武漢居住建筑不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析4.30節(jié)能辦.doc

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武漢居住建筑節(jié)能改造技術(shù)路線的討論 2012年武漢市建筑節(jié)能辦資助項(xiàng)目 李玉云1,彭波2，胡貴華1,陳桂營(yíng)3,楊運(yùn)國(guó)3，劉曉芳2，謝華2，湯淼2，彭力2 (1.武漢科技大學(xué) 城市與建設(shè)學(xué)院，武漢430070;2.武漢市建筑節(jié)能辦 3.湖北中城科綠色建筑研究院 ，武漢430022) [摘 要]論文給出了武漢市既有居住建筑的建筑信息及能耗現(xiàn)狀。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、測(cè)試與診斷，并運(yùn)用Dest-h能耗模擬軟件對(duì)遴選的典型既有建筑能耗模擬，分析了外窗、外墻、屋面保溫隔熱的改造技術(shù)及節(jié)能潛力。根據(jù)當(dāng)前保溫隔熱材料的產(chǎn)品價(jià)格及湖北省相關(guān)造價(jià)定額，比選了武漢市居住建筑節(jié)能低、中、高三個(gè)層次改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案，得出了適宜武漢市居住建筑改造方案。 [關(guān)鍵詞] 既有居住建筑；節(jié)能改造；經(jīng)濟(jì)性 根據(jù)《國(guó)務(wù)院印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》，我省首批既有居住建筑節(jié)能改造的工作任務(wù)100萬㎡，武漢市2013年改造任務(wù)43萬㎡。我國(guó)北方已有居住建筑節(jié)能改造的典型案例[1]，但武漢是夏熱冬冷地區(qū)，氣候、文化、經(jīng)濟(jì)等與北方不同。為實(shí)施武漢居住建筑節(jié)能改造，需討論武漢居住建筑節(jié)能改造的技術(shù)路線，節(jié)能改造技術(shù)路線一般宜為：既有居住建筑的基本信息調(diào)研→節(jié)能診斷→節(jié)能改造技術(shù)途徑→技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析→節(jié)能改造方案的評(píng)判→驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。下面分別討論。 1 武漢既有居住建筑現(xiàn)狀 1.既有居住建筑 圖1 武漢市不同年代居住建筑面積統(tǒng)計(jì) 根據(jù)武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒，截至2012年，武漢市城區(qū)既有總建筑面積22948.94萬㎡，其中住宅建筑面積14825.09萬㎡，占總建筑面積的64.60%，人均住宅面積為32.25㎡。武漢市城區(qū)各年代的居住建筑面積統(tǒng)計(jì)見圖1。從圖中可知，武漢市1984年以前的居住建筑占19.06 %，1985～1989年占8.51%，1990～1999年占12.22%，2001～2005年占27.96%，2005～2011年占32.25%，居住建筑逐年平均增長(zhǎng)率為6.47%。80 年代至90年代初建造的多為磚混結(jié)構(gòu)，90 年代末建造的住宅多為鋼混結(jié)構(gòu)。80年代的城區(qū)住宅以多層為主，90年代開始以小高層建筑為主，高層住宅的數(shù)量相對(duì)較少，非中心城區(qū)住宅則以低層為主。低層占86.60%，多層為12%，小高層0.85%，高層僅0.35%。 2.室內(nèi)熱環(huán)境 居民對(duì)夏季的住宅內(nèi)部的悶熱情況反響較大，降溫用空調(diào)的開放時(shí)間也比較長(zhǎng)；冬季用戶普遍覺得陰冷潮濕，有一半以上的住宅居民對(duì)室內(nèi)環(huán)境不是很滿意。通過對(duì)典型建筑夏季的測(cè)試發(fā)現(xiàn)：典型建筑夏季屋頂外表面溫度升降幅度最大，最高時(shí)能達(dá)到 60℃以上，西墻外表面溫度最高值達(dá)到 40℃以上，西外窗玻璃的溫度可達(dá)60度以上。測(cè)試房間室內(nèi)各表面溫度由大到小依次為屋頂內(nèi)表面＞西墻內(nèi)表面＞東墻內(nèi)表面＞南墻內(nèi)表面＞室內(nèi)溫度。 3.既有居住建筑能耗現(xiàn)狀 2008年對(duì)武漢市對(duì)既有居住建筑的用能情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)，單位建筑面積電耗指標(biāo)為16.40 (kWh/㎡)。單位建筑面積綜合能耗指標(biāo)為4.26Kgce /（㎡?a）（按當(dāng)量值折算）。2010年對(duì)近240棟既有居住建筑 進(jìn)行能耗抽查統(tǒng)計(jì)，單位建筑面積電耗指標(biāo)為26.0 kWh/(㎡?a)；2013年對(duì)將近500棟居住建筑進(jìn)行能耗調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得到的單位建筑面積電耗指標(biāo)增長(zhǎng)到47.7kWh/(㎡?a)。 表1 2013年住宅能耗現(xiàn)行值 建筑功能 單位建筑面積能耗限額現(xiàn)行值(m2?a) 人均能耗限額現(xiàn)行值(人?a) 戶均能耗限額現(xiàn)行值(戶?a) 綜合能耗 kgce 電耗 kWh 綜合能耗 kgce 電耗 kWh 綜合能耗 kgce 電耗 kWh 住宅 9.07 46.20 366.10 1864.17 1171.04 5963.83 住宅 普通 90m2以下 8.99 35.26 223.37 872.13 652.56 2571.27 90m2及以上 6.00 26.75 231.07 1030.81 766.30 3417.96 高檔 10.80 58.84 496.25 2704.46 1587.98 8654.27 4.