李蒙正1 刘爱宝2 付臻1 曹静3
1.南京长江都市建筑设计股份有限公司 江苏南京 210000
2.科盛环保科技股份有限公司 江苏南京 210046
3.江苏丰彩节能科技有限公司 江苏南京 210008
摘要：采用BECS2010节能设计软件，对既有住宅建筑节能改造方案进行组合和优化，通过建模分析研究性价比最佳的综合节能改造方案。结果表明：当屋面采用40mm厚挤塑聚苯板（XPS）（B1级），外墙采用聚苯乙烯板（EPS）20mm，外窗改造在原有窗户的基础之上增加一层5+9A+5的塑料窗，外遮阳形式为布艺遮阳时，建筑在50%和65%节能设计标准下其节能率分别提高24.91%和22.09%，节能效果明显。
关键词：既有住宅；正交试验；综合改造；建筑能耗；影响分析
The Green Comprehensive Analysis Of Energy Saving Reconstruction
For Both The Residential Building
Li Mengzheng1，Liu Aibao2，Fuzhen1，Caojing3
（1.Nanjing Changjiang Urban Architectural Design Co. Ltd.，Nanjing Jiangsu 210000，China；
2.Kesheng Environment Protection Technology Co. Ltd.，Nanjing Jiangsu 210046，China；
3. Jiangsu FengCai Energy Saving Technology Co. Ltd.，Nanjing Jiangsu 210008，China.）
Abstract：Use energy-saving design software BECS2010 modeling analysis，by changing the existing residential building energy efficiency retrofit scheme are combined and optimized，looking for the highest ratio of comprehensive energy saving retrofit scheme. Results show that when the roof use 40 mm thick extruded polystyrene board（XPS）（B1），external use polystyrene board（EPS）20 mm，outside the window transformation on the basis of the original window by adding a layer of 5 + 9 a + 5 plastic window，outside shading form for sunshade cloth art，building energy-saving rate at 50% and 65% energy saving design standard increased by 24.91% and 22.09%，respectively，under the energy saving effect is obvious.
Key words：Both the residence；Orthogonal test；Comprehensive renovation；Building energy consumption；Impact analysis
0 引言
目前我国的建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三大“耗能大户”之一[1]。据统计，我国既有建筑面积已达500多亿㎡，截止目前，通过绿色改造后获得绿色标识的既有建筑面积不到100万㎡。其余绝大部分既有建筑属于高能耗建筑，保温隔热性能差，设备系统效率低，导致采暖和制冷能耗的严重浪费[2]，其单位面积采暖能耗相当于气候条件相近的发达国家的2～3倍。
我国新建住宅建筑的节能工作经过了20多年的研究实践，已经形成了一批相对成熟的技术，其中绝大部分节能技术等都可以经过改造。我国建筑节能工作起步晚，真正意义上的建筑节能工作是从20世纪80年代初开始展开的。从国内外在既有住宅建筑节能改造的成功经验和研究看出，改进建筑围护结构热工性能是节能改造的关键。
以南京（夏热冬冷地区）为例，根据其所在地的气候特征、建筑环境等因素，运用节能设计软件进行建模分析，通过改变既有住宅建筑屋面、外墙、外窗、遮阳形式等外维护结构的构造，利用节能软件分析节能改造后的效果，以热工性能和经济造价为指标，探索性价比最高的综合节能改造方案。
1 既有住宅建筑现状
以南京市正南向的多层住宅楼为模拟对象，运用BECS2010节能设计软件进行建模分析。该住宅楼共三个单元，一梯三户，六层（共54户），基本户型有两室一厅一厨一卫、一室一厅一厨一卫，标准层面积为600㎡，总建筑面积为3550㎡（无地下建筑），建筑高度为21m。既有住宅建筑模型图如图1所示：
该建筑结构为砖混结构，建筑外表面积为2760㎡，建筑体积为10660m³，其体形系数为0.26。建筑外墙为240mm厚实心粘土砖墙，主墙体的传热系数为2.04（㎡·K）/W；建筑屋顶为钢筋混凝土平屋面，传热系数为2.33（㎡·K）/W；外窗采用铝合金单层玻璃，传热系数为6.40W/（㎡•K），自身遮阳系数为0.75[3，4]。建筑围护结构构造做法如表1所示，建筑各朝向的窗墙比如表2所示：
2 节改造前建筑能耗分析
