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既有居住建筑节能改造研究

既有居住建筑节能改造研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名：

李雅文

指导教师：

张仕廉教授

专　　业：

管理科学与工程

学科门类：

工学

重庆大学建设管理与房地产学院

二O一O年四月

StudyonExisitingResidentialBuildingEnergySavingReconstruction

AThesisSubmittedtoChongqingUniversity

inPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

DegreeofMasterofEngineering

By

LiYawen

SupervisedbyProf.ZhangShilian

Major:

ManagementScienceandEngineering

CollegeofConstructionmanagementandRealEstateof

ChongqingUniversity,Chongqing,China

April2010

摘要

能源是人类生存和发展的重要物质基础。

我国人口众多、能源资源相对不足，近几年能源资源过度消耗和由此造成的环境污染已经成为制约我国经济健康持续发展的重大问题。

建筑能耗是社会能耗的三架马车之一,既有建筑能耗是建筑能耗最大的组成部分。

对既有建筑进行节能改造，是建筑节能、降低社会总能耗的重要途径。

本文的研究就是希望通过既有居住建筑节能现状分析，从技术和经济两个方面提出既有居住建筑节能改造较为可行的技术手段和保障措施，为全国既有居住建筑节能改造理论和实践服务。

本文通过文献研究法、调查访问法、比较分析法等方式，在对建筑节能和既有建筑节能概念进行界定的基础上，分析了我国既有居住建筑节能的现状，归纳出了造成既有居住建筑不节能的主要原因。

在技术层面上综合气候条件、既有居住建筑特点等客观因素，研究了既有居住建筑节能改造较为可行的技术措施，主要从气候在既有建筑节能改造中的地位和作用、平面、立面、围护结构、采暖空调系统以及可再生能源利用系统改造设计等方面来阐述。

另外，从经济学的角度分析了既有居住建筑节能改造的外部性以及相关主体的利益关系，提出从健全法律体系,完善政策体系,建立评价体系,建立监管体系,建立建筑节能技术和产品研发体系、建立宣传推广体系等六个方面推动既有居住建筑节能改造的保障措施。

关键词：

建筑节能，居住建筑，节能改造，外部性

ABSTRACT

Energyisimportantforhumansurvivalandsocialdevelopment.TherearesomanyproblemsrestrictingChina'seconomichealthandsustainabledevelopment,suchasChina'slargepopulation,relativeshortageandexcessiveconsumptionofenergyresources,andtheresultingenvironmentalpollution.Buildingenergyconsumptionisoneofthemostimportantpartofsocialenergy,especiallytheexistingbuildingenergyconsumption.Theimportantwayforenergysavingoftheexistingbuildingsistobuildenergyefficiencyandtoreducetotalenergyconsumptionofthecommunity.Thispaperhopestomakemorefeasibletechnicalmeansandsecuritymeasuresforexistingresidentialbuildingsnationwideonenergy-savingtheoryandpracticeofservice.

Inthispaper,literatureresearch,survey,comparativeanalysisandsomeothermethodsareusedonbuildingenergyconservationandenergyefficiencyofexistingbuildingsbasedonthedefinitionoftheconcept,thenanalysisofenergyefficiencyofexistingresidentialbuildingsinChina'scurrentsituationsummedupthatthecauseofexistingresidentialisnotthemainreasonforbuildingenergyconservation.Integratedwithclimateconditions,thecharacteristicsofexistingresidentialbuildingstherearesomeobjectivefactorsoftheexistingresidentialbuildingenergysavingtechnologymorefeasiblemeasures,mainlyfromtheclimateintheexistingbuildingenergysavinginthepositionandrole,flat,verticalsurface,buildingenvelope,heatingandairconditioningsystemsandrenewableenergysystemsdesign,soastoillustratetransformation.Inaddition,fromaneconomicpointofviewoftheexistingresidentialbuildingsintheexternalenergysavingandrelatedsubjectsofinterest,wecanpromotetheexistingresidentialbuildingenergysavingmeasuresofprotectionsuchasimprovethepolicysystem,establishevaluationsystemandbuildingenergyconservationtechnologyandproductR&Dsystemandsoon.