既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 根據(jù)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及查閱圖紙，上世紀(jì)80、90年代武漢地區(qū)典型既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及熱工參數(shù)如下所述。 （1）外墻。外墻結(jié)構(gòu)以磚混、框架為主,異形柱框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)較少。磚混建筑外墻以240mm厚的磚墻為主，無內(nèi)外保溫隔熱層，其主體部分的傳熱系數(shù)約為2.0 W/（㎡K）（實(shí)心粘土磚墻）與1.62 W/（㎡K）（KP1磚墻），與混凝土抗震構(gòu)造柱和圈梁等熱橋按面積加權(quán)計(jì)算的平均傳熱系數(shù)分別為2.32 W/（㎡K）、2.12 W/（㎡K）；框架和異形柱框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的外填充墻，主要采用200mm厚加氣混凝土砌塊、190mm厚水泥爐渣空心砌塊及粘土空心磚砌體。加氣混凝土砌塊(200mm)墻、水泥爐渣空心砌塊(190mm)墻主體部分傳熱系數(shù)分別為1.1 W/（㎡K）、2.36 W/（㎡K），但綜合混凝土框架等熱橋部位在內(nèi)的平均傳熱系數(shù)約為1.86 W/（㎡K）、2.68 W/（㎡K）。異形柱框架和剪力墻結(jié)構(gòu)建筑外墻的平均傳熱系數(shù)則大于240mm磚墻，剪力墻結(jié)構(gòu)建筑外墻以180mm厚的鋼筋混凝土為主，其傳熱系數(shù)約為3.27W/（㎡K），其熱工性能較差 。 （2）屋面。屋面以平屋面為主, 以120mm厚預(yù)制空心板為結(jié)構(gòu)層,屋面的做法主要有僅有隔熱層或僅有保溫層的屋面。保溫層以現(xiàn)澆水泥珍珠巖和100mm厚加氣混凝土砌塊為主，各種屋面的傳熱系數(shù)一般在2.1 W/（㎡K）以上和1.0 W/（㎡K）左右。 （3）外窗。外窗以單框單玻木窗、鋼窗和鋁合金窗為主，其傳熱系數(shù)約為4.7～6.7 W/（㎡K），氣密性很差，單腔單玻推拉塑料窗應(yīng)用并不普遍，到2005年以后武漢市新建住宅建筑才開始采用塑料單腔玻璃窗。窗墻比一般在0.18～0.40范圍內(nèi)。表2為80年代典型武漢住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 表2 80年代典型武漢住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成 傳熱系數(shù)W/(m2 K) 外墻 水泥砂漿20mm+粘土磚砌體240mm+抹灰砂漿層20mm 2.35 屋面 預(yù)制圓孔板120mm+水泥爐渣找坡層70mm+水泥砂漿20mm 2.69 樓板 預(yù)制圓孔板120mm+水泥砂漿20mm 2.845 挑空樓板 預(yù)制圓孔板120mm+水泥砂漿20mm 3.58 外窗 單層玻璃 鋼腹窗 SC=0.74 6.60 換氣次數(shù) 1.6次/小時(shí) （按實(shí)心型材窗氣密性等級(jí)求得） - 5.居住建筑改造面臨的問題 武漢市既有居住建筑中，不節(jié)能居住建筑占了絕大多數(shù)，若整體改造，不僅規(guī)模、投資巨大，且居住建筑的設(shè)計(jì)使用年限一般為50年，從改造經(jīng)濟(jì)效益角度而言，在建筑全壽命周期內(nèi)能否完成改造成本的回收也是應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素。其次,居民對(duì)住宅節(jié)能改造不了解，一部分居民對(duì)節(jié)能改造是持支持態(tài)度的，只是對(duì)改造費(fèi)用的負(fù)擔(dān)方存在疑慮，也有相當(dāng)一部分居民對(duì)既有住宅節(jié)能改造持反對(duì)意見。 2既有居住建筑節(jié)能診斷 根據(jù)所調(diào)研的信息，既有居住建筑面臨改造的內(nèi)容有建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)、用能設(shè)備及室外環(huán)境。圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外窗、遮陽、外墻、屋面以及架空樓板等；建筑物用能設(shè)備包括空調(diào)供暖設(shè)備（或空調(diào)供暖系統(tǒng)）、照明系統(tǒng)以及熱水系統(tǒng)等；室外環(huán)境主要指小區(qū)的生態(tài)環(huán)境。居住建筑的空調(diào)供暖能耗與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空調(diào)供暖系統(tǒng)（或設(shè)備）有關(guān)，建筑物的用能系統(tǒng)選擇主要取決于用戶，因此，論文主要討論圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造的技術(shù)方案與經(jīng)濟(jì)性。其方法是選取典型案例，采用模擬法，結(jié)合建筑實(shí)際狀態(tài)，診斷居住建筑的節(jié)能潛力，探討既有居住建筑改造方案。 2.2典型住宅模型 1.住宅模型基本信息 圖2是武漢某小區(qū)住宅樓的標(biāo)準(zhǔn)層。該棟建筑有3單元，第一層為架空層，層高3m，2～8層為居住部分，層高2.9m。住宅朝向?yàn)槟掀?2○，體形系數(shù)0.31，窗墻比東、西向?yàn)?.017，南向?yàn)?.33，北向?yàn)?.20，總建筑面積8104㎡，其中空調(diào)采暖面積4311.48㎡。該住宅功能包括臥室、客廳、廚房、樓梯間、衛(wèi)生間等。每戶面積108㎡，三室一廳。 2. 模擬參數(shù)設(shè)置 模擬軟件采用清華大學(xué)研發(fā)DesT-h。不節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置依據(jù)表2，節(jié)能建筑的參數(shù)設(shè)置分別依據(jù) 《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 134-2010 [2]、《低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB42/T559-2013[3]?？