利用清华斯维尔节能设计软件BECS对既有建筑进行能耗分析。清华斯维尔节能设计软件BECS，采用三维建模，并可以直接利用主流建筑设计软件的图形文件，如TARCH、理正等，避免了重复建模，方便快捷，大大减少了建立节能热工模型的工作量，同时后续处理功能强大，能自动生成分析所需的各种数据，体现了建筑与节能设计一体化的思想。软件遵循国家和地方节能标准或实施细则，适于全国各地居住建筑和公共建筑的节能设计、节能审查和能耗评估等分析工作，在国内建筑能耗领域得到了广泛的应用与认可[5，6，7，8]。
利用BECS对建筑进行能耗的动态模拟计算时，主要是由“建立模型”、“热工设置”、“节能计算”这三大步骤来完成。各分项具体设置内容如图1所示：
本项目在节能改造前，计算在50%和65%节能设计标准条件下的综合建筑能耗情况表如表3所示：
既有住宅建筑的节能率按公式（1）计算：
公式
该建筑在50%节能设计标准条件下的节能率为：1-31.90/[26.70/（1-50%）]＝40.26%；在65%节能设计标准条件下的节能率为：1-29.05/[19.20/（1-65%）]＝47.05%[9，10]，均不满足最新节能设计标准的要求。
3 建筑综合节能改造分析
在50%和65%节能设计标准条件下，通过对建筑节能改造影响因素的分析研究及经济技术因素的综合考虑，现对模拟建筑进行综合节能改造技术研究，最后确定整体最优组合。
3.1 节能改造技术模拟试验
根据节能改造目的，采用正交实验法，选用L9（34）正交设计表，考察了屋面保温材料、外墙保温材料、外窗构造、遮阳方式4个因素对既有住宅建筑节能改造效果的影响，正交实验因素水平见表3：
3.2模拟结果与分析
在50%和65%两种节能设计标准条件下，按照表5的试验号的顺序，利用清华斯维尔节能设计软件，依次改变既有住宅建筑的围护结构做法，通过节能计算，得出不同节能改造方案条件下，既有住宅建筑的能耗情况[11]，所得正交试验结果如表5所示：
由表5可知，所有综合节能改造方案均可满足江苏省50%及65%节能设计标准，既有住宅建筑节能改造屋面采用40mm厚挤塑聚苯板（XPS）（B1级），外墙采用20mm厚聚苯乙烯板（EPS）保温板，外窗原有窗户的基础之上增加一层5+9A+5的塑料窗，外遮阳形式为布艺遮阳时，建筑的采暖空调耗电量指标在50%和65%节能设计标准下均为最低，建筑的节能率分别可以达到65.17%和69.14%，具有明显的节能效果。
利用极差分析方法，对模拟结果进行分析，得到其极差分析结果如表6所示：
备注：
1）ka1，ka2，ka3，Ra以采暖空调耗电量指标为考察指标；
2）kb1，kb2，kb3，Rb以采暖耗电量指标为考察指标；
3）kc1，kc2，kc3，Rc以采暖耗电量指标为考察指标。
通过对以上正交试验数据结果的直观分析法分析得出，对于采暖空调耗电量指标，采用50%及65%节能设计标准时，因素C的极差Ra最大，这说明因素C的水平改变时对采暖空调耗电量指标的影响最大，因此因素C是我们要考虑的主要因素。在50%节能设计标准时，它的3个水平所对应的采暖空调耗电量指标分别为19.10kWh/㎡、19.85kWh/㎡、19.22kWh/㎡，以第1水平所对应的数值19.10kWh/㎡为最小，所以取它的第1水平最好，依此类推。得出结论：各因素对采暖空调耗电量指标的影响按大小次序排列依次为C（外窗构造）、A（屋面保温材料）、B（外墙保温材料）、D（遮阳形式），最佳节能改造方案为C1A1B1D1。
按同样的分析方法，对其它试验指标进行分析，得到各个指标对试验因素的影响最优水平如表7所示：
由表5可以得出采用50%和65%节能设计标准，建筑综合改造方案的因素主次和最优水平均相同，且外墙保温材料不仅对建筑空调采暖耗电量指标的影响最大，也对建筑的采暖及空调耗电量指标影响最大。既有住宅建筑按方案C1A1B1D1进行综合改造后的采暖空调耗电量指标在50%和65%节能设计标准下分别为18.60kWh/㎡、16.93Wh/㎡，节能率分别为：65.17%、69.14%，与既有住宅建筑节能率40.26%、47.05%相比，建筑的节能率分别提高24.91%和22.09%，节能效果明显。在经济性方面，挤塑聚苯板（XPS）（B1级）的价格较其他材料也更为便宜，所以C1A1B1D1也是经济性最优的方案。
4 本章小结
本章以南京（夏热冬冷地区）为例，针对其既有6层住宅建筑的气候特征、建筑环境等条件，运用节能设计软件BECS2010进行建模分析，通过改变其屋面、外墙、外窗、遮阳形式等，分析其理论节能改造效果。由模拟分析结果可以得出：
1）各因素对采暖空调耗电量指标的影响按大小次序排列依次为C（外窗构造）、A（屋面保温材料）、B（外墙保温材料）、D（遮阳形式）。
2）既有住宅建筑的最佳综合节能改造方案为：屋面采用40mm厚挤塑聚苯板（XPS）（B1级），外墙采用聚苯乙烯板（EPS）20mm，外窗改造在原有窗户的基础之上增加一层5+9A+5的塑料窗，外遮阳形式为布艺遮阳。计算得到该建筑按此方案进行综合改造后的节能率分别为：65.17%、69.14%，与既有住宅建筑节能率40.26%、47.05%相比，建筑的节能率分别提高24.91%和22.09%，节能效果明显且经济性占优。
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作者简介：李蒙正（1985—），男，河南省商丘市人，硕士，工程师，主要从事建筑节能、市政工程、给排水设计等方向的研究。
论文作者:李蒙正1,刘爱宝2,付臻1,曹静3
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/14
标签：节能论文; 建筑论文; 建筑节能论文; 耗电量论文; 采暖论文; 住宅论文; 指标论文; 《建筑模拟》2018年第34期论文;