既有居住建筑节能改造设计
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摘要：在对既有居住建筑进行节能改造设计时，准确的节能改造诊断尤为关键。以徐州工业职业技术学院一号学生宿舍楼为例，对既有居住建筑节能改造诊断技术进行了研究，总结了节能改造设计的常用方法。
关键词：居住建筑；节能改造；围护结构；供热采暖系统
中图分类号：TU111.19+5
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2014）06-0131-02
1 引言
为了减少既有居住建筑对能源的浪费性消耗，2008年5月，住房与城乡建设部、财政部联合下发了《关于推进北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造工作的实施意见》，已将北方采暖区既有居住建筑供热计量及节能改造1.5亿平方米的任务分配到了各省区市。本文结合工程实例，以徐州工业职业技术学院一号学生宿舍楼节能改造为例，分析改造前维护结构的热工性能，进行节能改造判定，制定节能改造内容及方案，改进供热采暖系统，通过以上内容，对既有居住建筑节能改造诊断技术进行了研究，提出了节能改造设计的常用方案。
2 建筑基本概况
一号学生宿舍楼位于徐州工业职业技术学院黄河校区（淮海文化科技产业园）内，建成后主要用于产业园办公、大学生创业基地及其相关配套服务，为江苏省省级重点节能改造项目。建筑层数为五层，建筑高度17.00m（图1），总建筑面积4078m2，改造后将成为淮海文化科技产业园内的快捷宾馆（图2）。
改造前，建筑外墙为240mm厚粘土实心砖墙，无保温措施；建筑屋面做法为钢筋混凝土屋面，40mm厚水泥蛭石保温层找坡；建筑外窗使用单层玻璃窗。
改造前，建筑的相关指标计算如下：
2.1 窗墙面积比
该建筑的窗墙面积比如表1所示。
2.2 体形系数
建筑体积：
V=824.4*3.4+813.4*3.4*4=13865.2（m3）
建筑面积：
A=824.4+813.4*4=4078.0（m2）
建筑外表面积：
F=170.6*3.4+170.5*3.4*3+170.5*4+130.5*2+14.8*2=3291.7（m2）
形体系数：S=F/V=3291.7/13865.2=0.24
根据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71―2008，我省寒冷地区四至五层居住建筑的体形系数不宜大于0.38，本建筑窗地比和体形系数均满足标准的要求，故可直接进行建筑围护结构的热工性能检测。
3 改造前的围护结构热工性能
改造前，建筑护结构热工性能如表2。
在改造前，建筑存在较大的热工缺陷，主要体现在：外墙、热桥均无隔热保温措施，导致热工性能较差（图3）；屋顶保温薄弱；外窗气密性较差等等。在遮阳设施的综合遮阳系数与护结构的隔热性能方面，改造前，建筑无任何遮阳设施且外墙、屋面、外窗的保温隔热性能均较差。在改造前，玻璃的可见光透射比约为0.77，遮阳系数约为0.75，与此同时，经检测外窗的气密性能低于《建筑外窗气密性分级及其检测方法》GB/T7107-94中规定4级，不满足国家标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010和省级标准《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008的要求。
4 建筑节能改造判定情况
建筑的外墙、屋面、外窗等围护结构的热工性能均不满足现行国家标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010和江苏省地方标准《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008对内表面温度的要求。在遮阳系数方面，改造前建筑外窗综合遮阳系数为0.84，大于0.60。在体形系数方面，该建筑物体形系数为0.26。在窗墙比方面，该建筑东向为0.07，西向为0.05，南向为0.25，北向为0.24。
根据以上数据，我们不难得出如下结论：
4.1 依据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008，宜对该建筑的外墙、屋面进行节能改造；
4.2依据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008，宜对该建筑外窗进行节能改造；
4.3 依据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008，建体形系数符合设计标准的要求；
4.4 依据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010，建筑东西南北四向的窗墙比均满足设计标准的要求；
4.5 依据《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008，外窗最不利可开启面积比为0.75，满足设计标准的要求；
4.6依据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010，外窗气密性小于4级，不满足设计标准的要求。
根据江苏省工程建设标准《江苏省既有居住建筑节能改造技术规程》（试行）的标准要求及居住建筑节能改造判定原则与方法，结合本工程实际情况，确定需要进行节能改造的内容如表3。
通过对一号学生宿舍楼建筑节能改造判定情况的总结，我们可以确定该建筑的外墙、屋面、外窗等围护结构热工性能不满足现行国家及省级标准的要求，因此需要对其进行节能改造。
5 建筑节能改造设计内容及方案
根据一号学生宿舍楼的建筑节能改造判定情况，我们可以确定其围护结构改造技术措施如表4所示。
改造后围护结构热工性能如表5所示。
根据居住建筑围护结构热工性能的权衡计算，一号学生宿舍楼围护结构各分项指标均达到了《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》DGJ32/J71-2008节能50%的要求。
6 供热采暖系统的节能改造
改造前，一号学生宿舍楼主要依靠冬季集中供暖，采用传统的上供下回双管低压蒸汽采暖系统，使用蒸汽管网输送，室外热平衡存在一定缺陷。根据20多年使用状况的总结，该系统主要存在以下问题：
（1）常用的灰铸铁暖气片内热源由区域换热站供应，无法对热量进行人工调控，房间内整体热湿环境较差、冷热不均、舒适性欠佳；
（2）由于供暖系统的热量外泄以及蒸汽管网在输送的过程中热损失较大，造成了巨大的能源浪费；
（3）该系统建成年代较早，室外供热管网管道存在部分锈蚀、保温层潮湿受损，已经逼近其设计的使用年限而不能满足正常的采暖需要了。
因此，一号学生宿舍楼供热采暖系统的节能改造迫在眉睫。本着节能第一、节约成本的原则，在供热采暖系统的节能改造中，我们选择拆除原有蒸汽采暖系统的同时，新增分体式变频空调系统。相对于传统中央空调系统，分体式变频空调系统优点比较显著：
（1）室内机独立控制，使用时可自动调节室外机运行频率，节省运行费用，使用更加方便，无需专人维护；
（2）快速制冷制热，当室温和调定温度相差较大时，变频空调一开机，即以最大的功率工作，使室温速度上升或下降到调定温度，制热效果明显；
（3）采用变频压缩机，空调可根据房间热负荷的变化自动调整压缩机的运转频率，达到设定温度后变频空调以较低的频率运转，避免了室温剧烈变化所引起的不适感。
7 结语
在一号学生宿舍楼进行节能改造设计中，我们首先需要对其进行准确的节能改造诊断，做出正确的建筑节能改造判定。本次节能改造，主要针对存在热工缺陷的外墙、屋面、外窗等围护结构部位进行设计，改造后各分项指标均满足标准要求。在对建筑围护结构进行节能改造的同时，我们须对供热采暖系统进行节能改造。节能改造后，建筑室温达到了设计要求，具备了室温调节的先进功能，也成功地实现了采暖热量的精准计算。为了响应国家的号召，既有居住建筑的节能改造技术应运而生，它是建立能源节约型、环境友好型社会的一个不可或缺的组成部分，也是实现国家、社会可持续发展的有力保障。