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既有建筑绿色改造的探索
来源:既改网  发布时间:2015-10-22

我国既有建筑逾400亿m2,其中95%以上为高能耗建筑。“十一五”期间针对既有建筑启动了节能改造,“十二五”期间,既有建筑的节能改造发生了变化,突出了“绿色改造”。

 

根据近年来村镇建设统计公报和国家统计局的有关资料,截至2008年年底,中国内地城镇和村镇房屋建筑面积已经达到530多亿m2,村镇房屋建筑面积约340多亿m2,其中住宅270亿m2左右;城镇房屋建筑面积近200亿m2。与新建建筑相比,既有建筑节能改造潜力更大,取得的成效更快。

 

国内既有建筑绿色改造现状

 

与国外相比,国内建筑改造“绿色”程度并不够,既有建筑绿色化改造技术、标准、政策、市场机制也不够成熟。但是随着我国新建建筑速度放缓,未来既有建筑的改造将会成为建筑节能的重点。与“十一五”期间的“综合改造”有所不同,“十二五”期间,国家科技支撑计划项目针对既有建筑节能改造也突出了“绿色改造”。下面以张江集电港办公中心为例讲述既有建筑的绿色改造。

 

国内既有建筑绿色改造案例

 

张江集电港办公中心绿色生态改扩建工程是由张江集团开发的建筑项目,总建筑面积约23710m2,包括4幢办公楼、2幢餐饮会议楼、生态中庭、连接廊道等(见图1)。该建筑群类型为低层办公建筑,地上3层,位于张江集电港二期五组团13~17、20号楼,共6栋。

 

图1 项目鸟瞰

 

张江集电港办公中心原建筑建成于2005年,用途为小型双单元连体办公空间。改造前的项目(见图2)存在的问题:中央环岛人车混流,楼前停车,形成区内空气污染和安全隐患;建筑体形系数较大,结构复杂,运营能耗比较大;建筑外墙、屋顶、玻璃幕墙等围护结构均未满足《公共建筑节能标准》的要求,整体节能率不高;无可再生能源的利用;无非传统水源的利用。另外在连接功能方面,未满足6栋楼的整体内部使用需求。

 

图2 项目改造前实景

 

针对以上问题,2006年12月至2007年12月对项目进行了综合技术改造,并于2010年6月获得绿色建筑三星级运营评价标识认证。

建筑改造。针对原6栋建筑进行改造,充分利用了尚可使用的旧建筑,既是节地的重要措施之一,也是防止大拆乱建的控制条件。

在建筑型体设计中,原建筑为3层结构,四面玻璃幕墙,大于1:1的建筑间距。为了解决夏季过量太阳烤炙的问题,同时又能确保在冬季最大限度地采集有用的热能,项目设计通过在原有建筑上增加连接体,减少表面积和体积之比,以减小室外负荷并同时考虑阳光的遮挡和采集。外置连廊既满足了6栋楼之间的内部联系,也起到了自身遮阳的效果。

对建筑自然通风、建筑声环境、建筑光环境等各建筑环境进行模拟分析,将楼梯间改造成为拔风井,在办公区域靠近走廊的内墙上加装活动通风百叶,过渡季节利用热压和风压的共同作用, 在室内形成较好的自然通风。

围护结构节能改造。外墙节能改造方案。作为改扩建项目,本项目外墙主体及饰面已施工完毕,为了不破坏原有建筑的外饰面,采用安全性高、维护成本低、使用寿命长、变温方式快的外墙内保温体系(见图3)。通过热工计算,选用厚度为30mm的挤塑聚苯板,挤塑聚苯板导热系数为0.03 W /(m2K),是外墙保温材料中性能比较好的材料,外墙主体传热系数达到0.86 W/(m2K)。

 

图3 天然粉刷石膏聚苯板外墙内保温系统构造

 

本工程为玻璃幕墙体系,且为内框架结构,因此由钢筋混凝土形成的外墙热桥部位并不多,仅出现在部分外墙与屋顶、楼板、阳台连接的部位以及框架柱。考虑到内保温对热桥的割断作用较差,为了避免建筑热桥,在柱、梁、楼板等热桥部位加强处理,如图4所示。外墙平均传热系数基于二维稳态传热计算后,达到0.724 W/(m2K) 。

 

框架柱部位

 

屋顶与外墙连接部位

 

外墙与阳台部位

 

框架柱及管道井部位

图4 热桥部位加强处理节点示意

   

生态种植屋面。基于绿化、功能和视觉需求,项目将原有普通屋面改造为生态屋面。同时,考虑到老屋面防水翻修和新屋面防水施工,在原有屋面防水层上加设一层耐根穿刺防水卷材,在植物选择上以耐寒、耐旱、耐贫瘠的浅根性苗木为主配以简单的日常养护,长势良好,景观效果佳,种植屋面效果如图5所示。部分屋顶荷载为小于150kg的轻型屋面,因此选择无需浇水维护的佛甲草。

 

 图5 种植屋面效果

 

