徐雙軍 呂 華 白巖磊 王宣元 閆麗穎 辛全英

（1.河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.秦皇島市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北 秦皇島 066004；3.秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北 秦皇島 066004；4.秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)人力資源和社會(huì)保障局，河北 秦皇島 066004）

寒冷地區(qū)既有建筑被動(dòng)式節(jié)能的改造工作，不僅需要掌握相應(yīng)的技術(shù)要領(lǐng)，還要結(jié)合其他國家的改造經(jīng)驗(yàn)以及我國寒冷地區(qū)的實(shí)際情況。想要以現(xiàn)有被動(dòng)式低能耗建筑節(jié)能技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步開展優(yōu)化研究工作，就必須制定相應(yīng)的改造設(shè)計(jì)策略、做出經(jīng)濟(jì)型分析。由于我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，許多建筑的采暖系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足人們的節(jié)能需求，因此改造工作的已經(jīng)呈現(xiàn)出勢在必行的趨勢。除此之外，國家也在加大對(duì)既有建筑節(jié)能改造工作的扶持；在不斷出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還提供了資金幫助。

1 寒冷地區(qū)既有建筑的耗能現(xiàn)狀

1.1 寒冷地區(qū)的特征

地理特征：中國坐落于北半球，不僅擁有遼闊的幅員，還包含了各種復(fù)雜地形。由于經(jīng)緯度的跨度較大，因此各個(gè)省市之間的地理風(fēng)貌存在差距；在這種背景下，為了管理方面的便捷，我國建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)包括五種：溫和地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)。夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)。其中，寒冷地區(qū)的最冷平均溫度保持在0～-10 ℃之間，且一年內(nèi)約有90～145 d的平均溫度不超過5 ℃。

氣候特征：寒冷地區(qū)不僅擁有分明的四季，還擁有大量光熱資源，其年日均差位于7～14 ℃之間。除此之外，寒冷地區(qū)的冬季表現(xiàn)出干燥、時(shí)期長的特點(diǎn)；而夏季則表現(xiàn)出35～42 ℃的高溫。

1.2 既有居住建筑耗能現(xiàn)狀的分析

第一，既有居住建筑耗能。采暖作為北方必不可少的過冬需求，其能源消耗是十分驚人的。根據(jù)相關(guān)資料可知，我國大部分建筑已經(jīng)被列入高能耗建筑的行列；雖然溫度不足18 ℃的房屋只占總數(shù)的2%，但是它的采暖消耗卻十分巨大。換句話說，采暖耗能與屋內(nèi)溫度之間不存在固定比例關(guān)系。筆者在整理資料的過程中發(fā)現(xiàn)，我國建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重的熱量流失現(xiàn)象，無法讓供熱管網(wǎng)完成預(yù)期效能。

第二，既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。傳熱系數(shù)以及門窗洞口氣密性的優(yōu)化，是解決建筑總能小號(hào)偏高的主要方法；前者所造成的熱損失可達(dá)2/3～4/5，后者所導(dǎo)致的熱損失約為1/5～1/3。除此之外，單框玻璃的使用、保溫層的缺失等同樣能夠產(chǎn)生大量的熱散失。

第三，既有居住建筑供暖系統(tǒng)。部分建筑仍然使用單管系統(tǒng)進(jìn)行采暖。這種采暖系統(tǒng)不具備可調(diào)性，在系統(tǒng)散熱器近端的建筑會(huì)擁有較高的溫度，較遠(yuǎn)的則相反。想要改善這種不合理的供熱負(fù)荷分配，首先要優(yōu)化室內(nèi)外的管網(wǎng)，然后通過分戶調(diào)節(jié)的方式強(qiáng)化用戶的節(jié)約意識(shí)。

1.3 既有建筑群的改造

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造涉及外墻、屋面、門窗等眾多內(nèi)容。無論是哪一項(xiàng)，工作人員在設(shè)計(jì)改造內(nèi)容的時(shí)候都要提高對(duì)建造年代的重視，避免其防火措施、承載力等方面出現(xiàn)問題。