Keywords:

BuildingEnergyConservation,ResidentialBuildings,

EnergySavingReconstruction,Externalities

目录

中文摘要I

英文摘要II

1导论1

1.1研究背景1

1.1.1能源、环境的重要性1

1.1.2建筑节能的重要意义1

1.1.3既有建筑节能改造的必要性2

1.2国内外研究现状2

1.2.1国外研究现状2

1.2.2国内研究现状3

1.3研究的目的和内容4

1.3.1研究的目的4

1.3.2研究的内容4

1.4研究方法与技术路线5

1.4.1研究方法5

1.4.2技术路线5

2既有居住建筑的节能现状分析6

2.1既有建筑节能的界定6

2.1.1建筑节能的界定6

2.1.2既有建筑节能的界定8

2.2既有居住建筑节能的现状9

2.3既有居住建筑节能现状分析10

2.3.1技术方面10

2.3.2经济方面11

2.3.3管理方面12

3既有居住建筑的节能改造设计14

3.1气候特征与建筑节能改造设计14

3.1.1气候的核心要素14

3.1.2气候分区及热工性能14

3.2平面节能改造设计16

3.2.1平面节能改造设计遵循的原则16

3.2.2较为可行的节能改造措施18

3.3立面节能改造设计21

3.3.1确定合适的窗墙比22

3.3.2建筑遮阳设计22

3.4围护结构节能改造设计23

3.4.1屋面节能改造24

3.4.2墙体节能改造26

3.4.3门窗节能改造27

3.5采暖系统节能改造设计30

3.5.1热源改造30

3.5.2热网改造30

3.5.3室内采暖系统改造30

3.6可再生能源利用32

3.6.1太阳能利用32

3.6.2地热能利用35

4既有居住建筑节能改造的保障措施37

4.1既有居住建筑节能改造的外部经济性分析37

4.2既有居住建筑节能改造主体的利益分析38

4.3既有居住建筑节能改造的保障措施40

5结论与展望42

5.1结论42

5.2展望42

致谢44

参考文献45

附录47

1导论

1.1研究背景

1.1.1能源、环境的重要性

能源是人类生存和发展的重要物质基础。

近年来，能源环境问题已经成为世界各国最为关注的热点。

据综合估算，全球石油储量大约在2050年左右宣告枯竭，天然气将在57~65年内枯竭，煤可以供开采169年[1]。

对自然资源的掠夺式开发，也造成了淡水短缺、森林锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝等严重的环境问题。

能源环境问题成为人类可持续发展必须寻求正常途径予以解决的重大课题。

我国人口众多、能源资源相对不足，人均拥有量远低于世界平均水平，即使比较丰富的煤炭资源也只有世界平均水平的63%，加上我国多年来一直采取了高投入、低效率的粗放发展模式，能源和环境问题尤其突出。

我国国民经济是美国发展水平的十分之一，但社会总能耗却是美国的三分之一，煤炭耗量世界第一，废气排放居第三大国[2]。

同时，中国的荒漠化土地已达267.4万多平方公里，而且荒漠化还在以每年1万多平方公里的速度在增长。

七大江河水系中，完全没有使用价值的水质已超过40％。

中国每创造1亿元GDP就要排放28.8万吨废水，其中80％以上未经处理。

全国1/3的城市人口呼吸着严重污染的空气，有1/3的国土被酸雨侵蚀[3]。

据中科院测算，目前由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15％，这意味着一边是9％的经济增长，一边是15％的损失率。

节能环保问题，已不仅仅是中国可持续发展的问题，也成为吞噬经济成果的恶魔。

1.1.2建筑节能的重要意义

建设资源节约型社会，是党中央根据我国的社会、经济发展状况，在对国际形势和国内政治经济和社会发展历史科学判断基础上做出的战略决策，可持续发展也是科学发展观的根本要求。

