黃帥帥 李 炎 崔景東 韓福成

寒冷地區(qū)某既有辦公建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造研究

黃帥帥 李 炎 崔景東 韓福成

（蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院 蘭州 730070）

既有公共建筑能耗中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能潛力巨大。以蘭州某既有辦公建筑為例，采用DeST-C軟件模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同材料厚度、窗型，得出系列負(fù)荷，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析、比較，得出如下結(jié)論：外墻外保溫適宜材料為50mm的擠塑板，最大熱負(fù)荷節(jié)能率為45.66%；屋面適宜保溫材料為65mm的擠塑板，最大熱負(fù)荷節(jié)能率為4.25%；外窗各個(gè)朝向全部更換玻璃，推薦選用內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜），最大熱負(fù)荷節(jié)能率為7.36%；單獨(dú)更換南向外窗材料，推薦選用真空鍍膜復(fù)合中空玻璃，最大熱負(fù)荷節(jié)能率為1.78%。

寒冷地區(qū)；既有辦公建筑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；節(jié)能改造；DeST-C

0 引言

隨著社會(huì)進(jìn)步，生活水平提高，建筑能耗巨增，其中公共建筑能耗迅速增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在大型公共建筑中，空調(diào)采暖用電能耗約占總建筑能耗的60%左右，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)所引起的能耗約占40%～50%左右[1]，所以做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能非常有必要。我國(guó)既有公共建筑占比增加，以及用能需求的增長(zhǎng)等因素導(dǎo)致了公共建筑能耗總量的大幅增長(zhǎng)，對(duì)既有辦公建筑改造迫在眉睫[2]。采用DeST-C軟件，以蘭州某既有辦公建筑為例，模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)外墻、屋面及外窗的建筑能耗，計(jì)算模擬前后的節(jié)能率，得出蘭州地區(qū)既有辦公建筑節(jié)能改造的相關(guān)節(jié)能措施，為蘭州地區(qū)甚至整個(gè)寒冷地區(qū)既有辦公建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造提供一定的思路與參考。

1 蘭州地區(qū)地理及氣候條件

蘭州地處西北內(nèi)陸，屬于溫帶大陸性氣候，北緯36°03′、東經(jīng)103°40′，建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)為寒冷A區(qū)，應(yīng)當(dāng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱。最熱月平均溫度為22.45℃，最冷月平均溫度為-5.53℃，年平均溫度為10.3℃，空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為19.1℃。蘭州地區(qū)氣候干燥，春夏界限不分明，夏季短促，氣溫高，秋季降溫快，冬季寒冷漫長(zhǎng)，每年供暖季節(jié)時(shí)間為11月1日至次年3月31日[3]。

2 建筑概況

本次模擬的公共建筑是蘭州市某棟辦公建筑，建于1994年，2005年對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。該建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總建筑面積7153m2，地上十二層，局部十三層，主要為辦公室、會(huì)議室；地下一層，為單位食堂、倉(cāng)庫(kù)等；建筑主體高度45.0m，建筑綜合窗墻比0.27[4]，各個(gè)朝向窗墻比見(jiàn)表1，體形系數(shù)0.306，為二類高層公共建筑。該辦公建筑各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、尺寸及傳熱系數(shù)見(jiàn)表2。

表1 各個(gè)朝向窗墻面積比

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)具體構(gòu)造、尺寸及傳熱系數(shù)

按現(xiàn)行《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2015要求，寒冷地區(qū)甲類公共建筑體形系數(shù)為0.306時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值見(jiàn)表3[8]。

表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值

表2與表3比較后表明：既有辦公建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外墻、屋面、外窗的傳熱系數(shù)均超過(guò)目前現(xiàn)行公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)既有辦公建筑的外墻、屋面、外窗進(jìn)行節(jié)能改造。

3 圍護(hù)節(jié)能改造計(jì)算及節(jié)能潛力分析

3.1 計(jì)算模型基本參數(shù)設(shè)置

蘭州地區(qū)氣象參數(shù)采用DeST軟件中提供的氣象參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和實(shí)測(cè)建筑物相同，見(jiàn)表2。模型參數(shù)設(shè)置包括地點(diǎn)設(shè)置、內(nèi)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置、房間類型設(shè)置、室內(nèi)熱擾、空調(diào)溫度上下限值和通風(fēng)參數(shù)等[5]，如表4和表5所示。