照{(diào)房間室內(nèi)溫度，冬季18oC,夏季為26 oC；室內(nèi)照明得熱按每平方米每天0.0141KWh取值, 其他室內(nèi)設(shè)備得熱、人員得熱的平均強(qiáng)度為4.3W/㎡；⑤不節(jié)能建筑的換氣次數(shù)為1.6次h-1，節(jié)能建筑的換氣參數(shù)為1.0次h-1；采用間歇空調(diào)供暖模式，即空調(diào)采暖日運(yùn)行時(shí)間與室內(nèi)人員同步；采暖期為12月1日至次年3月1 日，空調(diào)期為5月15日至9月12日[4]。 3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造效果 （1）外墻保溫隔熱改造。在空調(diào)、供暖能效比不變的條件下，外墻保溫與空調(diào)供暖能耗的關(guān)系如圖2所示。從圖2中可知，當(dāng)建筑外墻傳熱系數(shù)K值由2.35降到0.5W/(㎡K)時(shí)，全年的節(jié)能率為2.47%～13.29%，其中制冷季節(jié)能率0.81%～3.57%，供暖季節(jié)能率3.86%～21.44%。外墻隔熱與空調(diào)供暖能耗的關(guān)系見圖3。從圖3中可知，當(dāng)外墻外表面太陽輻射吸收系數(shù)ρ值從0.98（光學(xué)鏡面黑色涂料飾面）變化到0.2（白色噴漆飾面）時(shí)，空調(diào)供暖的節(jié)能率為-1.43%～2.35%，其中夏季制冷節(jié)能率隨著外墻外表面的太陽輻射吸收系數(shù)的減小而不斷增加，供暖季節(jié)能率則是隨ρ值的減小而不斷降低。外墻隔熱性能的改造對(duì)建筑夏季制冷的能耗影響效果比較顯著，建筑節(jié)能率最高可達(dá)10.63%；總體來說，建筑的節(jié)能率是隨著太陽輻射吸收系數(shù)的減小而逐漸增加的，當(dāng)太陽輻射吸收系數(shù)由0.7（水泥砂漿飾面）減小到0.2時(shí)，建筑全年的空調(diào)供暖節(jié)能率從0.23%增長(zhǎng)到2.35%。 （2）屋面保溫隔熱改造。屋面保溫隔熱與建筑能耗的關(guān)系分別見圖4、圖5。當(dāng)屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K值從2.0降到0.3W/(㎡K)時(shí)，建筑全年的空調(diào)供暖節(jié)能率為0.82%～3.34%，其中制冷空調(diào)季節(jié)能率為0.62%～2.48%，供暖季節(jié)能率為0.98%～4.06%。由于該建筑模型層數(shù)為8層，屋面面積相對(duì)較小，僅占外墻面積的1/3左右，故對(duì)整棟建筑的空調(diào)供暖能耗影響較小。但頂層房間的節(jié)能率4.15%～17.72%，其中制冷季節(jié)能率為4.11%～17.21%，供暖季的節(jié)能率為4.18%～18.12%，屋面節(jié)能改造的效果還是可行的。 圖2 傳熱系數(shù)改造對(duì)建筑能耗的影響 圖3 太陽輻射吸收系數(shù)對(duì)建筑能耗影響 圖4傳熱系數(shù)改造對(duì)建筑能耗的影響 圖5太陽輻射吸收系數(shù)對(duì)建筑能耗影響 （3）外窗保溫隔熱改造。 1）外窗氣密性改造。在建筑模型其他參數(shù)不變的情況下，僅改變建筑外窗的換氣次數(shù)。換氣次數(shù)對(duì)建筑能耗的影響詳見表3。由表中數(shù)據(jù)分析可得，當(dāng)換氣次數(shù)由原來的1.6次/h降低到1.0次/h時(shí)，建筑的節(jié)能率13.79%，其中制冷季節(jié)能率為0.43%，供暖季節(jié)能率則為24.98%，可見換氣次數(shù)的節(jié)能改造對(duì)建筑冬季供暖能耗的降低效果明顯。 表3 換氣次數(shù)對(duì)建筑能耗影響 換氣次數(shù) （次/h） 供暖節(jié)能率 （%） 制冷節(jié)能率 (%) 年節(jié)能率 (%) 1.60 0 0 0 1.0 24.98 0.43 13.79 2）外窗傳熱系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)供暖能耗的影響。外窗傳熱系數(shù)對(duì)建筑能耗見圖6。從圖中可知，當(dāng)外窗傳熱系數(shù)由4.7降到2.2 W/（㎡?K）時(shí)，建筑全年節(jié)能率變化為5.59%～11.52%，其中，隨著傳熱系數(shù)的減小，夏季空調(diào)節(jié)能率從4.99%變化到3.61%，冬季供暖節(jié)能率則由6.25%逐漸增加到20.29%。武漢既有居住建筑外窗傳熱系數(shù)改造對(duì)冬季供暖需要較大的住戶具有可觀的節(jié)能改造價(jià)值。 圖6 外窗傳熱系數(shù)對(duì)建筑能耗影響 圖7 外窗遮陽系數(shù)對(duì)建筑節(jié)能率影響 3）外窗遮陽系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響。外窗遮陽系數(shù)對(duì)建筑空調(diào)供暖能耗影響的模擬結(jié)果見圖7。從圖中可知，當(dāng)外窗遮陽系數(shù)SC由0.7降到0.2時(shí)，建筑全年的節(jié)能率變化為0.57%～7.01%，其中，建筑夏季空調(diào)節(jié)能率變化為2.30%～31.67%，冬季供暖節(jié)能率-0.88%～-13.64%。外窗遮陽系數(shù)的改造對(duì)建筑冬、夏能耗的影響效果是截然相反的，隨著外窗遮陽系數(shù)的降低，夏季制冷能耗是減小，建筑冬季供暖能耗增加，但對(duì)夏季制冷能耗的影響程度明顯大于冬季供暖能耗。因此，在進(jìn)行建筑外遮陽改造時(shí)，如果能兼顧建筑冬夏兩季對(duì)陽光的不同需求，節(jié)能改造效果更佳。 由于實(shí)施樓板改造擾民，所以不宜對(duì)樓板節(jié)能改造，論文不討論樓板節(jié)能改造。 