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苏北地区既有公共建筑围护结构节能改造研究
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内容提示：以某大院工程节能改造为研究对象,通过对外墙外保温体系和外墙内保温体系的研究分析,提出苏北地区既有公共建筑节能改造适宜选用外墙外保温体系;同时分别对屋面改造、外窗、遮阳改造、透明幕墙改造等进行分析研究,提出了适合本地区气候条件的围护结构节能改造的技术措施,为节能改造工程设计和施工提供了参考。
据推算，我国现有公共建筑面积约 45 亿 m2，约为城镇建筑总面积的 27%，约占城乡房屋建筑总面积的 10. 7%，但公共建筑能耗约占建筑总能耗的20% 。大型公共建筑耗电巨大，其中采用中央空调的大型商厦、办公楼、宾馆面积约为 5 亿 ～6 亿 m2。据调查，一般情况下，商场、写字楼的总能耗费用为70 ～200 元/(m2·a);政府机关公共建筑的能耗费用约为 100 元/(m2·a)。由于地区差别各部分能耗所占比例不同，但总能耗相差并不大。因此，开展既有公共建筑节能技术的研究，对于节能降耗具有重大战略意义。（参考《建筑中文网》）
1 苏北地区气候条件
苏北地处淮河流域，大部分地区属夏热冬冷地区，部分地区属于寒冷地区，因地理位置处于北方严寒地区与南方夏热冬暖地区中间，该地区气候欠佳，是世界上相同纬度下气候条件较差的地区。以徐州为例，该地区位于东经 116°22′ ～ 118°40′，北纬 33°43′ ～34°58′，为苏鲁豫皖四省接壤地区，年日平均气温低于 5 ℃的天数可达 97 d，为建筑采暖区。采暖期平均温度为16 ℃，夏季高于日平均气温 26 ℃的天数多达 49 d，持续时间长;冬夏相加共146 d，占全年天数的40%。由于气候条件较差 ，苏北地区既有公共建筑能耗十分巨大，对公共建筑进行节能改造势在必行。
2 苏北地区既有公共建筑节能改造思路
以某大院节能工程改造为例。首先，对建筑物外围护结构热工性能、采暖通风空调及生活热水供应系统、供配电与照明系统、监测与控制系统进行节能诊断。
根据建筑外围护结构热工性能按气候区和外围护结构类型，对下列内容进行选择性节能诊断:1)传热系数。2) 热工缺陷及热桥部位内表面温度。3)遮阳设施的综合遮阳系数。4)外围护结构的隔热性能。5)玻璃或其他透明材料的可见光透射比、遮阳系数。6)外窗、透明幕墙的气密性。7)房间气密性或建筑物整体气密性［1］。
2. 1 围护结构
根据节能诊断结果，对既有公共建筑围护结构节能改造主要采用高效保温节能措施，使屋面保温和外墙保温形成一个整体，避免产生“热桥”。
根据该工程节能诊断结果以及该建筑物的自身特点，选择采用适当的构造形式以及相应的改造技术。外墙保温节能改造结合装饰装修改造同时进行;屋面平改坡、隔热、架空以及采取种植屋面等，都与屋面防水修缮结合进行。
2. 1. 1 外墙保温改造
建筑物外墙传热面约占整个建筑物外围护结构总面积的66% ，通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑外围护结构总能耗损失的 48%。通常，减少外墙传热有两种方法:1)严格控制体型系数，以减少传热面积。2)增强外墙的保温、隔热性能［2］。
根据既有公共建筑特点，外墙保温节能改造可采用外墙外保温体系或外墙内保温体系。根据课题组研究成果，以徐州地区为例:冬夏季节温差较大，如采用外墙内保温基层墙体温差较大，基层墙体热胀冷缩变形较大，基层墙体的变形容易引起内保温墙面开裂。图 1 分别为建筑物南墙采用外墙外保温和外墙内保温的基层墙体，随环境温度变化，墙体内表面、保温层内表面、保温层外表面、墙体外表面的温度变化曲线。由图 1 可知，苏北地区既有公共建筑节能改造采用外墙外保温体系比较适宜。
