唐山市某小区既有居住建筑节能改造项目效果分析

住房和城乡建设部科技与产业化发展中心

董璐

唐山市热力总公司

陈立刚 黄伟东 马强国

唐山市墙体材料革新办公室

李亮兵

中国建筑科学研究院有限公司

王碧玲 魏峥

近年来，随着我国城镇化进程的加快，房屋建筑速度和规模逐年加大，既有建筑存量持续增加。由于我国早期节能标准不完善，建筑施工技术和产品质量水平不高等原因，大量建设年代久远的老旧建筑已无法满足人民日益增长的美好生活需求，且老旧建筑普遍为非节能建筑，建筑能耗较高。因此，为降低建筑能耗，改善人民的居住需求，“十一五”时期，我国将北方既有居住建筑供热计量及节能改造工作纳入我国建筑节能工作的重点领域之一，并开展试点示范。其中，唐山市作为首批中德合作“中国既有建筑节能改造”示范城市之一，于2006年对震后第一批建设的河北1号三栋保温隔热性能差、采暖能耗较高的住宅实施了节能改造，改造后住宅的保温隔热性能和节能效果显著，积累了成功经验。此外，唐山市还是我国首批供热计量改革试点城市。为此，唐山市政府本着为民办实事的原则，于2012年与德国复兴信贷银行签署协议，引入贷款资金用于实施既有居住建筑节能改造，一方面改善老旧建筑居住环境，提升百姓生活品质，另一方面，借助国外贷款资金数额大、期限长、利息低、赠与成份高等优势，缓解政府财政压力。在前期调研基础上，唐山市最终选取了4个小区共119栋单元楼纳入此次德国信贷改造范围，本论文中小区就是其中之一。

1  项目概况

该小区位于唐山市，北临兴源道，东至友谊路，始建于1993年，为3~6层住宅建筑，以6层建筑为主，总建筑面积16.70万m2，本次改造共包括36栋楼，改造前建筑基本情况如图1和表1所示。由表1可知，由于小区外墙没有保温层，窗户保温气密性差，加上供热管网老旧破损，致使该小区冬季室内温度较低，舒适度较差。

图1 小区改造前情况

2  改造技术方案

2.1 改造原则

为确保改造效果，该项目聘请了国内外专家组成国际顾问联合体，为该项目提供技术支持。技术团队本着降低建筑能耗、改善居民生活条件、提升城市形象，改善小区居住环境的改造原则，结合河北省现有居住建筑节能设计标准，充分吸收国外先进的改造技术，制定了高标准、严要求的改造技术方案。

2.2 技术措施

图2 改造后小区情况 

表1 小区改造前调研情况

表2 小区改造技术措施

本项目节能改造主要包括围护结构改造和供热系统改造，其中围护结构改造主要包括外墙保温改造、屋面保温及防水改造、外窗改造和楼道门改造等，具体技术方案如表2所示，改造后小区现状如图2所示。

2.3 施工细节

2.3.1 外墙保温改造

（1）冷热桥处理

为确保保温改造效果，避免冷热桥，改造过程对首层阳台底板、防火隔离带、空调托架、燃气排气管等节点进行严格技术处理，对于所有小于2mm的缝隙，用聚氨酯喷涂泡沫填充，对于大于2mm的缝隙，用保温板条填充。其中在外墙粘贴保温板过程中，施工前期与住户进行沟通，经住户同意后将防护网拆除，待改造后再重新进行安装。另外，首层阳台底板均按要求加装了保温板，具体如图3所示。

（2）粘贴工艺

该项目外墙保温系统施工中采用点框法进行粘贴，EPS板四周粘结框宽度为50mm，板的中间均匀设置8个直径100mm的粘结点，厚10mm，粘结剂的涂抹面积不得小于40%。同时，为解决结构基层墙体附着力差的缺陷，锚栓采用200mm定制加长优质国际锚栓，每块EPS板水平中线距离左右端头1/3的位置又额外增加2个锚栓，如图4所示。

图3 首层底板保温改造    图4 EPS板点框法粘结剂涂抹示意图

（3）伸缩缝

目前，我国大多既有居住建筑节能改造项目未做外墙伸缩缝。为防止建筑物构件由于外界气候环境变化产生裂缝或破坏，该项目在改造过程中在外墙外面设置了伸缩缝，这样做既可以保证伸缩缝是自由的，还可以切断热桥，如图5所示。

图5 外墙伸缩缝改造

（4）勒脚部位

在我国，实际工程中勒脚部位保温材料吸潮的问题往往被忽略，而保温材料的吸潮，尤其是保温材料与墙体基层接合部位的吸潮问题，不仅对保温材料本身的保温性能有极大的影响，同时降低了保温体系的使用寿命。为了减少材料吸潮对整个保温系统的影响，该项目设计要求±0.000以下至散水顶面，采用XPS保温板，这样可以有效避免水汽通过毛细作用从墙体和基础进入保温系统，同时安装金属托架，起承托作用。

2.3.2 屋面改造

图6 改造后屋面

该小区有几栋临街的建筑屋顶设置了金属坡屋顶，经过常年风吹日晒，大多数金属坡屋顶钢板寿命已接近尾声，存在安全隐患，经技术团队多次考察和协商后，最终将金属坡屋顶进行了拆除，并进行了保温和防水改造，如图6所示。