节约能源是资源节约型社会的重要组成部分。

建筑是满足人类物质和精神生活需要的重要人工环境。

由于人类对舒适性的过度追求，加上毫无节制的开发与建设，使现代建筑隔裂了人与自然的天然联系和交流，也给环境和资源造成了沉重的负担。

据统计，建造各类建筑及其附属设施使用了人类从自然界所获得的50%以上的物质原料，在建造与使用过程中又消耗了全球能源的50%左右；在环境污染中，与建筑有关的污染占34%，建筑垃圾则占人类活动产生垃圾总量的40%；在发展中国家，迅速膨胀的建筑规模还造成耕地减少、破坏生态环境等现象日益严重。

就中国来说，建筑的运行能耗已成为全社会能耗的重要组成部门，以2006年为例，全国建筑总面积395亿平方米，总商品能源消耗5.63亿吨标准煤，占当年社会总能耗的23.1%，我国住宅的能源消耗大约相当于同纬度欧洲国家的2 - 4倍，是节能潜力最大的用能领域[4]。

 随着我国经济发展，人民生活水平的提高，全国建筑能耗呈稳步上升的趋势。

因此，大力发展节能建筑，降低建筑能耗，对于降低社会总能源消耗，减轻资源环境压力，促进经济社会持续发展意义重大。

建筑节能既是落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，减轻环境污染，实现人与自然和谐发展的重要举措；更是调整房地产业结构和转变建筑业增长方式，转变经济增长方式，促进经济结构调整的迫切需要；也是按照减量化、再利用、资源化的原则，促进资源综合利用，建设节约型社会，发展循环经济的根本要求；还是进一步改善人民生活与工作环境，实现人民群众共享改革发展成果的重要体现。

1.1.3既有建筑节能改造的必要性

我国的既有建筑，特别是上个世纪九十年代以前建造的建筑，由于受各种条件的制约，大都存在保温隔热性和气密性差、供热系统热效率低下、舒适性差等问题，相当一部分住宅冬天虽有暖气，但室温还不到16度。

夏季室内温度则很高，外墙墙体结露发霉严重。

从住宅使用寿命看，这些住宅仍有20-30年使用期。

目前，我国每年城乡新建住房建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；现有建筑近400亿平方米，95％达不到节能标准。

即便执行了建筑节能标准的住宅建筑，其住宅能耗与相同气候条件的欧美国家相比，单位建筑面积要多消耗50%-100%的采暖热量，且舒适性较差。

这些建筑在使用过程中，其采暖、空调、通风、照明等方面消耗的能量已占全国总能耗的30%左右，2020年既有建筑面积将增至700亿m2，规模和能耗巨大[5]。

对高能耗的既有建筑进行节能改造，无论是从改善群众居住条件和舒适度的角度，还是从充分利用现有建筑，避免重复建设的角度，或者是从降低社会能源消耗，减轻能源负担的角度看，都是十分必要和紧迫的。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

发达国家建筑节能工作始于20世纪70年代末，以制定建筑节能国家和行业标准为起点，并随着科技进步和社会发展，每隔几年就及时修订与节能有关的标准。

国外建筑节能工作主要体现在两个方面：

一是在新建建筑中强制执行建筑节能国家和行业标准。

由于建筑节能标准执行严格，目前发达国家新建建筑节能措施都能较好到位，节能效果也达到相关标准和要求，实现了不再产生新的非节能既有建筑。

二是对既有的非节能建筑进行节能改造。

发达国家普遍制定了有较强吸引力的经济扶持政策，以调动社会各方面进行节能改造的积极性。

十多年前，北欧和中欧的既有建筑节能改造工作基本完成，西欧和北美国家的既有建筑节能改造还在继续进行中。

国外的建筑节能发展大致可以划分为四个阶段:

第一阶段为20世纪七十年代初期，由于两次中东战争，石油输出国对美国、日本等国家实行了石油禁运，发达国家经历了非常严重的石油危机，迫使其对能源使用进行严格的限制。

在舒适健康与节能之间寻找新的平衡成为政府和学者们共同关心的问题。

第二阶段为20世纪八十年代初期，发达国家发现，限制建筑用能政策也产生了一系列后遗症，比如，长时间在新风量不足的办公楼工作的人员患上了“建筑综合症”，室内空气质量恶化问题严重。