a—外保温冬季南墙;b—外保温夏季南墙;c—内保温冬季南墙;d—内保温夏季南墙;▲—墙体内表面;○—保温层内表面;+—保温层外表面;△—墙体外表面;◇—环境温度;
图 1 墙体随环境温度变化曲线
Fig. 1 Thermal curves of walls changing
对徐州市市委北大院工程节能改造前，首先，处理了基层墙体，修复了裂缝、渗漏部位，填实了墙面缺损及孔洞部位，清理了表面油迹及疏松的砂浆，根据所选用的节能改造措施确定是否全部或部分剔除原外墙饰面材料。节能改造中一般采用的外墙保温节能技术有:
1)现场喷涂硬泡聚氨酯外保温系统。做法见图 2。现场喷涂硬泡聚氨酯外保温系统是在施工外墙面上喷涂设计要求厚度的聚氨酯，发泡固化后经修整，涂抹抹面砂浆和玻纤网布，再做外饰面。现场喷涂发泡成型优点:a. 不需要模具。任意复杂表面都可以喷涂。b. 生产效率高。c. 喷涂硬泡聚氨酯泡沫塑料无接缝，绝热效果好。d. 粘结强度高。
2)免拆模板浇注聚氨酯技术保温体系。浇注法施工聚氨酯硬泡外保温系统的构造层次一般包括:墙体基层界面剂、聚氨酯硬泡保温层、保温层界面剂和饰面层，轻质板可采用干挂法施工，做法如图3 所示。
浇注法施工聚氨酯硬泡外保温系统时应注意以下几点:
1)在墙体变形缝处聚氨酯硬泡保温层应设置分隔缝，缝隙内应以聚氨酯或其他高弹性密封材料封口。
2)聚氨酯硬泡保温层沿墙高宜每层留设水平分隔缝;纵向以不大于两个开间且不大于10 m 设竖向分隔缝。
3)应保证窗口部位聚氨酯硬泡与窗框的有效连接，窗上口及窗台下侧均应作槽式滴水线。
4)浇注法施工的聚氨酯硬泡保温层表面一般无需再进行找平层施工，但应做好饰面层施工的界面处理。例如刮涂界面剂等，以保证后续饰面层施工的可靠性。
2. 1. 2 屋面改造
屋面是热季太阳辐射最强烈的部位，屋顶的传热系数为发达国家的 4 倍 ～5 倍。隔热较差的屋面增加了制冷耗能，因此，屋面隔热和保温非常重要。而且屋面的渗漏也是一个难题，在实际的技术操作层面，需将屋面的节能改造同防水修缮结合起来做，既节能又防漏。屋面改造技术一般包括平改坡、架空屋面、屋面绿化等。
1)平改坡。利用通风散热原理提高屋顶的隔热性能，屋顶平改坡一般做法为:混凝土瓦 30 mm ×30 mm 挂瓦条，阻隔膜卷材满铺，顺水条 40 mm ×40 mm，间距 500 mm;防水卷材木条间放聚苯乙烯保温板，厚 20 mm 木望板、椽条、檩条;在坡屋面上做保温层，能有效地改善屋顶的隔热性能，是一个有效的节能改造措施。
2)在平屋面上增设架空隔热层。提高既有建筑屋面热阻是建筑节能的有效途径之一。对既有建筑屋顶进行改造 ，即在原有屋面结构层上结合防水要求，增设架空隔热层使其达到现行节能设计标准要求。架空屋面做法如图 4 所示。
3)根据屋面承载情况采用绿色种植屋面。研究证明，太阳光照射在绿色植物的叶子上平均约有60% 的太阳能消耗于蒸发水分，约有 30% 透过植物体，仅有 2%用于光合作用和制造大量的生物能，其余 8%被叶子反射回大气中。采用绿色种植屋面可以有效地降低屋面耗能，调节空气湿度。种植屋面做法见图 5［3］。
2. 1. 3 外门窗、遮阳改造
外窗改造时，可以采用只换窗扇、换整窗或另外增加一层窗的方法，满足外窗的热工性能要求;加窗时，应避免层间结露;可以采用更换低辐射中空玻璃，或在原有玻璃内表面贴膜的措施，也可增设可调节百叶遮阳或遮阳卷帘。
外窗改造更换外框时，可选择断桥铝合金，或其他传热系数小的窗框型材;更换外窗时，宜优先选择可开启面积大的外窗。除超高层外，外窗的可开启面积尽可能大;更换外窗时，窗框与墙体之间应采取合理的保温密封构造，应采用发泡聚氨酯填充，不应采用普通水泥砂浆补缝。
入口门采用双重玻璃门避免出入口直接对外，或采用红外线自动玻璃门等措施以减少出入口的能量流失。
外窗或透明幕墙的遮阳设施进行改造时，宜采用外遮阳措施。外遮阳按使用方法可以分为活动式和固定式。
