北京市老旧小区住宅楼外围护结构节能改造研究

作者:高红霞 颜海馨
单位:中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
摘要:对老旧小区进行节能改造是节能减排、实现可持续发展的重要举措,同时对于减少资源浪费,提高建筑舒适度,提升人们的生活水平具有重要意义。通过对北京东王庄、西王庄等小区住宅楼外墙、屋顶和外门窗的调研与分析,结合北京市气候特点及相关政策规范文件,提出具体的普适性节能改造措施,以望为北京市老旧小区的节能改造提供参考。
关键词:老旧小区节能改造围护结构
作者简介:高红霞,硕士研究生,E-mail:2273095499@qq.com;
基金:国家自然科学基金:基于城市“双修”理论的煤矿废弃地再生利用研究(51778614);

 

0 引言

2012年,北京市制定了《北京市老旧小区综合整治工作实施意见》,决定“十二五”时期对全市老旧小区开展综合整治,整治范围主要指1990年(含)以前建成、建设标准不高、设施设备落后、功能配套不全、未建立长效管理机制的老旧小区(含单栋住宅楼),以及1990年以后建成且存在上述问题的老旧小区。在整个整治内容中,节能改造是其中重要的组成部分。对这些老旧小区进行节能改造,对于降低建筑能耗,提高人民的生活水平具有重要意义。

1 北京市建筑节能要求及老旧小区住宅楼现状分析

1.1 北京市建筑节能要求

北京市位于华北平原西北边缘,属于寒冷地区,冬季寒冷干燥,夏季炎热多雨,因此建筑外围护结构在设计时需满足冬季保温、防寒、防冻;夏季隔热、防潮、防暴风雨等要求。

目前,北京市既有建筑节能改造执行DB 11/381—2016《北京市既有居住建筑节能改造技术规程》,其中对全面节能改造后的建筑物耗热量指标限值进行了规定:建筑层数不大于3层时,限值为16.1W/m2,建筑层数为4~8层时,限值为15.0W/m2,建筑层数为9~13层时,限值为13.4W/m2,建筑层数≥14层时,限值为12.1W/m2。综合规范《北京市既有居住建筑节能改造技术规程》和JGJ 26—2018《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》,可知既有建筑各围护结构热工性能限值如表1所示。

表1 北京市既有建筑围护结构热工性能限值   

表1 北京市既有建筑围护结构热工性能限值

1.2 北京市老旧小区住宅楼现状分析

据统计,北京市现有老旧小区1 582个,建筑面积约5 849万m2。其中,1970年以前建成的老旧小区共222个,总建筑面积约975万m2;1970—1979年期间建成的老旧小区为313个,总建筑面积约1 060万m2;1980—1989年期间建成的老旧小区为1 047个,总建筑面积约3 814万m2

随着人们对居住环境舒适度的要求越来越高,这些建于二十世纪七八十年代的住宅由于建造年代久远,建设标准与现在的节能要求存在较大差距,致使其保温隔热性能差,冬季室内温度过低,夏季室内温度过高,整体舒适性较差,无法满足人们的要求,同时这些老旧小区住宅楼能耗居高不下。对这些建筑的外围护结构进行的节能改造主要分为建筑外墙、建筑外窗和建筑屋顶3个部分。

1.2.1 外墙

北京市老旧小区内的住宅楼墙体结构多为砖混结构,无外墙保温层,外立面多为清水砖墙或涂料饰面,其中涂料饰面有脱落开裂的现象,具体构造做法如表2所示。比较表1和表2可看出,老旧小区内的住宅楼外墙热工性能无法满足规范中最大外墙传热系数限值0.7W/(m2·K)的规定且相差甚远,所以对住宅楼的外墙进行节能改造意义重大。

表2 外墙主要构造做法及热工性能   

表2 外墙主要构造做法及热工性能

注:黏土砖墙厚度主要分为370mm与240mm两种

1.2.2 外窗

建筑外窗对建筑能耗的影响主要受外窗传热系数直接影响,包括冬季和夏季的室内外温差传热,以及外窗受到太阳辐射而产生的热量。在寒冷的北方地区,冬季得热对节能十分有利。建筑外窗的耗热量加上空气渗透耗热量约占建筑总耗热量的50%,所以外窗节能改造是既有建筑节能改造的重点。根据调研,北京市未经改造的老旧小区住宅楼外窗大多采用单层玻璃,窗框材质主要为普通铝合金、钢材,部分采用塑钢,具体热工性能如表3所示。这些门窗不仅辐射散热量大且破损严重,对住宅楼的保温效果影响重大。

