2018年,淄博市入选第二批北方地区清洁取暖试点城市,全力推进城区建筑能效提升工作。为减少大气污染物排放,有效保障和改善民生,淄博市从城区建筑现状出发,甄选具有改造价值的住宅建筑,制定可行的节能改造方案,三年总计完成改造面积共计352万 ㎡。通过张店区某小区、临淄区金山镇某社区建筑能效提升项目,详细的介绍淄博市城区建筑能效提升工作的工作思路、实施过程、技术措施及改造结果,探索城区建筑更节能、更经济、更舒适的改造方式,为北方地区城区建筑能效提升工作提供借鉴。
既有建筑节约能源改造是减少建筑能耗、巩固和推进北方地区清洁取暖工作整体成效的重要措施。我国能源消耗总量中,建筑能耗所占比例接近1/3[1-3],且存量建筑面积大。随着城市化进程的发展,城区既有建筑节约能源改造已成为减少建筑碳排放的重要举措之一[4-6]。2021年10月24日,国务院出台《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》(国发〔2021〕23号),该文件提出“加快提升建筑能效水平,推进居住建筑和公共建筑节约能源改造,持续推动老旧供热管网等市政基础设施节能降碳改造”[7],指导建筑领域加快更新建筑节能标准,提高节能降碳要求,为降碳工作的发展提供支撑。
作为第二批北方地区冬季清洁取暖试点城市,淄博市为巩固清洁取暖改造成效,保证该系统长效运行,从根本上解决冬季采暖能耗大的问题,制定了共计352万㎡的城区建筑能效提升面积且改造后建筑能效提升30%以上的任务目标。在三年实施期间,淄博市采取增加外墙保温、更换门窗等措施,改善城区建筑围护结构热工性能,提高建筑居住舒适度,圆满完成计划目标,并通过了终期考核。城区建筑能效提升工作是冬季清洁取暖工作不可分割的一部分,对于加快节能减排、防治大气污染、促进经济与社会可持续发展具有十分重要的意义。
笔者通过调研淄博市城区建筑能效提升工作开展情况,结合典型改造案例,详细的介绍淄博市城区建筑能效提升的改造方案、技术措施、改造成果和保障措施,探索经济高效的城区建筑能效提升改造方式,为今后实施城区建筑节能改造提供参考。
淄博市于2018年对全市居住建筑进行摸底调研,了解到城区居住建筑大多在1990—2010年之间建成,建筑结构及形式为砖砌结构或砖混结构,基本建筑材料为砖、砂浆、钢筋、混凝土。由于当时建筑节能设计标准未普及,多数小区未开展节能设计,因此建筑能耗大,加之年久失修,都会存在墙面破损、供热管网老化、基础设施陈旧等现象。此类老旧小区均为多层住宅,层数为3~8层不等,屋面为坡屋面或平屋面,外墙除抹灰外无保温处理。外窗为单玻铝合金推拉窗,楼梯单元门为自动关闭单元门,存在楼梯间部分门窗破损锈蚀老化、窗户透明部分封闭不全的现象。这类老旧小区的建筑立面不美观,冷风渗透严重,供热损耗大,导致居民居住不舒适,供暖投诉频繁,因此,城区建筑能效提升主要是针对具备上述特征的多层居住建筑。
淄博市在进行建筑节约能源改造时,注重与城区热源侧燃煤机组超低排放改造相结合,同步降低冬季采暖能耗。淄博市住房和城乡建设局组织专家组,对城区节约能源改造的建筑进行调研,着重关注住宅围护结构薄弱部位,与住户交流意见,经数次商讨,最终确定城区建筑节能改造重点为以提升建筑外墙、屋面、门窗等围护结构的热工性能和建筑的气密性能为主,并根据JD 14—011—2008《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》,制定城区建筑节能改造技术指导方案,如表1所示。
淄博市可纳入改造实施的项目的范围为:2007年10月1日之前完工,未达到建筑节能规定要求,抗震、结构、防火安全符合标准要求,能确保安全使用20 a以上且未列入近期拆迁计划的城区建筑。由乡政街道办事处收集和筛选满足立项标准的拟申报项目,县级主管部门对申报项目的基本情况和提升内容做核实,同时对符合标准要求的项目予以立项,以此作为项目奖补资金拨付和验收的依据。立项后的城区建筑能效提升工作由县级单位自行组织实施,统筹制定实施方案、组织项目招投标、签订施工合同、组织项目验收等工作,其中也有部分县级单位根据工作真实的情况,将任务分配到乡镇街 道办事处,由其组织实施具体工作。