1)活动式遮阳。活动式遮阳可根据季节、时间和室外天气的变化情况，通过人工、机械甚至智能化手段来控制调节遮阳板的开合角度，以达到控制太阳辐射进入室内的比例。a. 水平遮阳。一般适用于南向及南稍偏东西方向的窗户及玻璃幕墙，水平遮阳板、水平百叶和遮阳蓬在太阳高度角较大时，能达到较好的效果。b. 竖直遮阳。一般适用于东西向的窗户及玻璃幕墙，垂直遮阳板、垂直百叶主要依据太阳方位角的变化有效地遮挡太阳高度角很低的光线。c. 综合式遮阳。水平和垂直方向组合的综合式遮阳能有效遮挡太阳高度角较中等的、从玻璃前射下来的阳光，这样效果比较均匀，一般适用于东南或西南向的窗户及玻璃幕墙。
1 苏北地区气候条件
苏北地处淮河流域，大部分地区属夏热冬冷地区，部分地区属于寒冷地区，因地理位置处于北方严寒地区与南方夏热冬暖地区中间，该地区气候欠佳，是世界上相同纬度下气候条件较差的地区。以徐州为例，该地区位于东经 116°22′ ～ 118°40′，北纬 33°43′ ～34°58′，为苏鲁豫皖四省接壤地区，年日平均气温低于 5 ℃的天数可达 97 d，为建筑采暖区。采暖期平均温度为16 ℃，夏季高于日平均气温 26 ℃的天数多达 49 d，持续时间长;冬夏相加共146 d，占全年天数的40%。由于气候条件较差 ，苏北地区既有公共建筑能耗十分巨大，对公共建筑进行节能改造势在必行。
2 苏北地区既有公共建筑节能改造思路
以某大院节能工程改造为例。首先，对建筑物外围护结构热工性能、采暖通风空调及生活热水供应系统、供配电与照明系统、监测与控制系统进行节能诊断。
根据建筑外围护结构热工性能按气候区和外围护结构类型，对下列内容进行选择性节能诊断:1)传热系数。2) 热工缺陷及热桥部位内表面温度。3)遮阳设施的综合遮阳系数。4)外围护结构的隔热性能。5)玻璃或其他透明材料的可见光透射比、遮阳系数。6)外窗、透明幕墙的气密性。7)房间气密性或建筑物整体气密性［1］。
2. 1 围护结构
根据节能诊断结果，对既有公共建筑围护结构节能改造主要采用高效保温节能措施，使屋面保温和外墙保温形成一个整体，避免产生“热桥”。
根据该工程节能诊断结果以及该建筑物的自身特点，选择采用适当的构造形式以及相应的改造技术。外墙保温节能改造结合装饰装修改造同时进行;屋面平改坡、隔热、架空以及采取种植屋面等，都与屋面防水修缮结合进行。
2. 1. 1 外墙保温改造
建筑物外墙传热面约占整个建筑物外围护结构总面积的66% ，通过外墙传热所造成的能耗损失约占建筑外围护结构总能耗损失的 48%。通常，减少外墙传热有两种方法:1)严格控制体型系数，以减少传热面积。2)增强外墙的保温、隔热性能［2］。
根据既有公共建筑特点，外墙保温节能改造可采用外墙外保温体系或外墙内保温体系。根据课题组研究成果，以徐州地区为例:冬夏季节温差较大，如采用外墙内保温基层墙体温差较大，基层墙体热胀冷缩变形较大，基层墙体的变形容易引起内保温墙面开裂。图 1 分别为建筑物南墙采用外墙外保温和外墙内保温的基层墙体，随环境温度变化，墙体内表面、保温层内表面、保温层外表面、墙体外表面的温度变化曲线。由图 1 可知，苏北地区既有公共建筑节能改造采用外墙外保温体系比较适宜。
a—外保温冬季南墙;b—外保温夏季南墙;c—内保温冬季南墙;d—内保温夏季南墙;▲—墙体内表面;○—保温层内表面;+—保温层外表面;△—墙体外表面;◇—环境温度;
图 1 墙体随环境温度变化曲线
Fig. 1 Thermal curves of walls changing
对徐州市市委北大院工程节能改造前，首先，处理了基层墙体，修复了裂缝、渗漏部位，填实了墙面缺损及孔洞部位，清理了表面油迹及疏松的砂浆，根据所选用的节能改造措施确定是否全部或部分剔除原外墙饰面材料。节能改造中一般采用的外墙保温节能技术有:
1)现场喷涂硬泡聚氨酯外保温系统。做法见图 2。现场喷涂硬泡聚氨酯外保温系统是在施工外墙面上喷涂设计要求厚度的聚氨酯，发泡固化后经修整，涂抹抹面砂浆和玻纤网布，再做外饰面。现场喷涂发泡成型优点:a. 不需要模具。任意复杂表面都可以喷涂。b. 生产效率高。c. 喷涂硬泡聚氨酯泡沫塑料无接缝，绝热效果好。d. 粘结强度高。
