.室外供熱管網(wǎng)：早期采暖系統(tǒng)存在一定的缺陷，沒有設(shè)計(jì)安裝水力平衡調(diào)節(jié)裝置，系統(tǒng)不能自動(dòng)進(jìn)行有效的水力平衡，造成管網(wǎng)近端和末端水溫差異很大。供熱管道的破損較為嚴(yán)重。c.戶內(nèi)采暖系統(tǒng)不滿足分戶計(jì)量、分室溫控，管道和散熱器設(shè)備老化，堵塞嚴(yán)重，采暖效率低下。

3)小區(qū)綜合環(huán)境現(xiàn)狀分析。a.小區(qū)室外環(huán)境較亂，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃管理。停車雜亂，沒有統(tǒng)一規(guī)劃停車位，道路存在斷頭路，不通暢。室外活動(dòng)場地設(shè)施簡陋。b.室外綜合管網(wǎng)混亂，由于建設(shè)周期較長，資料缺失，室外綜合管網(wǎng)一直是小區(qū)物業(yè)管理的一大難題。c.小區(qū)配套公共設(shè)施不完善，公共照明依賴于原有的路燈照明系統(tǒng)，隨著小區(qū)不斷建設(shè)，路燈的電線架空連接，線路長且亂，對(duì)小區(qū)道路造成安全隱患同時(shí)影響建筑外立面效果。

3.2 改造設(shè)計(jì)方案

1)建筑外圍護(hù)改造。a.外墻節(jié)能改造：采用100 mm厚B1級(jí)阻燃型模塑聚苯板保溫層實(shí)施外保溫，錨栓采用斷橋錨栓。b.屋面節(jié)能改造：保持原屋頂不變，在屋面設(shè)置100 mm厚擠塑聚苯板倒置式保溫層，提高屋面承載強(qiáng)度。c.外門窗：外窗更換為塑鋼中空玻璃內(nèi)平開窗，空氣層厚度為12 mm。窗框與墻體之間采用遇水膨脹膠條密封(德國材料與技術(shù))。外窗齊外墻皮安裝，外墻保溫完成后壓在窗框上，極大地提升了外窗的氣密性。d.不采暖樓梯間：對(duì)樓道外窗更換為室內(nèi)相同類型的外窗，更換保溫型樓宇門，形成一個(gè)相對(duì)封閉的空間，隔墻不做保溫處理。e.不采暖地下室頂板：選用的保溫材料為A級(jí)110 mm厚鋼絲網(wǎng)片巖棉板保溫。f.陽臺(tái)底板、廚房側(cè)墻、陽臺(tái)欄板：采用100 mm厚B1級(jí)阻燃型模塑聚苯板保溫層實(shí)施外保溫。g.對(duì)屋面上人孔、空調(diào)室外機(jī)擱架等熱橋部位均采取斷橋處理。

2)采暖系統(tǒng)的改造。a.根據(jù)太原市熱力公司的規(guī)劃，長風(fēng)住宅小區(qū)的供熱將由原來的區(qū)域鍋爐房改為集中供熱，故鍋爐未進(jìn)行改造。b.室外供熱管網(wǎng)隨著小區(qū)內(nèi)環(huán)境整治改造的進(jìn)行，綜合管網(wǎng)得到了更新，采暖系統(tǒng)入口安裝熱計(jì)量表和流量控制閥，靜態(tài)水力平衡閥。每戶入口安裝熱計(jì)量表以便于分戶熱計(jì)量收費(fèi)和采暖系統(tǒng)水力平衡。c.戶內(nèi)采暖系統(tǒng)改造為共用立管下分異程式采暖系統(tǒng)，戶內(nèi)為單管跨越串聯(lián)系統(tǒng)。采暖系統(tǒng)的供、回水管分支處安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，清洗更換原有散熱器，在所有散熱器前端安裝溫控閥，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的分室控制。增設(shè)遠(yuǎn)傳型熱計(jì)量表，實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)量。