表4 不同類型房間室內(nèi)空調(diào)參數(shù)

表5 不同類型房間室內(nèi)熱擾參數(shù)

3.2 外墻節(jié)能改造設(shè)計(jì)計(jì)算及節(jié)能潛力分析

既有建筑外墻的節(jié)能改造主要有外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫兩種方式。內(nèi)保溫較易產(chǎn)生熱橋，增大墻體熱損失，造成局部墻體內(nèi)表面溫度降低，存在結(jié)露現(xiàn)象，同時(shí)內(nèi)保溫還會(huì)占用室內(nèi)使用面積，影響用戶生活。外保溫改善室內(nèi)熱環(huán)境，有效阻斷外墻混凝土梁、構(gòu)造柱的熱橋，提高外墻保溫的有效性和整體性，防止外墻內(nèi)表面冬季出現(xiàn)結(jié)露，明顯提高外墻內(nèi)表面的溫度，室內(nèi)溫度穩(wěn)定性較 好[3]。所以，對(duì)于既有建筑節(jié)能改造選用外墻外保溫方式較多。

外墻外保溫具體改造方法是刮去外墻的飾面層，在建筑外墻上貼附保溫材料，從而起到阻隔室內(nèi)外熱量交換的作用[7]。采用外墻外保溫方式，保持屋頂及外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不變，改變保溫材料種類和厚度，計(jì)算不同材料、不同厚度的建筑能耗，得出適宜于外墻節(jié)能改造的保溫材料及厚度。

3.3 外墻數(shù)據(jù)分析

既有辦公建筑建筑外墻材料為：水泥砂漿（20mm）+聚苯乙烯泡沫塑料（50mm）+重砂漿黏土（240mm）+石灰砂漿（20mm），外墻平均傳熱系數(shù)為0.5942W/(m2·K)，要求限值為≤0.45W/(m2·K)，需要對(duì)外墻進(jìn)行節(jié)能改造。

圖1 不同材料、不同保溫層厚度外墻傳熱系數(shù)

通過(guò)調(diào)研選取聚苯板（EPS）、擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）、珍珠巖四種保溫材料模擬建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷，保溫材料厚度從30到90mm，每隔5mm厚度遞增為一個(gè)研究點(diǎn)[4]。添加保溫層后，不同材料、不同保溫層厚度的外墻傳熱系數(shù)見(jiàn)圖1。

對(duì)圖1數(shù)據(jù)分析可知：

（1）達(dá)到外墻傳熱系數(shù)限值，聚苯板厚度需80mm，擠塑板厚度需50mm，聚氨酯厚度需65mm，珍珠巖厚度需95mm；

（2）在相同厚度條件下，4種保溫材料的傳熱系數(shù)由小到大是：擠塑板（XPS）<聚氨酯（PUR）<聚苯板（EPS）<珍珠巖；

（3）聚苯板的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.85%/mm，由80mm增加至90mm，傳熱系數(shù)下降0.4%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至50mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降1.01%，由50mm增加至90mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.43%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.92%/mm，由65mm增加至90mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.41%/mm。由此可見(jiàn)，四種保溫材料的傳熱系數(shù)隨著保溫層厚度的增加都呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，且降低的變化率在逐漸減緩。

由DeST-C計(jì)算，四種不同保溫材料、不同厚度情況下，建筑物的全年累計(jì)冷熱負(fù)荷，計(jì)算結(jié)果如圖2和圖3所示。

對(duì)圖2和圖3數(shù)據(jù)分析可知：

（1）聚苯板的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.32%/mm，由80mm增加至90mm，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.18%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至50mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.42%/mm，由50mm增加至90mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.19%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.36%/mm，由65mm增加至90mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.19%/mm；珍珠巖的厚度由30mm增加至60mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.40%/mm，由60mm增加至90mm，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.23%/mm；由此可見(jiàn)，隨著外墻保溫材料厚度的增加，建筑全年累計(jì)熱負(fù)荷逐漸降低，且降低的變化率逐漸變緩；