3 既有居住建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 3.1外墻改造方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選 表4 外墻保溫造價(jià)定額 保溫類型 造價(jià) 元/㎡ 每增減5mm造價(jià) 元/㎡ EPS聚苯板外墻外保溫20mm 涂料飾面 69.35 9.07 XPS聚苯乙烯擠塑板外墻外保溫25mm 涂料飾面 90.28 9.59 外墻保溫分為外保溫與內(nèi)保溫，內(nèi)保溫?cái)_民，不宜用于居住建筑改造（但不包括需要保護(hù)的歷史文物建筑）。外墻可采取的外保溫系統(tǒng)有EPS外保溫系統(tǒng)、XPS外保溫系統(tǒng)等。通過咨詢相關(guān)材料市場(chǎng)報(bào)價(jià)及查閱相關(guān)資料確定其改造投資單價(jià)[5]、[6]見表4。各外墻外保溫系統(tǒng)在不同傳熱系數(shù)條件下的改造成本見圖8。從圖8傳熱系數(shù)與改造成本關(guān)系曲線可知，改造成本隨著外墻傳熱系數(shù)的減小增加。 在節(jié)能改造方案的選擇上,還應(yīng)綜合節(jié)能效果與節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)性方面的因素，故論文引入改造的靜態(tài)投資回收期T[7],即,其中,為節(jié)能改造年效益, 萬元/年。圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造節(jié)電量計(jì)算原 則是：改造前后COP恒定，電價(jià)取武漢居民平均用電費(fèi)0.6元/度, 則為節(jié)能改造的總成本。越小，節(jié)能改造的投入產(chǎn)出比就越高，即節(jié)能改造方案性價(jià)比高。各外墻外保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)改造與其改造對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期關(guān)系曲線見圖9。由圖中斜率可知：對(duì)EPS外墻外保溫系統(tǒng)，當(dāng)傳熱系數(shù)改造K=1.1 W/(㎡K)時(shí)，其靜態(tài)投資回收期最短，=18.40年，即投入產(chǎn)出比最高，為最佳改造方案。其他各外保溫系統(tǒng)改造最佳方案分別為：XPS外墻外保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)K=1.1 W/(㎡K)，靜態(tài)投資回收期=19.48年。 圖8 外墻傳熱系數(shù)與改造成本關(guān)系曲線 圖9 傳熱系數(shù)改造與靜態(tài)投資回收期 3.2屋面改造方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選 表5 屋面保溫系統(tǒng)造價(jià)定額 保溫類型 造價(jià) 元/㎡ 增減5mm造價(jià) 元/㎡ 屋面(上人）噴涂改性聚氨酯硬泡沫 30mm 75.75 / 屋面(上人) 噴涂改性聚氨酯硬泡沫 40mm 101.16 / 屋面泡沫玻璃保溫 30mm 100.72 13.88 屋面EPS保溫 30mm 35.20 2.96 屋面XPS保溫 30mm 50.80 5.56 1.屋面保溫改造 （1）屋面保溫改造成本。屋面各保溫系統(tǒng)的造價(jià)定額見表5。各保溫系統(tǒng)在不同傳熱系數(shù)下的改造成本詳見圖10。從圖10中曲線可知，EPS保溫改造成本最低，泡沫玻璃板保溫系統(tǒng)改造成本最高。 （2）屋面改造方案比選。各屋面保溫系統(tǒng)傳熱系數(shù)改造與其靜態(tài)回收期關(guān)系詳見圖11。從圖11中曲線可直接看到，當(dāng)K=1.0 W/(㎡K)，EPS 回收期為9.45年；XPS 回收期為10.66年；屋面泡沫玻璃保溫系統(tǒng)回收期達(dá)34.51年；屋面聚氨酯保溫系統(tǒng)回收期為17.75年。 圖10 各屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改造與成本關(guān)系曲線 圖11 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改造與靜態(tài)回收期關(guān)系 2.屋面隔熱性能改造 （1）改造措施。既有居住建筑平屋面的隔熱性能改造方案有：①屋面外表面采用淺色飾面反射隔熱涂料，對(duì)于夏季漫長(zhǎng)的武漢地區(qū)，可增加屋面對(duì)太陽光的反射程度，降低屋面太陽得熱，從而使居住建筑的屋面內(nèi)、外表面與頂層房間熱負(fù)荷大大降低；②屋頂設(shè)置通風(fēng)架空層，不僅避免太陽輻射直接作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu) 上，而且可以利用自然通風(fēng)，帶走進(jìn)入夾層中熱量達(dá)到減少室外熱作用對(duì)室內(nèi)表面的影響；③采用遮陽措施，通過直接遮擋太陽輻射，使屋面太陽輻射得熱降低；④種植屋面的利用，不僅可有效的增加屋面隔熱性能，降低屋面?zhèn)鳠崃?，而且還可以增加屋面的防水作用。 圖12 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改造與靜態(tài)回收期關(guān)系 （2）反射隔熱模擬。屋面不同太陽輻射吸收系數(shù)對(duì)建筑能耗的影響如圖12所示。以原模型建筑屋面表面水泥砂漿飾面（太陽輻射吸收系數(shù)ρ=0.7）為基準(zhǔn)。從模擬結(jié)果看，隨著屋面太陽輻射吸收系數(shù)由0.98減小到0.20，建筑的空調(diào)能耗是不斷降低的，節(jié)能率為-2.44%～4.15%；冬季采暖能耗則是不斷增加的，節(jié)能率變化為0.82%～-1.57%，從圖12中總節(jié)能率曲線變化可得，隨著屋面太陽輻射吸收系數(shù)的減小，空調(diào)供暖總節(jié)能率為-0.68%～1.06%；屋面表面太陽輻射吸收系數(shù)對(duì)居住建筑夏季能耗的影響大于對(duì)冬季采暖能耗的影 響。當(dāng)屋面外表面的太陽輻射吸收系數(shù)0.4時(shí)，該建筑的的節(jié)能率為0.66%。