项目实施的参与方一般由建筑设计企业(县级单位或乡镇街道办事处主管部门担任)、实施工程单位、设计单位和监理单位组成。项目实施过程中,设计单位实地勘察需改造的 建筑,确定具体改造方案,出具节能计算书,向实施主体单位提供图纸,对施工全套工艺流程中的各项变更进行设计补充;实施工程单位制定实施工程的方案并组织施工的同时,明确质量保障措施、实施工程技术保障措施、安全施工措施等;监理单位负责计划管理、质量控制、计量与支付等内容。
施工完成后,建筑设计企业组织实施工程单位、设计单位、监理单位或专家组进行项目验收,并向县级或乡镇街道办事处主管部门提交验收材料。淄博市对验收合格的项目进行抽 查,抽查比例不低于20%。项目完成时应提交的验收材料包含项目基本概况(工程位置、建筑面积、围护结构及形式、采 暖系统形式、改造前能耗情况等)、项目招投标手续、项目施工合同、竣工工程量(面积和户数)、项目实施单位验收材料、保温材料认定证书、项目实施方案及技术要点、项目管理情况(工程管理、质量管理、资金管理等)、施工图纸及节能量计算书、现场施工照片、冬季工况下室内温度情况 (室内温湿度照片)、节能检测报告、市级抽查项目专家整改意见及整改情况。
张店区某小区住宅楼建于2003年,建筑面积为3118㎡,地上五层,地下一层,建筑高度为14 m,地下一层高2.8 m,为砖混结构。其建设时依据的节能规范为JGJ 26—1995《民用建筑节能设计标准》,实际建成后采暖能耗大、热环境质量差。
项目团队对建筑的外墙、屋面、外窗热工参数进行现场 测试,并依据DB37/ 5026—2014《山东省居住建筑节能设计标准》计算建筑耗热量。改造前建筑整体耗热量如表2所示。
经计算,住宅楼换气体积为4365.20 m³,换气耗热量为4.17 W/㎡,供暖期室外平均温度的取值为1.5 ℃,室内温度取18 ℃,得出耗热量指标为44.21 W/㎡。按照JD 14— 011—2008《山东省既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则》中建筑围护结构各部位是不是应进行节能改造的判定原则,发现此住宅楼外墙的传热系数>1.7 W/(㎡·K),不满足规定的要求;屋面的传热系数>1 W/(㎡·K),不满足规定的要求;外窗传热系数为4.7 W/(㎡·K),热工性能指标达到节能要求。
项目团队按照淄博市的城区建筑节能改造技术指导方案对改造部位采取节能措施后,各部位耗热量指标及节能率如表3所示。
根据表3可知,外墙分别增加30 mm、50 mm、70 mm 石墨聚苯板后,与改造前相比,建筑耗热量分别降低19.80%、23.10%、28.70%;屋面和首层地面(地下室顶 板)分别增加20 mm、30 mm、50 mm石墨聚苯板后,耗热量分别降低6.00%、7.10%、8.50%;楼板增加20 mm、30 mm、50 mm岩棉后,耗热量分别降低9.70%、11.50%、13.30%。由于外墙耗热量对节能率影响较大, 且能达到改善建筑外观的效果,因此优先对外墙进行节能改造,按照改造后节能率高于30%的要求,结合别的部位形成可选方案。项目团队通过广泛调研多个材料、设备厂家和供应商,得到改造工程所需材料、人工、设备等成本区间。计算不同可选方案的经济性,确定最终改造方案,如表4所示。
对比分析,综合考虑成本指标,最终确定改造方案为四面外墙均增加30 mm石墨聚苯板,楼板增加30 mm岩棉。施工完成后,建筑设计企业组织实施工程单位、设计单位、监理 单位或专家组进行项目验收。