（2）聚苯板的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.06%/mm，由80mm增加至90mm，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.03%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至50mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.08%/mm，由50mm增加至90mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.04%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.07%/mm，由65mm增加至90mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.03%/mm；珍珠巖的厚度由30mm增加至60mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.08%/mm，由60mm增加至90mm，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.04%/mm；由此可見(jiàn)，建筑全年累計(jì)冷負(fù)荷逐漸增加，增加的速率也在逐漸變緩。

圖2 不同厚度、外墻材料的建筑累計(jì)熱負(fù)荷

圖3 不同厚度、外墻材料的建筑累計(jì)冷負(fù)荷

（3）在相同保溫材料厚度下，4種保溫材料的累計(jì)熱負(fù)荷由小到大依次為：擠塑板（XPS）<聚氨酯（PUR）<聚苯板（EPS）<珍珠巖；4種保溫材料材料的累計(jì)冷負(fù)荷從大到小依次為：擠塑板（XPS）>聚氨酯（PUR）>聚苯板（EPS）>珍珠巖。

以外墻不加保溫層為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算得出既有辦公建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷，即不加外墻保溫材料時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷為603027kWh，累計(jì)冷負(fù)荷為415637.32kWh，由此可以分析、計(jì)算出不同保溫材料、保溫層厚度的節(jié)能率，如圖4和圖5所示。

圖4 不同厚度、外墻保溫材料累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率

圖5 不同厚度、外墻保溫材料累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率

對(duì)圖4和圖5數(shù)據(jù)分析可知：

（1）對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷，擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）、聚苯板（EPS）、珍珠巖四種保溫材料的最大節(jié)能率分別為45.66%、43.96%、42.00%、40.03%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷，擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）、聚苯板（EPS）、珍珠巖四種保溫材料的最大節(jié)能率分別為10.36%、9.85%、9.26%、8.72%。

（2）相同保溫層厚度下，四種保溫材料的節(jié)能比由大到小依次為：擠塑板（XPS）>聚氨酯（PUR）>聚苯板（EPS）>珍珠巖。

3.4 屋面節(jié)能改造設(shè)計(jì)計(jì)算及節(jié)能潛力分析

既有建筑的屋面節(jié)能改造就是為建筑屋面增設(shè)某些構(gòu)造，以使整個(gè)屋面的熱工性能能夠達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)范的要求，同時(shí)有效地避免屋面構(gòu)造層內(nèi)部的冷凝和凍結(jié)。屋面保溫效果的優(yōu)劣，對(duì)建筑能耗的影響很大。所以，加強(qiáng)屋面的保溫隔熱性能，對(duì)于建筑節(jié)能具有很大幫助。

在選擇屋面保溫材料時(shí)，一般選擇和外墻保溫相類似的材料。目前，既有建筑屋頂?shù)墓?jié)能改造措施有：保溫平屋面，保溫平屋頂又可以分為正置式屋頂和倒置式屋頂，其中正置式屋頂保溫層處于防水層之下，倒置式屋頂保溫層在防水層之上[3]。本文中的既有建筑的屋面屬于倒置式屋頂，保持外墻及外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不變，改變屋面保溫材料種類和厚度，計(jì)算不同材料、不同厚度的建筑能耗，得出適宜于屋面節(jié)能改造的保溫材料及厚度。

3.5 屋面數(shù)據(jù)分析

既有辦公建筑建筑屋頂材料為：水泥砂漿（20mm）+聚苯乙烯泡沫塑料（80mm）+油毛氈（5mm）+鋼筋混凝土（200mm）+水泥砂漿（20mm），倒置式屋面，屋面平均傳熱系數(shù)為0.448W/(m2·K)，要求限值為≤0.40W/(m2·K)，需要對(duì)屋面進(jìn)行節(jié)能改造。