首先，利用保暖措施優(yōu)化既有居住建筑；通過主體材料與保溫材料相結(jié)合的方法落實(shí)外墻的保溫，降低了熱量從墻體中的流失。其次，外墻保溫措施，符合外墻改造需求的有外保溫與內(nèi)保溫。雖然屋面所占比例較小，但它會(huì)對(duì)整個(gè)保溫系統(tǒng)造成大量影響。工作人員在選擇保溫材料時(shí)，不僅要考慮保溫效果，還要綜合蓄熱系數(shù)以及容重等性質(zhì)。

2 被動(dòng)式節(jié)能改造的方法

2.1 工作原理

我國寒冷地區(qū)的冬季室外溫度一般處于18～26 ℃之間，設(shè)計(jì)方法的合理性與科學(xué)性，能夠在被動(dòng)式技術(shù)（太陽采暖、被動(dòng)式通風(fēng)等）的應(yīng)用中得到體現(xiàn)。換句話說，建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)原理，旨在耗能的進(jìn)一步減少。

熱回收的使用是指：在向室內(nèi)提供新鮮空氣的過程中，利用室內(nèi)的高溫空氣與新鮮冷空氣進(jìn)行換熱。被動(dòng)式低能消耗建筑具備優(yōu)秀的氣密性，如果能夠和熱回收同步使用，能夠大大地減少采暖所消耗的成本。

部分建筑仍然存在建設(shè)初期的保溫問題或者傳熱系數(shù)問題，這些問題都會(huì)加大建筑整體的熱負(fù)荷。在被動(dòng)式超低能耗建筑的改造過程中，門窗與保溫系統(tǒng)的熱工性是決定建筑負(fù)荷的重點(diǎn)。以20 ℃的室內(nèi)空氣為例，既有建筑的熱負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100 W/m2且墻體的表面積只有8 ℃；而使用了被動(dòng)式的低能耗建筑，其熱負(fù)荷為10 W/m2且表面溫度超過17 ℃。除此之外，既有建筑在加熱冷空氣時(shí)不僅依賴采暖設(shè)備，還會(huì)出現(xiàn)結(jié)露；被動(dòng)式低能耗建筑無須主動(dòng)采暖設(shè)備即可保持舒適的室溫。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）基本標(biāo)準(zhǔn)。第一，要了解室內(nèi)環(huán)境的相關(guān)規(guī)定，如表1所示。第二，了解能耗負(fù)荷的規(guī)定。分析建筑能耗的組成可知，供暖約占總數(shù)的2/3。寒冷地區(qū)的冬季，其采暖需求需不超過15 kWh/（m2·a）、采暖熱負(fù)荷不高于10 W/m2。除此之外，空調(diào)在夏季產(chǎn)生的制冷負(fù)荷同樣十分關(guān)鍵，供暖需求的減少并不是能源節(jié)約的全部。被動(dòng)方的夏季制冷需求同樣不超過15 kWh/（m2·a），并且負(fù)荷需求能夠保證在20 W/m2以下。第三，通風(fēng)。為了提高通風(fēng)換氣系統(tǒng)的效率、進(jìn)一步滿足室內(nèi)所需新風(fēng)量的需求，可以進(jìn)行高效率熱回收通風(fēng)系統(tǒng)的安裝。配合高效過濾器的使用，還可以讓空氣質(zhì)量得到保障。第四，照明遮陽。優(yōu)秀的采光不僅可以降低因照明所產(chǎn)生的耗能，還可以讓建筑在冬季獲取額外的太陽熱進(jìn)而為減少供熱消耗提供了幫助。自然采光作為被動(dòng)式技術(shù)的亮點(diǎn)，擁有極強(qiáng)的靈活性，能夠按照朝向的變化進(jìn)行遮陽。