該建筑屋面的面積為812㎡，經(jīng)計(jì)算隔熱措施的節(jié)能改造總造價(jià)為1.99萬元，相應(yīng)的改造靜態(tài)投資回收期達(dá)29.33年。 3.外窗改造方案分析 武漢地區(qū)既有居住建筑外窗的節(jié)能改造是一項(xiàng)包括建筑外窗氣密性、傳熱系數(shù)及遮陽系數(shù)的綜合性節(jié)能改造。改造的重點(diǎn)是單層塑鋼窗和單腔鋁合金、單層玻璃窗。由于外窗的類型較多，改造時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及市場(chǎng)所生產(chǎn)的型材。依據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)條件，具體的外窗節(jié)能改造措施詳見表6。 表6 各外窗節(jié)能改造方案、熱物性參數(shù)及適用范圍 外窗節(jié)能改造方案 造價(jià) 元/㎡ 改造適用條件 原建筑外窗類型：?jiǎn)螌硬Ａ芰祥T窗 不動(dòng)原窗框，不破壞窗洞口內(nèi)外裝修，只更換門窗扇、五金件及玻璃 方案(1): 5+9A+5（㎜）中空玻璃 215～230 80、88系列塑料推拉門窗；60系列塑料平開門窗 不動(dòng)原窗框，不破壞洞口內(nèi)外裝飾，拆除原窗扇，換新門窗 方案(2):5+9A+5（㎜）中空玻璃 330～350 80、88系列塑料推拉門窗；60系列塑料平開門窗 方案(3):5Low-E+9A+5（㎜）中空玻璃 380～400 方案(4):內(nèi)置百葉中空玻璃外窗5+21A+5（㎜） 700～750 只針對(duì)88系列塑料推拉門窗；60系列塑料平開門窗 方案(5):內(nèi)置百葉中空玻璃外窗6Low-E+21A+5(㎜) 800～850 保留原窗，不破壞洞口內(nèi)外裝飾，內(nèi)裝新窗 方案(6): 5+9A+5（㎜）中空玻璃 300～350 原外窗保留完好且內(nèi)窗臺(tái)尺寸夠100～120㎜； 80、88系列塑料推拉門窗；60系列塑料平開門窗 方案(7):5+12A+5（㎜）中空玻璃 400～450 原建筑外窗類型：?jiǎn)尾吻讳X合金門窗 不拆除原窗外框，不破壞洞口內(nèi)外裝飾，只拆除窗扇，內(nèi)裝新窗 方案(8):5+9A+5（㎜）中空玻璃斷熱鋁合金 550～570 鋁合金推拉門窗 方案(9)： 5+12A+5（㎜）中空玻璃斷熱鋁合金 600～650 方案(10)： 5Low-E+9A+5（㎜）中空玻璃斷熱鋁合金 600～630 方案(11)： 內(nèi)置百葉5+21A+5（㎜）中空玻璃斷熱鋁合金 900～950 方案(12):內(nèi)置百葉6 Low-E+21A+5（㎜） 中空玻璃斷熱鋁合金 1000～1050 保留原窗，不破壞洞口內(nèi)外裝飾，內(nèi)裝新窗 方案(13): 5+9A+5（㎜）中空玻璃 300～350 鋁合金推拉門窗，原有外窗保留完好且內(nèi)窗臺(tái)尺寸夠80～100㎜ 方案(14): 5+12A+5（㎜）中空玻璃 400～450 不拆除窗外框，不破壞洞口內(nèi)外裝飾，不拆除單腔鋁合金原窗，只換玻璃及壓條 方案(15): 5+9A+5（㎜）中空玻璃 420～450 鋁合金平開窗 方案(16): 5Low-E+9A+5（㎜）中空玻璃 480～520 該建筑模型外窗總面積為845㎡，表7給出了16種不同改造方案的熱工性能、節(jié)能效果及改造的靜態(tài)回收期。節(jié)能改造后外窗的換氣次數(shù)按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的1.0次/h取值。從表7可知，外窗節(jié)能改造對(duì) 表7 外窗改造節(jié)能量及經(jīng)濟(jì)性分析 改造方案 全年累計(jì)熱負(fù)荷(kW?h) 全年累計(jì)冷負(fù)荷(kW?h) 節(jié)能率 (%) 節(jié)能量 (kW?h) 改造成本（元） 靜態(tài)回收期（年） 1 164986.24 193811.77 23.42% 55953.54 185900 5.54 2 164986.24 193811.77 23.42% 55953.54 298285 8.88 3 169098.39 178754.16 25.76% 60336.04 338000 9.34 4 百葉展開垂直(夏季) 160832.49 138582.00 36.10% 82152.66 612625 12.43 百葉收起或展開水平（冬季） 5 百葉展開垂直 163644.23 125934.98 38.19% 86171.51 697125 13.48 百葉收起或展開水平 6 164152.25 191281.12 24.14% 57492.76 274625 7.96 7 159848.55 193997.69 24.48% 58576.75 359125 10.22 8 168850.28 202870.40 20.66% 49981.30 473200 15.78 9 164627.67 203238.18 21.49% 52043.82 515450 16.51 10 172552.30 187263.20 23.20% 54818.60 519675 15.80 11 百葉展開垂直 164627.67 138920.05 35.21% 80008.22 781625 16.28 百葉收起或展開水平 12 百葉展開垂直 167624.71 128779.97 36.74% 82839.56 866125 17.43 百葉收起或展開水平 13 157583.78 204184.41 22.79% 55339.72 298285 8.98 14 157035.65 204255.17 22.89% 55597.45 359125 10.77 15 169881.50 202775.94 20.46% 49479.62 367575 12.38 16 175114.14 184432.89 23.26% 54700.83 422500 12.87 建筑能耗影響十分顯著，節(jié)能率可達(dá)20.46%～38.19%，有內(nèi)置百葉窗的節(jié)能效果最好。其中，節(jié)能效果最佳的是改造方案5；節(jié)能率最小的是方案15，節(jié)能率為20.46%?？