通過(guò)調(diào)研選取聚苯板（EPS）、擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）三種保溫材料模擬建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷，保溫材料厚度從30到100mm，每隔5mm厚度遞增為一個(gè)研究點(diǎn)[5]，添加保溫層后，不同材料、不同保溫層厚度的屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)如圖6所示。

圖6 不同材料、不同保溫層厚度屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

對(duì)圖6數(shù)據(jù)分析可知：

（1）達(dá)到屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)限值，聚苯板厚度需100mm，擠塑板厚度需65mm，聚氨酯厚度需80mm；

（2）相同厚度的情況下，3種保溫材料的傳熱系數(shù)由小到大為：擠塑板（XPS）<聚氨酯（PUR）<聚苯板（EPS）；

（3）聚苯板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降1.23%/mm，由65mm增加至100mm，傳熱系數(shù)下降0.86%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降1.33%/mm，由65mm增加至100mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.91%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降1.08%/mm，由80mm增加至100mm時(shí)，傳熱系數(shù)下降0.88%/mm。由此可見(jiàn)，三種保溫材料的傳熱系數(shù)隨著保溫層厚度的增加都呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，且降低的變化率在逐漸減緩。

由DeST-C計(jì)算，不同保溫材料、不同厚度情況下，建筑物的全年累計(jì)冷熱負(fù)荷，計(jì)算結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 不同厚度、屋面材料的建筑累計(jì)熱負(fù)荷

圖8 不同厚度、屋面材料的建筑累計(jì)冷負(fù)荷

對(duì)圖7和圖8數(shù)據(jù)分析可知：

（1）聚苯板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.02%/mm，由65mm增加至100mm，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.01%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.02%/mm，由65mm增加至100mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.008%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.02%/mm，由80mm增加至100mm時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷下降0.008%/mm；由此可見(jiàn)，隨著外墻保溫材料厚度的增加，建筑全年累計(jì)熱負(fù)荷逐漸降低，且降低的變化率逐漸變緩；

（2）聚苯板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.001%/mm，由65mm增加至100mm，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.0006%/mm；擠塑板的厚度由30mm增加至65mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.001%/mm，由65mm增加至100mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.0005%/mm；聚氨酯的厚度由30mm增加至80mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.001%/mm，由80mm增加至100mm時(shí)，累計(jì)冷負(fù)荷增加0.0005%/mm；由此可見(jiàn)，建筑全年累計(jì)冷負(fù)荷逐漸增加，且增加的趨勢(shì)逐漸變緩；

（3）在相同保溫材料厚度下，3種材料屋面的累計(jì)熱負(fù)荷從小到大依次為：擠塑板（XPS）<聚氨酯（PUR）<聚苯板（EPS）；3種材料的累計(jì)冷負(fù)荷從大到小依次為：擠塑板（XPS）>聚氨酯（PUR）>聚苯板（EPS）。

以屋面不加保溫層為基準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算得出既有辦公建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷，即不加屋面保溫材料時(shí)，累計(jì)熱負(fù)荷為352846.21kWh，累計(jì)冷負(fù)荷為457337.65kWh，由此可以分析、計(jì)算出不同保溫材料、保溫層厚度的節(jié)能率，如圖9和圖10所示。

圖9 不同厚度、屋面保溫材料累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率

圖10 不同厚度、屋面保溫材料累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率

對(duì)圖9和圖10數(shù)據(jù)分析可知：

（1）由圖可知，隨著保溫層厚度的增加，累計(jì)冷熱負(fù)荷的節(jié)能率呈現(xiàn)出逐漸增加并趨于平緩的趨勢(shì)；

（2）對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷，擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）、聚苯板（EPS）三種保溫材料的最大節(jié)能率分別為4.25%、4.10%、3.93%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷，擠塑板（XPS）、聚氨酯（PUR）、聚苯板（EPS）三種保溫材料的最大節(jié)能率分別為0.19%、0.18%、0.17%；

