曹稳，许陈，刘智洋,马辉 （.安徽科技学院建筑学院，安徽 蚌埠 3300；.蚌埠市建筑设计研究院集团有限公司，安徽 蚌埠 3300）

1 引言

“双碳”行动是应对气候变暖的全球发展行动，建筑领域虽然不是能耗产碳最高的行业，但由于庞大的技术预产联系，成为推动国家低碳转型的重要领域[1]。在“双碳”行动中，建筑的节能环保更加得到人们的重视，尤其是具有良好节能效果的居住建筑，不仅居住舒适，同时对整个环境也相对友好，更利于未来的发展。据调查，2000 年以前建成的亟待改造的老旧小区存量建筑面积约31.1亿m²，可见我国既有居住建筑的改造将是一个长期任务[2]。因建造早期缺乏保温材料，相关技术尚未完善，导致建筑能耗高、舒适度差，大量既有老旧建筑急需改造。通过调研江淮地区既有居住建筑，并在Ecotect Analysis软件中模拟分析，发现建筑改造前能耗高于改造后，在冬季和夏季不可避免地需要借助空调来调节室内的舒适度，改造前空调的耗能要高于改造后空调的耗能。

随着“双碳”行动的实施，国内地区都在进行既有建筑改造，致力于更高效地进行改造，提高居住舒适度，同时为实现“双碳”目标作准备。通过探索市场发展动态性既有建筑节能改造主体动力演化肌理研究方向，以期推动既有建筑节能改造市场高效发展[3]。基于此展开对江淮地区既有建筑的节能改造，尤其是蚌埠地区既有建筑的节能改造性研究，使其为江淮地区的节能改造提供借鉴。

2 现状分析

为了使数据更具有价值以及普遍性，通过调查位于江淮地区的蚌埠的几个区，分别在每个区中选择若干个小区进行调研，并进行实地考察、拍照收集、网上搜集，详细的统计信息如表1 所示。最终选定蚌埠市龙子湖区金水花园小区作为主要的调研对象，该小区建造于20世纪初，建造初期外墙围护结构并没有增加保温材料，其围护结构构造主要以多孔砖双面石灰水泥砂浆为主。同时利用Ecotect Analysis软件，结合蚌埠气候特点，对建筑室内采光通过模拟日照进行了分析（图1），其采光系数平均值7.44%，以便为接下来节能研究提供参考，增强数据的可靠度。

表1 现状调研

图1 采光分析

3 典型模型信息

原有建筑的围护结构构造做法如表2 所示，基于此对原有建筑进行节能改造，包括外墙和外窗的改造，并基于原有建筑造型进行建模，如图2 所示，其中改造后建筑围护结构构造做法如表3 所示。

表2 建筑围护结构构造做法（改造前）

表3 建筑围护结构构造做法（改造后）

图2 金水花园建筑模型

运用Ecotect Analysis 软件对上述改造措施进行建模，模型如图3 所示。保持建筑和改造后的建筑模型平面布局一致，墙洞大小也未改变。按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134-2010）中规定的室内舒适温度范围18～26℃稍宽[4]。其中全空调系统房间为卧室、客厅、餐厅，并设定空调室内温度范围上限为26℃，下限温度为18℃，空气交换率为1.00，即每一小时换气一次。

图3 Ecotect Analysis软件模型

4 改造效果研究

4.1 立面效果

主要对外墙、屋顶和外窗进行改造，其中结合小区现状和对该小区居民问访，对改造材料进行一些调整。外墙采用聚合物抹面砂浆，原有建筑立面破旧，甚至出现墙皮脱落的现象，如图4 所示。普通抹面砂浆的和易性较差、粘结力较差、收缩率大、弹性模量大，容易开裂，而外保温层体系的保护层抹面砂浆必须具有抗收缩性、柔韧性、耐久性等性能[5]。因此，保温层外抹面砂浆进而防止立面墙皮的脱落，增强耐用性及安全性。