紤]改造方案的靜態(tài)投資回收期，則方案1的靜態(tài)投資回收期最短，僅T年，建筑節(jié)能率為23.42%，為節(jié)能改造優(yōu)選方案之一；方案12改造的經(jīng)濟(jì)效益最差，靜態(tài)回收期最長(zhǎng)，達(dá)年。 從表7還可知，對(duì)該建筑南向外窗改造而言，僅改造方案5能滿足節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)建筑北向外窗改造，方案1～7、12、13、14均能滿足節(jié)能65%要求；對(duì)建筑東、西向外窗改造，方案3、4、5、12能滿足節(jié)能65%要求，而改造方案1、2、6、7、13、14的傳熱系數(shù)能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但其綜合遮陽系數(shù)均大于0.5，大于標(biāo)準(zhǔn)限值，如對(duì)其外窗改造的同時(shí)，再適當(dāng)?shù)牟扇」潭ㄊ交蚧顒?dòng)式外遮陽措施，改造方案也能達(dá)到65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。 4圍護(hù)結(jié)構(gòu)的低、中、高層次改造探討 綜合對(duì)比各改造方案的成本、節(jié)能率以及相應(yīng)的靜態(tài)投資回收期，確定改造方案。改造方案的確定方法是：一是將將圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案按節(jié)能率50%、65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)劃分；二是在此基礎(chǔ)上，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案又分為低、中、高三個(gè)層次。低層次節(jié)能改造僅為建筑外窗的改造；中層次節(jié)能改造在低層次改造的基礎(chǔ)上，再增加一項(xiàng)屋面、外墻、遮陽的組合節(jié)能改造方案；高層次節(jié)能改造即在中層次節(jié)能改造的基礎(chǔ)之上，再增加一項(xiàng)或多項(xiàng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造措施的綜合性能改造。表8是外墻、屋面的改造方案。從表中可知，屋面保溫改造方案4、方案5符合《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）屋面保溫改造節(jié)能率需達(dá)到2%的要求。外墻保溫改造小于《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）節(jié)能率需達(dá)到14%的要求，因此，外墻不適宜節(jié)能改造。 表9是外窗節(jié)能改造方案。從表中可知，方案7、方案8、方案11的節(jié)能率超過了23%，符合《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）外窗保溫隔熱改造節(jié)能率需達(dá)到23%的要求。 表8 各單項(xiàng)節(jié)能改造方案效果分析 改造方案 外墻保溫隔熱性能改造 (1) 節(jié)能50% （K≤1.5W/(㎡?K)、 D＞2.5） (2)節(jié)能65% （K≤1.2W/(㎡?K)、 D＞2.5） （3）外墻外表面為淺彩色，太陽輻射吸收系數(shù)系數(shù)??=0.4 膠粉聚苯顆粒外保溫 K=1.5W/(㎡?K)、D=3.46 EPS保溫 K=1.1W/(㎡?K)、D=3.32 改造單價(jià) （元/m2) 51.97 73.63 17.53 節(jié)能率（%） 6.04% 8.90% 1.40% 靜態(tài)投資回收期(年) 19.17 18.40 25.64 改造方案 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)改造 (4)節(jié)能50% （K≤1.0W/(㎡?K)、 D＞2.5） (5)節(jié)能65% （K≤0.5W/(㎡?K)、 D＞3.0） (6)屋面外表面為淺彩色，太陽輻射吸收系數(shù)系數(shù)??=0.4 EPS保溫 K=1.0W/(㎡?K)、D=2.93 EPS保溫 K=0.5W/(㎡?K)、D=3.43 改造單價(jià) （元/m2) 35.20 61.85 24.51 節(jié)能率（%） 2.18% 2.98% 0.66% 靜態(tài)投資回收期(年) 9.45 12.12 29.33 表9 各單項(xiàng)節(jié)能改造方案效果分析 改造方案 外窗傳熱系數(shù)改造 （7）節(jié)能50%傳熱系數(shù)限值 K≤3.2 W/(㎡?K) （8）節(jié)能65%傳熱系數(shù)限值 K≤2.3W/(㎡?K) 塑鋼窗：內(nèi)窗臺(tái)加裝一層新窗即雙層窗[5+9A+5(㎜)中空玻璃] K=2.7W/(㎡?K) 塑鋼窗：6 Low-E+21A+5（㎜）內(nèi)置百葉中空玻璃外窗 K=2.2W/(㎡?K) 改造單價(jià) （元/m2) 325 825 節(jié)能率（%) 24.14% 38.19% 靜態(tài)投資回收期(年) 7.96 13.48 改造方案 外窗遮陽改造 （9）貼膜 （10）活動(dòng)外遮陽 （11）5+21A+5（㎜）內(nèi)置百葉中空玻璃外窗 綜合遮陽系數(shù)SC=0.25 綜合遮陽系數(shù)SC=0.20 綜合遮陽系數(shù) SC=0.18 改造單價(jià) （元/m2) 168.38 700 725 節(jié)能率（%) 6.33% 14.43% 36.10% 靜態(tài)投資回收期(年) 23.60 33.54 12.43 4.1低層次改造效益分析 表10 低層次改造的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期 外窗傳熱系數(shù)改造方案 外窗改造節(jié)能50% 外窗改造節(jié)能65% 方案（7） 方案（8） 改造成本 （元/m2） 325 825 節(jié)能率（%） 24.14% 38.19% 靜態(tài)投資回收期（年） 7.96 13.48 低層次改造的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期詳見表10。