1.2.3 屋顶

北京市老旧小区内单元楼屋顶主要为平屋顶,通过调研发现,屋顶面层主要分为柔性防水卷材和憎水膨珠浆料保护层2种,结构层多为预制钢筋混凝土楼板。大部分老旧小区的屋顶无保温层,部分住宅楼有150mm厚加气混凝土保温层,加气混凝土保温层在一定程度上提高了住宅楼的保温效果。由于常年风吹日晒,屋面防水层的损坏导致屋面保温层吸水逐渐失去保温效果。常见屋面构造如图1所示,3种屋面构造的传热系数分别为3.080,0.994,1.520W/(m2·K),可见二十世纪七八十年代住宅屋面的传热系数与现在要求的0.400~0.500相比差距较大。

表3 外窗主要类型及热工性能   

表3 外窗主要类型及热工性能
图1 二十世纪七八十年代常见屋顶构造

图1 二十世纪七八十年代常见屋顶构造

 

2 节能改造措施

2.1 墙体保温改造

墙体保温改造是建筑节能改造的必选项。外墙保温做法主要分为外墙外保温、外墙内保温及外墙夹心保温3种,其中外墙外保温是老旧小区改造的常用做法,是将保温板置于墙体外侧的做法,能够最大限度减少热桥,避免结露,保温效果好,同时该做法不会减少原建筑使用面积且室外施工方便,可减少对居民生活的影响。外墙外保温构造做法如图2所示。

外墙经常使用的保温材料主要有模塑聚苯乙烯板(EPS)、挤塑聚苯乙烯板(XPS)和聚氨酯泡沫塑料(PU)。模塑聚苯乙烯板(EPS)的导热系数λ≤0.042W/(m·K),保温隔热性,防水抗压等性能优异,但EPS属于有机材料,耐火等级低,受热易变形。此外EPS加工技术成熟,价格较另外2种保温材料低。挤塑聚苯乙烯板(XPS),导热系数λ≤0.03W/(m·K),其强度、保温、抗水汽渗透等性能方面较EPS有所提高。但由于二者材质相同,均属于有机材料,所以XPS板的防火性能也较差。聚氨酯泡沫塑料(PU)的导热系数λ可小至0.022W/(m·K),此外该材料拥有高抗压、低吸水率、防潮、不透气、质轻、耐腐蚀等特点,所以该材料尤其适用于建筑物的隔热保温和防潮保护。然而,该材料也是一种有机材料,在耐火方面表现不理想,而且燃烧时会产生有毒气体,这些缺陷限制了其广泛使用。综上所述,3种材料各有利弊,使用时应根据实际情况具体问题具体分析,性能对比如表4所示。

图2 外墙外保温做法

图2 外墙外保温做法

 

表4 外墙保温材料性能对比   

表4 外墙保温材料性能对比

2.2 屋面节能改造

屋面节能改造要在对其进行屋面荷载安全检测的基础上进行,可与屋面防水改造同时进行,改造主要有3种改造方式:增设保温层、平改坡、平改绿。在这3种改造方式中合适北京地区的方式主要为前2种。

2.2.1 增设保温层

在现有屋面上方增设保温层以达到冬季保温、夏季隔热效果,改造做法主要分为正置式屋面和倒置式屋面。

1)倒置式屋面倒置式屋面构造做法如图3a所示,由于保温层位于找坡找平及防水层上方缺乏保护,因此选用倒置式屋面时应注意保温材料宜优先选取导热系数低、吸水率小、抗压强度高、防火性能高的保温材料,当保温层上的覆盖层厚度<40cm时,保温材料宜选取不燃材料。

2)正置式屋面正置式屋面的构造做法如图3b所示,保温层位于最下面,其上有防火等级为A级的复合轻骨料垫层对保温层起保护作用,所以保温层可选择憎水率高、抗压强度高、防火等级较低的保温材料。