图4 原有小区原立面图

外围护结构中墙体占了很大一部分，以节能50%的标准为例，外墙占了建筑围护结构总能耗的27%，所以墙体节能技术的发展是建筑节能的重要方向[6]。外墙作为建筑中外表面积最大的围护结构，在建筑保温隔热中占据着相当重要的位置。外墙节能保温构造可分为外墙内保温、夹层保温和外保温三大类，其节能原理是通过依附在墙体结构上的保温材料阻隔热量传递，减少室内外空气热交换，从而达到隔热保温的目的[7]。综合考虑，最终本案例采用外保温，并对屋顶和外窗同时也进行改造。图5 为改造后的建筑立面，在原本屋顶增加100mm 憎水膨胀珍珠岩板，以增强屋顶隔热防水的物理性能，同时外窗也将原本的单层玻璃换成6Low-e+12A+6 厚单层玻璃。Low-e 玻璃满足建筑物的采光需求以及极低的辐射率，大幅度优化窗户的保温热性能，使得建筑保温在冬季得到有效提升，提高室内人员的舒适程度[8]。

图5 改造小区立面图

4.2 室内温度

有效地防护和利用室内气候因素，合理地解决房屋日照、保温、隔热、通风、防潮等问题，可以创造良好的室内气候环境。其中主要是太阳光照在建筑围护结构外表面，提高其表面温度，通过热传导以影响室内温度变化，同时影响人体对环境的舒适感。另一部分由通风带入室外的热量，这部分热量通常占很大一部分，但是通风失热也占很大一部分。还有一小部分的室内热源散热带给室内的热量，包括人员、照明和室内用电设备散热，这些因素对室内热环境都有一些影响。

墙体增加保温层后墙体的传热系数达到0.7W·m-2·K-1，未进行改造的建筑墙体传热系数为1.62W·m-2·K-1，从传热系数方面可以发现有较为明显的改善。建筑的窗墙面积比为0.34，南、北向均为0.34，皆符合节能标准规定限值，体形系数和窗墙面积比符合节能标准规定的限值[9]。通过Ecotect Analysis 分析在自然通风的情况下，建筑室内使用程度最高同时也是家庭成员最活跃的区域--客厅的温度，在最冷日和最热日变化结果如图6 和图7 所示。可以发现在自然通风的情况下，在最热日改造后的室内温度比改造前的室内温度相对较低，在最冷日改造后的室内温度高于改造前的室内温度，改造达到了预期的效果。

图6 最热日温度平均值

图7 最冷日温度平均值

4.3 建筑围护结构得热

夏热冬冷地区是指我国最冷月平均温度满足0～10℃，最热月平均温度满足25～30℃，日平均温度≤5℃的天数为0～90 天，日平均温度≥25℃的天数为49～110 天的地区[10]。该地夏季炎热，最高温度可达到40℃，而冬季寒冷，持续时间久，该地区还不属于冬季供暖区，建筑能耗主要集中在空调的夏季制冷和冬季制热。因此为了进一步验证在保温材料的作用下室内是否起到了保温隔热的作用，是否有增强舒适度的效果，通过Ecotect Analysis 分析改造前后的建筑在自然通风情况下的数据，围护结构最热日得热以及最热日热损失如图8 和图9 所示，改造后的隔热与改造前相比有着较大的改进。

图8 最热日围护结构平均得热

图9 最热日围护结构平均热损失

又对围护结构在冬季最冷日的日均得热和日均热损失进行了分析，如图10和图11 所示，发现同样在保温层作用下改造后的保温性能要比改造前的保温性能要好。综上可以进一步证明，具有保温层的围护结构达到了预期的保温隔热效果，为提升室内热环境以及降低能耗提供了初步数据支持。

图10 最冷日围护结构平均得热

图11 最冷日围护结构平均热损失

4.4 建筑能耗

夏热冬冷地区过去是非采暖地区，建筑设计不考虑采暖要求和夏季空调降温，建筑围护结构热工性能差，进而导致能源利用效率较低[11]。为了验证保温层是否有利于建筑节能，增强其准确性，计算了在全空调系统建筑的逐月能耗（图12）和总能耗（图13）。发现在增加保温层的建筑物逐月能耗都有所降低，改造前建筑一年的总能耗为331.95Mw·h，改造后建筑一年的总能耗为267.48Mw·h，改造前后能耗降低64.47Mw·h，节能效率为19.4%，节能率=（改造前能耗-改造后能后）/改造前能耗。