從表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)外窗改造滿足節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，空調(diào)供暖節(jié)能率為24.14%，外窗改造方案9的靜態(tài)回收期僅為7.96年。當(dāng)外窗改造滿足節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，節(jié)能率為38.19%，但其靜態(tài)投資回收期較長(zhǎng)，為 13.48年。 4. 2中層次改造效益分析 1.滿足節(jié)能率50%的中層次節(jié)能改造 中層次改造的成本、節(jié)能率及相關(guān)靜態(tài)投資回收期計(jì)算詳見表11。由表中數(shù)據(jù)分析可知，中層次節(jié)能改造的節(jié)能率為27.77%～36.10%，方案4+6+7的節(jié)能率為27.77%，對(duì)應(yīng)的改造靜態(tài)投資回收期8.46年；方案11的節(jié)能率36.10%，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期為12.43年。節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)效益最差的是方案7+10，雖然節(jié)能率為35.60%，但靜態(tài)投資回收期期最長(zhǎng)為17.83年。 表11 中層次改造（節(jié)能率50%標(biāo)準(zhǔn)）的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期 改造方案 外窗+ 屋面保溫隔熱 外窗+ 外墻保溫隔熱 外窗+活動(dòng)外遮陽 外窗+貼膜 內(nèi)置百葉 中空外窗 方案4+6+7 方案2+3+7 方案7+10 方案7+9 方案11 改造成本 （元/ m2） 384.71 416.16 1025.00 493.38 725.00 節(jié)能率（%） 27.77% 34.44% 35.60% 29.94% 36.10% 靜態(tài)投資回收期（年） 8.46 10.45 17.83 10.27 12.43 2.滿足節(jié)能率65%的中層次節(jié)能改造 改造的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益分析：其中層次改造的成本、節(jié)能率及相關(guān)靜態(tài)投資回收期計(jì)算詳見表12。由表中數(shù)據(jù)分析可得，該中層次節(jié)能改造的節(jié)能率為38.19%～48.49%，方案8的節(jié)能率為38.19%，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期13.48年；方案2+3+8的節(jié)能率為48.49%，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期為15.27年。 表12 中層次改造（節(jié)能率65%標(biāo)準(zhǔn)）的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期 改造方案 外窗+屋面保溫隔熱 外窗+遮陽（內(nèi)置百葉中空外窗） 外窗+外墻保溫隔熱 方案5+6+8 方案8 方案2+3+8 改造成本 （元/ m2） 911.36 825.00 916.16 節(jié)能率（%） 41.83% 38.19% 48.49% 靜態(tài)投資回收期（年） 13.57 13.48 15.27 4.3高層次改造效益分析 1. 滿足節(jié)能率50%的高層次節(jié)能改造 建筑高層次改造的成本、節(jié)能率及相關(guān)靜態(tài)投資回收期計(jì)算詳見表13。分析表中數(shù)據(jù)可知，高層次節(jié)能改造的建筑節(jié)能率為32.78%～43.53%%，投資回收期最短的方案4+6+7+9的組合，回收期10.51 年，節(jié)能率32.78%。 表13 高層次改造（節(jié)能率50%標(biāo)準(zhǔn)）的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期 改造技術(shù)組合方案 外窗+外墻保溫隔熱+屋面保溫隔熱 外窗+貼膜+外墻保溫隔熱 外窗+活動(dòng)外遮陽+外墻保溫隔熱 內(nèi)置百葉中空外窗+外墻保溫隔熱 外窗+貼膜+屋面保溫隔熱 外窗+活動(dòng)外遮陽+屋面保溫隔熱 內(nèi)置百葉中空外窗+屋面保溫隔熱 方案1+3+4+6+7 方案1+3+7+9 方案1+3+7+10 方案1+3+11 方案4+6+7+9 方案4+6+7+10 方案4+6+11 綜合改造成本 （元/m2） 454.21 562.88 1094.51 794.51 553.08 1084.71 784.71 節(jié)能率（%） 34.41% 37.38% 43.04% 43.53% 32.78% 38.44% 38.93% 靜態(tài)投資回收期（年） 11.33 12.65 18.59 14.09 10.51 17.50 12.48 2.滿足節(jié)能率65%的高層次節(jié)能改造 高層次改造的成本、節(jié)能率及相關(guān)靜態(tài)投資回收期計(jì)算詳見表14。由表中數(shù)據(jù)分析可知，該高層次節(jié)能改造的建筑節(jié)能率為41.83%～52.13%，其中以技術(shù)組合方案5+6+8的節(jié)能效果最差，建筑節(jié)能率為41.83%，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期13.57年，但其經(jīng)濟(jì)效益最佳；技術(shù)組合方案2+3+5+6+8的節(jié)能改造效果最為理想，建筑節(jié)能率為52.13%，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)投資回收期為15.22年。