（3）相同保溫層厚度下，三種保溫材料的節(jié)能比由大到小依次為：擠塑板（XPS）>聚氨酯（PUR）>聚苯板（EPS）。

3.6 外窗節(jié)能改造

建筑門窗連接著建筑室內(nèi)外，作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，窗的能耗在整個(gè)建筑能耗中占據(jù)很大比重，據(jù)相關(guān)研究表明，外窗造成的熱量損失約占建筑采暖能耗的30%～50%。影響外窗能耗的因素有室內(nèi)外溫度、建筑朝向、窗墻比、窗型的選擇、玻璃選擇、窗框材料的選擇、遮陽(yáng)方式選擇、氣密性等，可以通過(guò)控制窗墻比、窗的可開(kāi)啟大小以及內(nèi)遮陽(yáng)等方式來(lái)減少建筑能耗[7]，但是玻璃類型的選擇和窗框材料的選擇對(duì)建筑能耗的影響尤為重要，故本文對(duì)外窗節(jié)能改造主要以改造鑲嵌材料為主。

既有辦公建筑外窗材料為普通中空玻璃（12mm），外窗平均傳熱系數(shù)為2.9W/(m2·K)，各個(gè)朝向外窗要求限值見(jiàn)表6。

表6 各個(gè)朝向外窗傳熱系數(shù)限值

選取鍍low-e膜中空（低透型）、內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）、真空鍍膜復(fù)合中空玻璃、內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）四種玻璃類型進(jìn)行建筑負(fù)荷模擬計(jì)算，各種玻璃參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 各種玻璃參數(shù)

計(jì)算分兩種情況進(jìn)行，全部更換外窗材料和單獨(dú)更換南向外窗材料，模擬分析結(jié)果如圖11和圖12所示。

對(duì)圖11和圖12數(shù)據(jù)分析可知：

（1）在既有辦公建筑的基礎(chǔ)上將各個(gè)朝向外窗的玻璃全部更換為內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）、內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）、真空鍍膜復(fù)合中空玻璃三種玻璃，根據(jù)模擬的結(jié)果來(lái)看，三種玻璃的累計(jì)冷熱負(fù)荷均小于原有辦公建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷；在既有辦公建筑的基礎(chǔ)上將南向外窗的玻璃全部更換為內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）、真空鍍膜復(fù)合中空玻璃兩種玻璃，根據(jù)模擬的結(jié)果來(lái)看，兩種玻璃的累計(jì)冷熱負(fù)荷均小于原有辦公建筑的累計(jì)冷熱負(fù)荷。

圖11 全部更換外窗材料的建筑累計(jì)冷熱負(fù)荷

圖12 單獨(dú)更換南向外窗材料的建筑累計(jì)冷熱負(fù)荷

（2）對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷，各個(gè)朝向全部更換外窗材料，累計(jì)熱負(fù)荷由大到小依次為：內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）>真空鍍膜復(fù)合中空玻璃>內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）；單獨(dú)更換南向外窗材料，累計(jì)熱負(fù)荷由大到小依次為：內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）>真空鍍膜復(fù)合中空玻璃；

（3）對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷，各個(gè)朝向全部更換外窗材料，累計(jì)冷負(fù)荷由大到小依次為：內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）>內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）>真空鍍膜復(fù)合中空玻璃；單獨(dú)更換南向外窗材料，累計(jì)冷熱負(fù)荷由大到小依次為：內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）>真空鍍膜復(fù)合中空玻璃。

以既有辦公建筑為基礎(chǔ)，計(jì)算出的累計(jì)冷熱負(fù)荷為基準(zhǔn)，可以計(jì)算出兩種不同情況外窗的節(jié)能率，如圖13和圖14所示。

圖13 全部更換外窗材料累計(jì)冷熱負(fù)荷節(jié)能率

圖14 單獨(dú)更換南向外窗材料的累計(jì)冷熱負(fù)荷節(jié)能率

對(duì)圖13和圖14數(shù)據(jù)分析可知：

（1）全部更換外窗材料，內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）夏季節(jié)能率為3.74%，冬季節(jié)能率為6.18%；內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）夏季節(jié)能率為7.36%，冬季節(jié)能率為13.82%；真空鍍膜復(fù)合中空玻璃夏季節(jié)能率為8.50%，冬季節(jié)能率為8.15%；單獨(dú)更換南向外窗材料，內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）夏季節(jié)能率為1.19%，冬季節(jié)能率為5.10%；真空鍍膜復(fù)合中空玻璃夏季節(jié)能率為1.78%，冬季節(jié)能率為6.08%。