2.4 外窗改造

由于外窗改造与住户利益密切相关，且涉及到入室安装，外加部分住户已对自家外窗进行过更新改造，故经与德方协商后外窗改造为居民自愿改造项目。

3  改造效果实测分析

为了检验小区改造后的实施效果，选取具有代表性的建筑对室内温度、围护结构热工性能等进行了测试。

3.1 室内温度测试

测试团队分别对改造后的小区典型建筑室内温度效果进行了监测，随机抽取至少3户，分别分布在高、中、低不同楼层，至少连续24小时，典型住户逐时室内外温度分布曲线如图7所示。图像表明，改造后住户室内平均温度分布在21℃~25.2℃之间，用户普遍反映相对于改造前的室内平均温度有了明显提升，显著改善了冬季供暖室内舒适度，幸福感有了很大提升。

图7 小区室内外温度监测结果

3.1.1 传热系数

（1）测点布置

选取205#楼602室北侧卧室作为典型测试房间，在北向外墙、东向外墙和室内屋顶分别设置1~2个温度热流测点，每个测点对应室外位置设置一个温度测点，如图8和图9所示。

（2）测试结果分析

在连续测试期间，房间内供暖阀门保持开启状态，确保室内外的空气温差始终保持在15℃以上，测试结果显示，墙体平均传热系数为0.49W/（m2·K），屋面平均传热系数为0.37W/（m2·K）。

3.1.2 建筑热工缺陷

测试团队利用红外热像仪对该小区204#楼和205#楼进行热工缺陷检测。测试期间，室外温度为-3.0℃～4.0℃，室外风速为1.5m/s～3.0m/s范围内，测试结果如图10所示。测试结果表明，204#楼北向的墙体外表面约为3.3℃～-3.1℃，205#楼北向的墙体外表面温度为-2.1℃～-2.0℃之间。两幢建筑围护结构墙体外表面温度差约在0.2℃之内，可以判定，外墙部分不存在热工缺陷。

图8 测试楼栋位置平面图

图9 205#楼602室测点平面布置图

图10 小区红外热像图

4  效果评估

本项目采用TRNSYS软件进行模拟计算，主要采用的是TRNBuild计算软件模块。基于计算参数，在软件中建立各小区改造前和改造后的典型建筑负荷及能耗模拟计算模型。

4.1 室外设计参数

唐山市地处环渤海湾中心地带，北依燕山，南临渤海，属暖温带半湿润季风气候，冬季寒冷干燥、降水稀少、盛吹西道西北风，冬季平均气温零下4℃~6℃。唐山市采暖期120天，属于寒冷地区，四季分明，室外设计参数如表3所示。

表3 唐山地区室外设计参数

4.2 计算初始条件设置

4.2.1 围护结构热工参数

由于改造前项目实测数据无法获得，故在模拟计算时，改造前建筑围护结构参数采用本地相近小区建筑围护结构热工性能测试值，改造后建筑的围护结构输入参数中，外墙和屋面传热系数采用实测值，外窗的传热系数采用施工材料进场抽检报告中的检测值。同时，为保证改造前后计算工况的一致性，改造前后室内温度均设为20℃。改造前后参数如表4所示。

表4 围护结构热工参数

表5 模拟计算输入参数

4.2.2 热源参数

供热热源方面，小区供暖热源由唐山热电公司提供，热源为热电联产，热源效率为0.8，热网效率为0.92。由于分户热计量改造后，对于整个热网和热源的效率影响无法量化，因此，在模拟计算时，默认改造前和改造后热网和热源的效率不变，具体参数如表5所示。

4.3 计算结果

该小区改造前后模拟计算结果如图11和图12所示。由图11可知，改造前建筑的峰值热负荷为76.95w/m2，累积热负荷为125.15kWh/m2，该建筑供暖累积耗热量为170.04kWh/m2，折合标煤量为20.89kgce/m2。由图12可知，改造后建筑的峰值热负荷为32.83w/m2，累积热负荷为44.38kWh/m2，该建筑供暖累积耗热量为60.30kWh/m2，折合标煤量为7.41kgce/m2。改造前后节能率达到64.53%。

图11 小区改造前建筑模拟计算结果

表6 改造节能量计算结果

图12 小区改造后建筑模拟计算结果

4.4 节能减排效果分析

4.4.1 节能量

根据模拟计算结果及小区建筑面积，推算小区改造前后总的节能量，如表6所示。节能改造实施后，该小区每个采暖季可实现节约标准煤2264.98吨，节能效益可观。

4.4.2 环境效益

根据国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801-2013中规定的节能减排环境效益评价方法，经过本次节能改造后，每个采暖季，小区可实现节能减排二氧化碳5594.50吨，减排二氧化硫45.30吨，减排粉尘22.65吨，减排效果显著。

5  结语

本文对唐山市德国贷款既有居住建筑节能改造项目某小区改造前后的概况、技术方案及施工工艺进行了阐述，并基于实测数据和计算机模拟，对改造前后节能减排效果进行了分析，得出如下结论：

（1）唐山市通过采用德国复兴银行贷款进行改造，既拓宽了融资渠道，也缓解了政府财政压力，同时改造过程充分吸收国外先进技术，确保改造顺利实施和改造效果。

（2）通过实施节能改造获得了良好的社会效益。通过实施节能改造，有效提高了建筑围护结构保温性能，墙体平均传热系数为0.49W/（m2·K），屋面平均传热系数为0.35W/（m2·K），基本达到河北省居住建筑75%节能标准要求，冬季室内平均温度分布在21℃~26℃，顶层住户漏雨发霉问题得到很好解决，建筑外观焕然一新，改造工程得到百姓的普遍肯定。

（3）改造后节能减排效果显著。单位面积节能量为135.64kgce/m2，节能率达到64.53%，每个采暖季可实现节约标准2264.98吨，带动减排二氧化碳5594.50吨，减排二氧化硫45.30吨，减排粉尘22.65吨，取得了显著的节能减排效果。

本文选自《建设科技》2022年02期