2)免拆模板浇注聚氨酯技术保温体系。浇注法施工聚氨酯硬泡外保温系统的构造层次一般包括:墙体基层界面剂、聚氨酯硬泡保温层、保温层界面剂和饰面层，轻质板可采用干挂法施工，做法如图3 所示。
浇注法施工聚氨酯硬泡外保温系统时应注意以下几点:
1)在墙体变形缝处聚氨酯硬泡保温层应设置分隔缝，缝隙内应以聚氨酯或其他高弹性密封材料封口。
2)聚氨酯硬泡保温层沿墙高宜每层留设水平分隔缝;纵向以不大于两个开间且不大于10 m 设竖向分隔缝。
3)应保证窗口部位聚氨酯硬泡与窗框的有效连接，窗上口及窗台下侧均应作槽式滴水线。
4)浇注法施工的聚氨酯硬泡保温层表面一般无需再进行找平层施工，但应做好饰面层施工的界面处理。例如刮涂界面剂等，以保证后续饰面层施工的可靠性。
2. 1. 2 屋面改造
屋面是热季太阳辐射最强烈的部位，屋顶的传热系数为发达国家的 4 倍 ～5 倍。隔热较差的屋面增加了制冷耗能，因此，屋面隔热和保温非常重要。而且屋面的渗漏也是一个难题，在实际的技术操作层面，需将屋面的节能改造同防水修缮结合起来做，既节能又防漏。屋面改造技术一般包括平改坡、架空屋面、屋面绿化等。
1)平改坡。利用通风散热原理提高屋顶的隔热性能，屋顶平改坡一般做法为:混凝土瓦 30 mm ×30 mm 挂瓦条，阻隔膜卷材满铺，顺水条 40 mm ×40 mm，间距 500 mm;防水卷材木条间放聚苯乙烯保温板，厚 20 mm 木望板、椽条、檩条;在坡屋面上做保温层，能有效地改善屋顶的隔热性能，是一个有效的节能改造措施。
2)在平屋面上增设架空隔热层。提高既有建筑屋面热阻是建筑节能的有效途径之一。对既有建筑屋顶进行改造 ，即在原有屋面结构层上结合防水要求，增设架空隔热层使其达到现行节能设计标准要求。架空屋面做法如图 4 所示。
3)根据屋面承载情况采用绿色种植屋面。研究证明，太阳光照射在绿色植物的叶子上平均约有60% 的太阳能消耗于蒸发水分，约有 30% 透过植物体，仅有 2%用于光合作用和制造大量的生物能，其余 8%被叶子反射回大气中。采用绿色种植屋面可以有效地降低屋面耗能，调节空气湿度。种植屋面做法见图 5［3］。
2. 1. 3 外门窗、遮阳改造
外窗改造时，可以采用只换窗扇、换整窗或另外增加一层窗的方法，满足外窗的热工性能要求;加窗时，应避免层间结露;可以采用更换低辐射中空玻璃，或在原有玻璃内表面贴膜的措施，也可增设可调节百叶遮阳或遮阳卷帘。
外窗改造更换外框时，可选择断桥铝合金，或其他传热系数小的窗框型材;更换外窗时，宜优先选择可开启面积大的外窗。除超高层外，外窗的可开启面积尽可能大;更换外窗时，窗框与墙体之间应采取合理的保温密封构造，应采用发泡聚氨酯填充，不应采用普通水泥砂浆补缝。
入口门采用双重玻璃门避免出入口直接对外，或采用红外线自动玻璃门等措施以减少出入口的能量流失。
外窗或透明幕墙的遮阳设施进行改造时，宜采用外遮阳措施。外遮阳按使用方法可以分为活动式和固定式。
1)活动式遮阳。活动式遮阳可根据季节、时间和室外天气的变化情况，通过人工、机械甚至智能化手段来控制调节遮阳板的开合角度，以达到控制太阳辐射进入室内的比例。a. 水平遮阳。一般适用于南向及南稍偏东西方向的窗户及玻璃幕墙，水平遮阳板、水平百叶和遮阳蓬在太阳高度角较大时，能达到较好的效果。b. 竖直遮阳。一般适用于东西向的窗户及玻璃幕墙，垂直遮阳板、垂直百叶主要依据太阳方位角的变化有效地遮挡太阳高度角很低的光线。c. 综合式遮阳。水平和垂直方向组合的综合式遮阳能有效遮挡太阳高度角较中等的、从玻璃前射下来的阳光，这样效果比较均匀，一般适用于东南或西南向的窗户及玻璃幕墙。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201104/14865.htm
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