表1 室內(nèi)環(huán)境規(guī)定

（2）設(shè)計(jì)策略。設(shè)計(jì)規(guī)劃被動(dòng)式房屋的過程中，一定要充分考慮各種客觀因素，只有這樣才能從根本上實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的完善。被動(dòng)式房屋是通過自身能耗的減少實(shí)現(xiàn)能源利用率的增強(qiáng)。換句話說，想要更好地落實(shí)被動(dòng)式節(jié)能改造技術(shù)，就要培養(yǎng)籌劃與設(shè)計(jì)的大局觀，保證被動(dòng)式技術(shù)可以成為建筑的主線。第一，冬季保溫。室內(nèi)溫度的提高與建筑物的散熱量密不可分，而建筑物的散熱量又取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、氣密性等方面。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)與保溫性能成正比，前者越小則后者越好，意味著從高溫流向低溫的熱量越少。第二，夏季隔熱。第三，可再生能源。由于人們環(huán)保意識(shí)的提高，可再生資源（如地源熱泵、太陽能等）的運(yùn)用愈發(fā)廣泛。目前，我國許多研究人員已經(jīng)投入到可再生資源與被動(dòng)房的研究當(dāng)中，具有相當(dāng)可觀的未來發(fā)展空間。

2.3 被動(dòng)式節(jié)能的實(shí)際改造

第一，屋頂?shù)母脑?。倒置式屋面、平改坡屋面、保溫防水屋面的重做，這三種是常見的屋頂改造方式。筆者在對(duì)比三者的施工簡易程度后認(rèn)為倒置式屋面的優(yōu)勢更大。通過防水保溫材料的重新鋪設(shè)替換曾經(jīng)的架空層不僅能夠降低結(jié)露現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率，還能夠延長防水層的壽命。除此之外，分析近幾年的被動(dòng)式超低能耗建筑的屋頂保溫材料可知，擠塑板的使用比例更高。

第二，外門窗的改造。雖然“三玻兩中空”擁有優(yōu)秀的性能，能夠滿足被動(dòng)式節(jié)能建筑對(duì)窗戶的需求，但由于其高昂的造價(jià)讓人望而卻步。為此，節(jié)能改造工作的目標(biāo)轉(zhuǎn)向了“外掛或內(nèi)嵌式”，在提高工作效率的同時(shí)，還不會(huì)對(duì)人們的日常造成影響。

第三，陽臺(tái)。部分老舊建筑物，其陽臺(tái)屬于懸挑結(jié)構(gòu)。為了解決該問題，筆者整理了兩種措施。方案一：拆除相應(yīng)的懸挑部位，然后改變外包材料，這種方法雖然降低了熱橋的出現(xiàn)概率，但是會(huì)縮小建筑內(nèi)部空間。方案二：利用砌體墻將陽臺(tái)封閉起來，既不會(huì)對(duì)建筑的內(nèi)部空間造成影響，還能夠?qū)崿F(xiàn)施工效率的進(jìn)一步提高。

第四，地下室與地平以下部位的改造。由于地下室很少作為采暖區(qū)域出現(xiàn)，因此時(shí)常受到人們的忽視。當(dāng)?shù)叵率也粚儆诓膳瘏^(qū)域時(shí)，可以將其與上層的采暖區(qū)隔離；而地下室頂板的保溫或隔熱能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。以被動(dòng)式為改造標(biāo)準(zhǔn)可知，地平以下部位的保溫措施通常只需做到凍土層以下。寒冷地區(qū)的凍土層，其厚度為1 m左右。

第五，氣密性的改造。既有建筑被動(dòng)式節(jié)能改造會(huì)減少采暖耗能，減少了散熱器采暖的應(yīng)用。即便如此，也要做好孔洞的預(yù)留，為風(fēng)機(jī)組與空調(diào)的后期安裝提供幫助。防水隔膜以及防水透氣膜作為密封系統(tǒng)的重要組成部分，能夠減少開洞所造成的麻煩。

3 結(jié)語

由于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，寒冷地區(qū)的建筑耗能呈現(xiàn)出了前所未有的上升趨勢。在這種大背景下，為了落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，高耗能建筑的改造已經(jīng)成為了核心任務(wù)。目前，我國寒冷地區(qū)既有建筑的數(shù)量眾多，擁有巨大的改造潛力。資源節(jié)約型社會(huì)的建立并不是一蹴而就的，需要研究者積極探索和不斷努力；筆者希望，本篇文章能夠?yàn)槲覈ㄖ袠I(yè)的未來發(fā)展提供幫助。