僅從節(jié)能方面來(lái)考慮，蘭州地區(qū)既要考慮保溫也要兼顧一定的隔熱，所以進(jìn)行窗戶改造時(shí)，推薦選用內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）；單獨(dú)更換南向外窗，更為方便、快捷，減少造價(jià)和工程量，推薦選用真空鍍膜復(fù)合中空玻璃，但是相比較于全部更換各個(gè)朝向的外窗材料，節(jié)能率有所降低。

4 結(jié)論

本論文對(duì)蘭州地區(qū)既有公共建筑的外墻、屋面、外窗進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，經(jīng)系列計(jì)算，得到如下結(jié)論。

（1）外墻采用外保溫，傳熱系數(shù)限值為≤0.45W/(m2·K)，為達(dá)此限值，擠塑板厚度需50mm，聚氨酯厚度需65mm，聚苯板厚度需80mm，珍珠巖厚度需95mm；對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率，四種保溫材料的最大節(jié)能率分別為45.66%、43.96%、42.00%、40.03%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率，四種保溫材料的最大節(jié)能率分別為10.36%、9.85%、9.26%、8.72%。綜合比對(duì)，對(duì)于蘭州地區(qū)，推薦選擇50mm厚度擠塑板（XPS）即可。

（2）屋面進(jìn)行節(jié)能改造，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)限值為≤0.40W/(m2·K)，為達(dá)到此限值，擠塑板厚度需65mm，聚氨酯厚度需80mm，聚苯板厚度需100mm；對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率，三種保溫材料的最大節(jié)能率分別為4.25%、4.10%、3.93%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率，三種保溫材料的最大節(jié)能率分別為0.19%、0.18%、0.17%；綜合對(duì)比，對(duì)于蘭州地區(qū)，屋面推薦選用65mm厚度擠塑板（XPS）即可。

（3）如果各個(gè)朝向的外窗材料全部更換，對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率，內(nèi)張膜中空玻璃（單膜）、內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）、真空鍍膜復(fù)合中空玻璃節(jié)能率為3.74%、7.36%、8.50%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率，三種玻璃依次為6.18%、13.82%、8.15%。綜合比對(duì)，建議選用內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）。如果單獨(dú)更換南向外窗材料，對(duì)于累計(jì)熱負(fù)荷節(jié)能率，內(nèi)張膜中空玻璃（雙膜）、真空鍍膜復(fù)合中空玻璃節(jié)能率為1.19%、1.78%；對(duì)于累計(jì)冷負(fù)荷節(jié)能率，兩種玻璃依次為5.10%、6.08%；綜合比對(duì)，建議選用真空鍍膜復(fù)合中空玻璃。

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Research on the Optimization and Transformation of the Envelope of an Existing Office Building in Cold Area

Huang Shuaishuai Li Yan Cui Jingdong Han Fucheng

( School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou, 730070 )

Among the energy consumption of existing public buildings, the envelope has great potential for energy conservation. Taking an existing office building in Lanzhou as an example, DeST-C Ssoftware was used to simulate different material thickness and window type of envelope structure to obtain a series of loads. Through data analysis and comparison, the following conclusions were drawn: the suitable material for external insulation of external wall was extruded panel with 50mm, and the maximum energy saving rate of thermal load was 45.66%. Roof suitable insulation material is 65mm extruded board, the maximum heat load energy saving rate is 4.25%; All the faces of the exterior Windows should be replaced with glass. Inner tensioned insulating glass (double membrane) is recommended. The maximum energy saving rate of thermal load is 7.36%. It is recommended to use vacuum coated composite insulating glass. The maximum energy saving rate of thermal load is 1.78%.

Cold areas;Existing office buildings;Envelope structure; Energy saving reconstruction; DeST-C

TU111.19+5

A

1671-6612（2020）02-215-09

黃帥帥（1995.3-），男，碩士，E-mail：1066914899@qq.com

2019-06-17