2.2.2 平改坡

平屋顶改为坡屋顶,即不破坏原屋面结构,仅在原平屋面基础上增设保温层,并在上面加设挂瓦尖屋顶的做法,主要用以提高屋顶的防水性能及保温隔热性能。新设屋顶构造宜采用轻型结构,屋面面层宜采取新型彩色水泥瓦等。坡屋顶的倾斜角度一般为10%~60%,而北京地区光伏发电与集热装置的最佳倾斜角度分别为37°与36°,所以将平屋顶改造为坡屋顶时,可与太阳能利用技术结合,通过利用新能源的方式实现节能,如图4所示。

图3 屋面保温改造构造

图3 屋面保温改造构造

 

图4 普通平改坡屋面构造

图4 普通平改坡屋面构造

 

并不是所有老旧小区的平屋顶住宅楼都适合改成坡屋顶,需要对楼体现有的结构、改造后增加的承重、改造经费等进行综合评价后再进行改造。将平屋顶改造为坡屋顶会增加建筑的高度,需要注意改造后的建筑高度要满足日照的相关要求。

2.2.3 平改绿

平改绿是指在建筑结构许可的条件下,对现有楼房屋顶进行绿化改造,从而达到提升建筑功能同时美化环境的目的。在平改绿过程中,防水是其中的关键点,防水层不仅要满足普通的防水要求,同时要有防止植物根系穿透的能力。其次是屋顶的承重问题,在改造的过程中可考虑多位一体的排水蓄水过滤材料,降低系统重量实现低荷载下的绿化系统。除此之外,建筑屋顶的排水、植物品种等问题也需仔细考虑。

平改绿不仅可美化环境,改善生态环境,而且可调节楼顶温度,节约能源。由于平改绿对建筑物屋顶的荷载要求较高,很少在小区改造的工程中应用。

2.3 窗户改造应当通过体现气密性的数据进行论证、表述

窗户改造的主要3种方式如下。

1)更换原窗为节能窗当建筑外窗的节能性较差时,可考虑将外窗全部更换为节能窗,节能窗的常见类型有断热金属窗和塑钢窗等,玻璃的类型主要有双层玻璃或多层玻璃。

2)提高窗户的气密性主要方式有加装密封条及密封胶。

3)在原玻璃上贴膜即在原窗户玻璃上贴1层复合聚酯薄膜,增强窗户的隔热能力,据统计隔热率可达70%,虽是最简单的外窗改造方式,但由于造价高,不具有普适性。

3 结语

在城市快速发展中,人们把更多的精力放在新建建筑。实际上,对既有建筑的改造对于提升居民生活水平具有更重要的意义。既有建筑的改造相较新建建筑在某些程度上更复杂,而且由于投资回报时间长,导致建筑改造未得到应有的重视。但随着近年来国家对绿色建筑的大力推行,建筑的绿色化已上升到国家战略层面,因此老旧小区的绿色化改造也应得到足够重视,并为城市的绿色化发展做出重要贡献。

 

 

参考文献[1]李子扬.北京市老旧小区综合整治路径探索[J].城乡建设,2019(9):24-25.

[2] 北京城建科技促进会,北京住总集团有限责任公司.既有居住建筑节能改造技术规程:DB 11/381—2016[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[3] 中国建筑科学研究院有限公司.严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准:JGJ 26—2018[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.

[4]于学磊.老旧小区节能综合改造效果分析研究[D].北京:清华大学,2016.

[5]张献梅,朱晓丽.豫西北既有居住建筑外围护结构节能改造研究[J].施工技术,2014,43(19):116-120.

[6]邵宁宁,秦俊峰,刘泽,等.基于建筑节能的墙体保温材料的发展分析[J].硅酸盐通报,2014,33(6):1403-1407.

[7]朱丹丹,燕达.太阳能板放置最佳倾角研究[J].建筑科学,2012(S2):277-281.

[8]夏晓敏,王轩,李琼.既有住宅屋顶平改坡应用技术[J].城市住宅,2014,21(5):120-121.

[9]李伶,杨广林,李翔.平改绿系统在上海市政府工程上的应用[C]//中国建筑学会防水工程与材料学术论坛论文集,2010.

[10]牛原.城市建筑屋顶绿化研究及在杭州市的实践探索[D].杭州:浙江大学,2007.
1787 0 0
文字:     A-     A+     默认 取消