图12 全空调情况下的建筑逐月能耗

图13 全空调情况下的建筑总能耗

改造后每月能耗减少的比例为一月份18.4%、二月份18.2%、三月份17.2%、四月份13.4%、五月份30.9%、六月份32.9%、七月份23.6%、八月份24.3%、九月份34.3%、十月份19.2%、十一月17.3%、十二月17.6%。通过外墙的导热、太阳的辐射等将热量从外界传递到室内，这些是与外墙的传热系数有关，因此传热系数的变化能够改变建筑能源的消耗[12]。在夏热冬冷地区，空调使用率相对其他地区较为频繁，所以通过改造建筑外墙保温材料，从而达到一个舒适的环境，进而减少空调使用率，同时也达到了降低能耗的目的。

空调能耗占比波动幅度比较大，绝大部分被调研的建筑空调能耗处在较高水平，对空调系统的节能优化是降低建筑能耗的重点[13]。通过Ecotect Analysis 软件分析模拟，在保温材料的作用下建筑总能有所降低，同时室内有了更加稳定舒适的环境，进而降低室内空调的使用率。通过对小区改造前后对比发现，改造后的建筑能耗相对减少，对环境起到节能减排作用，有利于未来的发展。

4.5 建筑不舒适度

在降低能耗方面可以发现，在保温层的作用下有较为明显的效果，但增加了保温层的围护结构是否有利于降低室内的不舒适度，为此又通过Ecotect Analysis 软件分析模拟计算了建筑的室内不舒适度，分别计算了室内逐月的不舒适度（图14）和室内总的不舒适度（图15）。通过软件分析得到，改造前建筑室内的不舒适度为20502.8DegHr，改造后建筑室内的不舒适度为14593.8DegHr，改造后建筑室内的不舒适度降低了5909DegHr，不舒适率降低28.8%，不舒适率=（改造前-改造后）/改造前。

图14 建筑室内逐月不舒适度

图15 建筑室内总不舒适度

改造后每月热不舒适度减少的比例为一月份27.1%、二月份27.1%、三月份24.1%、四月份16.1%、五月份36.9%、六月份55.1%、七月份42.5%、八月份47.1%、九月份67.1%、十月份12.1%、十一月21.7%、十二月24.8%。

通过Ecotect Analysis 软件分析模拟计算得到的结果可以发现，建筑保温层不仅对降低能耗有着明显的作用，对降低室内的不舒适度也有着明显效果。在自然通风的条件下增加了保温的建筑，在夏季和冬季有着比较明显的隔热保温作用，对室内的舒适度有着较大的提升。注意通过Ecotect Analysis 软件分析模拟得到的数据和现实相比存在一定的误差，因此得到的结果仅提供参考，切不可在实际改造过程中过度依赖软件分析得到的结果。

5 结论

本文通过对江淮地区既有建筑的能耗进行调查研究，以围护结构是否有保温层为变量，在自然通风和全空调系统下分别对室内的温度变化、围护结构得热、热损失以及室内舒适度进行对比分析，最终得出以下结论。

①根据调查及研究分析，既有建筑围护结构因为缺乏保温层，致使热工性能未能达到节能设计的标准，室内的舒适度较差，不得不大量使用空调来维持室内的舒适度，进而使得能耗较高。

②对比围护结构得热以及热损失率可以发现，有保温层的围护结构的内部热量不宜散失，在冬季可以防止热量散失，在夏季保温层有着保温隔热的作用，不易获得热量，在全空调的情况下耗能较少，可以维持室内的舒适。

③在实现“双碳”目标的背景下，既有建筑尤其是那些缺乏保温层建筑，需要加以改造，通过增加保温层，以降低能耗。在本次实验中得到能耗降低率为19.4%，不舒适度降低了28.8%，效果较为明显，在降低能耗提高舒适度方面有着较为高效的作用，既有建筑的节能改造中心可以放在保温层的应用上。

④增加外保温层，建筑在保温隔热和降低能耗方面有着明显效果，但需要注意这些数据是通过软件分析得到，切不可过度依赖软件所得到的数据，要根据实际使用效果来进行调整改善。