3)小區(qū)綜合環(huán)境整治。a.重新規(guī)劃設(shè)計(jì)太原理工大學(xué)長風(fēng)小區(qū)道路及環(huán)境。道路統(tǒng)一拓寬至17 m(包含行車道5 m，雙側(cè)停車位各一排6 m)。道路硬化面積約36 000 m2，綠化面積約2 971 m2，設(shè)計(jì)停車位680個(gè)。結(jié)合太原理工大學(xué)啟用門禁系統(tǒng)有效的解決了停車難、停車亂的現(xiàn)象，規(guī)范了小區(qū)停車管理。道路經(jīng)過重新規(guī)劃調(diào)整，避免了斷頭路，道路連接順暢，車行與人行實(shí)現(xiàn)分流。增加綠地面積，設(shè)置室外籃球場、羽毛球場等活動(dòng)場地，改善了小區(qū)環(huán)境，為居民提供了休閑娛樂的室外活動(dòng)場所。b.對(duì)小區(qū)室外雨水、給水、排水管網(wǎng)進(jìn)行綜合改造。將雨水、排水管道規(guī)劃調(diào)整到小區(qū)道路下，充分考慮小區(qū)樓座及綠化布置情況，盡量使線路短捷，力求排水通暢；管線布置時(shí)盡可能與建筑物平行，水平距離滿足技術(shù)、衛(wèi)生、安全要求。雨、污水經(jīng)過雨水井、化糞池后排入晉祠路市政管網(wǎng)。更換破損的管線，減少線路損耗。c.結(jié)合小區(qū)對(duì)建筑單體節(jié)能改造，整治室外架空的線路，美化建筑立面效果。在小區(qū)路兩側(cè)、小區(qū)門口分別安裝更為節(jié)能、綠色的太陽能照明系統(tǒng)。采用了更為高效的LED 光源和電容，充電效率更高，元件壽命更長。太陽能路燈的主供電源采用光伏儲(chǔ)能電池，用市電做備用電源(市電全部采用入地敷設(shè))。太陽能路燈做光照度控制，設(shè)定光照度控制系統(tǒng)通過檢測光照度來開、關(guān)照明燈具，如光照度低于10 lx時(shí)開燈，高于10 lx 時(shí)熄燈，這樣既能滿足照明的需要，又節(jié)約電能，符合綠色節(jié)能建筑的理念。

4 結(jié)語

2011年12月項(xiàng)目改造完成并通過建設(shè)部科技司與中德技術(shù)合作項(xiàng)目辦公室對(duì)項(xiàng)目的總體驗(yàn)收。項(xiàng)目改造完成后，對(duì)比近三個(gè)采暖期的采暖能耗和采暖取費(fèi)分析，見圖1。

示范項(xiàng)目通過對(duì)小區(qū)16棟樓進(jìn)行全部的節(jié)能改造并實(shí)行供熱計(jì)量收費(fèi)，2011年11月～2014年3月3個(gè)采暖周期就可節(jié)約燃煤2 462.5 t(標(biāo)準(zhǔn)煤)，減少二氧化碳排放9 675 t、二氧化硫和氮氧化物排放58.5 t。項(xiàng)目改造完成，在節(jié)能減排效果顯著的同時(shí)，居住的室內(nèi)熱環(huán)境相應(yīng)得到了極大的改善，采暖期室內(nèi)的平均溫度由原來的12 ℃提升到20 ℃。通過室外道路、綠化、停車、綜合管網(wǎng)規(guī)劃和室外照明的節(jié)能改造，大大改善了小區(qū)的居住環(huán)境，提高了能源的利用率，降低了建筑能耗。

作者作為主要設(shè)計(jì)人員參與了該項(xiàng)目的全過程。該項(xiàng)目借鑒了國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，結(jié)合“中德技術(shù)合作示范項(xiàng)目”之前在唐山、北京等地的項(xiàng)目取得的成果，優(yōu)化了一套較為完善的可在山西省推廣的改造技術(shù)方案。但在既有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)，應(yīng)該充分的調(diào)動(dòng)改造項(xiàng)目的使用人群的節(jié)能意識(shí)，加大宣傳力度。同時(shí)結(jié)合新頒布的GB 50016—2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對(duì)建筑外保溫的消防設(shè)計(jì)要求，在今后的既有建筑改造中注重節(jié)能改造與消防設(shè)計(jì)的結(jié)合，更安全、更綠色。

[1] 朗四維.我國建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)況與進(jìn)展[J].制冷與電力機(jī)械，2002，23(3):1-6.

[2] 白勝芳.我國既有建筑的節(jié)能改造分析[J].新型建筑材料,2002(4):34-36.

[3] 郁文紅.采暖居住建筑節(jié)能改造分析[J].節(jié)能,2004(1):41-44.

[4] 建設(shè)部干部學(xué)院.實(shí)用建筑節(jié)能工程設(shè)計(jì)[M].北京:中國電力出版社,2008.

[5] 張燕林.對(duì)原有住宅建筑節(jié)能改造技術(shù)的研究[J].新疆有色金屬,2008(2)：68-69.

On energy-saving reconstruction and demonstration programs in existing heat-supply residential complexes

Zhang Xufeng Li Yaqi

(Architectural Design Institute, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

The paper indicates the background for the energy-saving reconstruction of the existing heat-supply residential complexes, and points out the architectural energy-saving reconstruction schemes from the exterior enclosure structure, heating system, and environment according to the comprehensive diagnosis of the buildings in the complex by taking Changfeng Residential Complex of Taiyuan University of Technology as the example, so as to realize the reduction of the architectural energy consumption.

residential building, energy-saving reconstruction, heat-supply system, exterior wall, roof

1009-6825(2016)12-0189-03

2016-02-19

張旭峰(1979- )，男，工程師； 李雅琦(1982- )，女，工程師

TU201.5

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