 

 

新建中庭的采光屋面,设计为集太阳能发电、采光、夏季铝合金活动外遮阳、流水冷却景观为一体的智能生态屋面,设置了活动外遮阳措施,为防止夏季中庭过热引起空调能耗过大,本方案设计了新型水冷却玻璃屋顶系统。冷却水的水源采用人工湿地中水,独立设置水箱形成自循环系统,在水箱设置水位探测仪,当水箱水位低于设计值后由中水池补水。实景如图6所示。

 

 

 

 图6 生态屋面外遮阳实景

 

建筑外遮阳。本项目6栋建筑物为大面积的玻璃幕墙,原幕墙采用普通铝合金+镀膜中空玻璃幕墙,传热系数为2.8 W/(m2K),遮阳系数为0.69。经综合能耗测算,远远达不到《公共建筑节能设计标准》节能50%的要求。为弥补原幕墙的先天不足,采用外遮阳减少太阳辐射热进入室内以降低空调负荷。通过采用DOE-2对整个工程进行建筑能耗模拟,同时考虑到施工难度和成本,决定采用部分活动遮阳配合固定遮阳的遮阳方案。在东向、西向、南向没有建筑和连廊遮挡的部位设置电动遮阳卷帘,遮阳卷帘的遮阳系数SD=0.1,考虑外窗后的综合遮阳系数0.069,活动遮阳实景见图7。部分办公室及走廊玻璃设置固定铝板百叶外遮阳,固定遮阳百叶一般设置在对采光要求较小的位置,如图8所示。

 

 

 

 

图7 活动遮阳实景

 图8 固定遮阳效果

 

此外,新建工程部分包括连接6栋办公楼的新建连廊,新建连廊底层架空,跟建筑第二层等高,对原有建筑的第一、二层有一定固定遮阳作用。本方案遮阳设计对连廊遮挡较多的区域不再加设遮阳措施,充分利用连廊的遮阳作用。

新建中庭采用呼吸式幕墙。项目中庭采用双层外循环的呼吸式幕墙,内层玻璃采用6+12A+6mm厚中空LOW-e钢化玻璃,外层采用10mm钢化玻璃,当量传热系数1.8 W/m2K,内设智能活动遮阳百叶。幕墙的通风百叶控制分为夏季模式、冬季模式、过渡季节模式三个状态。通过内外层百叶打开关闭不同的组合方式,达到最佳的节能状态。

建筑通风系统改造。采用CFD对6栋楼进行自然通风模拟分析,并提出优化方案。

太阳能拔风井。利用“烟囱效应”加强建筑的自然通风。设计拔风井宽度1.4~1.7 m,根据上述观点,拔风井的高度应在15~17 m左右。因此,拔风井伸出屋面高度取为4.0m。拔风井采用各楼梯旁楼梯间,标高为伸出屋面4.0m。斜屋顶坡向屋面,南低北高。其中所有楼拔风井顶端向着南面及北面开口,尺寸宽度为塔宽,高度为1.0m(见图9)。

 

图9 太阳能拔风井示意

 

室内通风百叶。办公楼室内门不经常打开,为了形成较好的“穿越式”自然通风及热压作用的热气流能够顺畅流向拔风井,在每个办公间靠近走廊的内墙上开启百叶口。过渡季节利用自然通风开启,空调季节关闭,安装位置在门上或内墙中间位置。采用自动调节风口,材质为铝合金。

中庭采用呼吸式玻璃幕墙。中庭外围为双层玻璃幕墙即“可呼吸式幕墙”,在两层幕墙之间自然通风的作用下,一般内层幕墙表面温度能大大降低,减少进入室内的热负荷。通过CFD模拟分析计算,幕墙能够形成较好的自然通风(见图10)。

 

图10 中庭自然通风示意

 

可再生能源利用改造。张江集电港办公中心项目经过改造,对可再生能源也进行了充分利用。限于改造项目用地的限制, 6栋楼大面积使用可再生能源比较困难,因此方案设计考虑了“零能耗中庭”建设理念,采用了总装机容量为41.88kWp的屋顶光伏发电系统,采用多晶硅光电玻璃组件和传统支架式单晶硅组件组成的光伏电站,其在天气晴好时发出的电量至少保证中庭内负载(地源热泵19.4kW、水泵7.3kW、空调4.48kw、照明4kW)近3小时的用电需求。实景如图11所示。

 

 

 图11 太阳能光电实景

 

采用地源热泵作为A、B楼和中庭空调系统的冷热源,另外,采用六套太阳能集中供水系统,集热面积约90.72m2,每天可产4500L40~45℃热水,供应餐饮厨房及各楼卫生间内洗手盆用水。

给排水改造。采用人工湿地污水处理系统,实现卫生间冲厕用水和食堂用水中水回用。项目人工湿地可用面积约260m2,人工湿地至少可提供26m3/d中水,中水量可以满足厕所便器冲洗、绿化用水的需求。人工湿地如图12所示。

 


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