项目位于淄博市临淄区金山镇某社区,于1990年建成,建筑面积为56.11万 ㎡ 。原建筑为240 mm的普通砖结构,外窗为单玻铝合金推拉窗,屋面为平屋面。2019年起,项目团队对其开展建筑能效提升工作。
项目改造前,设计单位对建筑围护结构可以进行勘查、检测,确定屋顶、四面外墙、外窗、采暖与非采暖户墙、不采暖楼梯间户门、分户墙、分户楼板的构造,得到改造前建筑单位面积耗热量指标为45.86W/㎡,并按3.1.3中的方法确定最终改造方案,如表5所示。
外墙保温在一层最底部自室内地坪标高处向上做起。室内地坪标高以下部分,不做外墙保温,只将空鼓部分及破损部分清洗整理干净,并采用1∶2水泥砂浆找平,接着进行外墙粉刷。根据模塑板的规格尺寸,在大墙面及山墙上排列粘贴模塑板,保证苯板接头位置错开,长度不小于板长的1/2。粘贴模塑板采用点贴和条贴相结合的方法,按顺砌方式,自上而下沿水平线粘贴,从门窗洞口周边开始,需切割的板块放 在中间,上下两层错缝,阴阳角处交错互锁,并保证阴阳角的垂直度和平整度。外窗提升改造需考虑安全、节能、隔声、通风、采光等性能要求,增加的外窗传热系数≤4.7W/(㎡·K),推拉窗的密封毛条应采用抗紫外线稳定和经硅化处理的平板加片型,窗框与墙体之间的缝隙采用高效保温材料填充,并用密封膏嵌缝,以提髙窗户的密封性。
改造后建筑单位面积耗热量为31.95 W/㎡,外墙传热 系数为0.68 W/(㎡·K)。房屋在换气体积为5432 m³时,建 筑换气次数为0.51次/h-1。改造前,住宅楼的冬季室内环境和温度为20 ℃左右,改造后为23~25 ℃。改造完成后,建筑外墙的美观度得到非常明显提升。淄博市组织实施单位和专家成立验收组后,认为临淄区金山镇某社区建筑节约能源改造后标准档次高、内容齐全、整体状况良好,达到省级验收要求。
张店区某小区住宅楼、临淄区金山镇某社区在进行能效提升工程后,供暖能耗降低,解决了冬季采暖能耗大的问题,保障了项目的长效运行,社区居民满意度较高,达到了建筑节约能源改造的目的。案例分析结果如下。
(1)张店区某小区住宅楼改造时采取外墙增加30 mm石墨聚苯板、楼板增加30 mm岩棉的技术措施,改造后能效提升幅度为31.3%。
(2)临淄区金山镇某社区改造时外墙面采用40 mm聚苯板、外窗加装一樘单玻推拉窗,改造后单位面积耗热量较改造前降低13.91 W/㎡,对建筑进行气密性测试,得出换气体积为5 432 m³时,建筑换气次数为0.51次/h-1。
(3)通过测试改造前后室内环境和温度,发现城区建筑能效提升项目节约能源的效果明显,在冬季采暖条件下,改造后居民室内环境和温度提升3~5 ℃,室内居住环境舒适度显著提升。
(4)分析淄博市组织管理方法及建筑节能改造方法,,得出淄博市城区建筑能效提升的改造流程,如图1所示。
城区建筑能效提升工作实施以来,淄博市共计开展城区建筑能效提升面积为352万㎡,圆满完成改造任务。实施城区建筑能效提升工作,一方面降低了建筑的供暖需求量,保障了冬季室内温度和热舒适度,人们的居住满意度持续上升;另一方面,建筑能效提升工作完善了建筑功能,改善了居民的生活环境。笔者通过对淄博市城区建筑进行调研,详细的介绍了建筑能效提升项目的改造方案、改造过程、技术措施及改造结果,为今后探索经济高效的城区建筑改造方式提供了参考,从而促进城区建筑能效提升工作更加科学、合理。
[1]刘麟德.我国建筑能耗现状、节能减排规划设计及可再次生产的能源利用[J].水电站设计,2009,25(4):107-112,118.
[4] 窦晗天,田林.河北省白洋淀地区民居建筑围护结构特征及节能改 造研究[J].建筑节能(中英文),2021,49(2):112-118.
吕梦一,硕士研究生,工程师,主要研究方向为建筑节能技术探讨研究,现供职于建科环能科技有限公司。
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