節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)效益最差的技術(shù)組合方案是2+3+8，其靜態(tài)投資回收期為15.27年，對(duì)應(yīng)的建筑節(jié)能率為48.49%。 表14 高層次改造（節(jié)能率65%標(biāo)準(zhǔn)）的成本、節(jié)能率及靜態(tài)投資回收期 改造方案 外窗+外墻保溫隔熱+屋面保溫隔熱 內(nèi)置百葉中空玻璃外窗+屋面保溫隔熱 內(nèi)置百葉中空玻璃外窗+外墻保溫隔熱 方案2+3+5+6+8 方案5+6+8 方案2+3+8 改造成本 （元/m2） 1002.52 911.36 916.16 節(jié)能率（%） 52.13% 41.83% 48.49% 靜態(tài)投資回收期（年） 15.22 13.57 15.27 5節(jié)能改造的節(jié)能量評(píng)價(jià)與驗(yàn)收 1.節(jié)能量的評(píng)價(jià) 對(duì)建筑改造節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)原建筑基準(zhǔn)能耗的選取尤為重要，這里引入兩種不同的能耗基準(zhǔn)： 1）以2013年統(tǒng)計(jì)的居住建筑實(shí)際耗能量為建筑基準(zhǔn)能耗1； 2）基準(zhǔn)電耗2=基準(zhǔn)電耗1-現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)耗電量+滿足舒適度空調(diào)系統(tǒng)電耗，其中現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)耗電量為2013年統(tǒng)計(jì)的居民實(shí)際耗電量，滿足舒適度空調(diào)系統(tǒng)的耗電量為DeST-h模擬得到的數(shù)值。 其中：基準(zhǔn)能耗1=45.43kWh/(㎡a)（只含電耗）或基準(zhǔn)能耗1=9.13kgce/(㎡a) (折合電、天然氣) 基準(zhǔn)2=基準(zhǔn)1-現(xiàn)有空調(diào)、供暖系統(tǒng)耗電量+滿足舒適度空調(diào)系統(tǒng)電耗 式中：現(xiàn)有空調(diào)、供暖系統(tǒng)耗電量為11.88 kWh/(㎡a)；滿足舒適度要求的空調(diào)、供暖耗電量為52.66 kWh/(㎡a). 故kWh/(㎡a) 則采取各節(jié)能改造措施進(jìn)行改造后，建筑單位面積年節(jié)能量的計(jì)算公式為： ； 2.節(jié)能改造后的驗(yàn)收 居住建筑節(jié)能改造分項(xiàng)工程檢驗(yàn)批的主控項(xiàng)目應(yīng)滿足《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300-2013）、《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50210）、《建筑外遮陽工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程》DGJ32/TJ88、《屋面工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50207）中的相關(guān)要求。 6 結(jié)論 根據(jù)前面的討論，得出以下的結(jié)論。 （1）根據(jù)調(diào)查、測(cè)試、查閱圖紙以及節(jié)能診斷，得到了上世紀(jì)80、90年代武漢地區(qū)典型既有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、熱工參數(shù)以及現(xiàn)階段能耗值。 （2）分析了外窗、外墻、屋面保溫隔熱的改造技術(shù)及節(jié)能潛力，得到了屋面、外窗及外墻的節(jié)能率，其中，屋面改造的節(jié)能率可以滿足《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）屋面保溫改造節(jié)能率需達(dá)到2%的要求。優(yōu)選的外窗改造方案的節(jié)能率超過了23%，符合《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）外窗保溫隔熱改造節(jié)能率。外墻保溫改造小于《夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造技術(shù)導(dǎo)則》（住建部）節(jié)能率需達(dá)到14%的要求，因此，外墻不適宜節(jié)能改造。 （3）通過對(duì)居住建筑診斷以及外窗型材調(diào)研，給出了多個(gè)外窗節(jié)能改造方案、屋面節(jié)能改造方案。根據(jù)當(dāng)前保溫隔熱材料的產(chǎn)品價(jià)格及湖北省相關(guān)造價(jià)定額，比選了武漢市居住建筑節(jié)能低、中、高三個(gè)層次改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案，得出了適宜武漢市居住建筑改造方案以及相應(yīng)的投資回收期。 參考文獻(xiàn) [1] 劉月莉，仝貴嬋，劉雪玲.既有居住建筑節(jié)能改造[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012 [2] 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).JGJ 134-2010 [3]低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).DB42/T559-2013 [4] 李海承,李玉云,田英,陳桂營(yíng). 武漢市居住建筑節(jié)能分析[J].墻體革新與建筑節(jié)能，2010,8:48-52 [5] 湖北省建設(shè)工程造價(jià)管理總站.湖北省建筑節(jié)能工程消耗量定額及統(tǒng)一基價(jià)表[M].湖北：長(zhǎng)江出版社，2009 [6] 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[7]公共建筑節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范JGJ176-2009.