为了保证脑力劳动者的高生产率，建筑必须满足舒适、健康、安全的功能要求，政府和学者们又开始在生产率与节能之间寻找新的平衡。

第三阶段是20世纪九十年代，温室效应导致的全球变暖问题成为世人瞩目的焦点，人们又开始研究既保证舒适与效益又减少能源资源消耗的可持续发展理论，建筑节能受到空前的重视，地位也上升到前所未有的高度。

第四阶段是21世纪以后，随着能源短缺和环境污染两大矛盾的尖锐化，建筑节能的地位将会更高。

今后一个时期，建筑节能的目标是资源能源投入的效益最大化，或者说单位资源能源投入获取最大的经济和社会效益，以适应人类对资源需求日益增长带来的挑战。

主要表现为大量利用可再生能源，进行合理设计，夏季尽量用自然通风降温并减少阳光辐射热的侵入，冬季则尽量利用遮挡避风并增加太阳辐射得热。

1.2.2国内研究现状

我国的建筑节能工作起步较晚，在20世纪80年代初才刚刚启动，主要偏重于北方采暖地区住宅节能。

大体可以分为四个时期：

第一时期，1980-1987年技术研究与技术标准研究制定阶段。

第二时期，1988年-1994年开展建筑节能工程试点试验和扩大示范阶段。

第三时期，1994年-1996年有组织地制定建筑节能政策并组织实施建筑节能工作阶段。

第四时期，1997年以后全面实施节能50%第二步目标的实施工作阶段。

在这四个时期，颁布了一系列关于建筑节能的法律法规和技术标准。

1986年建设部颁发了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-86）；2000年l0月11日颁布了《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》；2001年10月1日建设部颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）；2003年7月建设部颁布了《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ75—2003）等一系列标准。

1998 年1 月1 日起实施的《中华人民共和国节约能源法》，对依法推进建筑节能工作具有重要意义。

为了达到节能50% 的目标， 国家还颁布了《民用建筑节能设计标准》（JGJ126 — 95）、《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）等相关法规。

成为缓解我国能源紧缺矛盾、改善人民生活工作条件、减轻环境污染、促进经济可持续发展的重大举措。

2008年10月1日开始施行的《民用建筑节能条例》，对中国民用建筑节能做出了主要规定，并规定了如何推进民用建筑节能工作。

《民用建筑节能条例》指出，县级以上人民政府应当安排民用建筑节能资金，政府引导金融机构对既有建筑节能改造、可再生能源的应用，以及民用建筑节能示范工程等项目提供支持。

此外，国家积极推进供热体制改革，完善供热价格形成机制，鼓励发展集中供热，逐步实行按照用热量收费制度。

针对现实存在的一些地方和单位不执行或擅自降低节能设计标准，新建建筑执行建筑节能设计标准的比例不高的问题，《民用建筑节能条例》规定在不增加新的行政许可的前提下，提出对新建建筑节能实施全过程监管。

同时，条例规定购房者可根据商品房买卖合同和住宅质量保证书、住宅使用说明书中载明的商品房的能源消耗指标的实际情况进行维权。

1.3研究的目的和内容

1.3.1研究的目的

研究目的有三个：

一是分析研究既有居住建筑节能现状，识别既有居住建筑能耗的重点和造成的原因。

二是从平面改造、围护结构改造、采暖空调改造和新能源利用系统改造等方面提出了节能改造的主要技术措施。

三是从经济、法律和管理等方面研究节能改造的保障措施，更好地推动既有建筑节能改造实践。

1.3.2研究的内容

本文共有五个部分：

①导论

主要介绍论文研究背景、研究目的和内容、国内外研究现状，以及论文的框架结构。

②既有居住建筑节能现状

分析既有居住建筑节能现状，确定既有居住建筑能源消耗的主要方面和原因。

③既有居住建筑节能改造设计

研究既有居住建筑的空间形态更新改造和外部形式更新改造措施，以提高现有居住建筑的节能水平。

④既有居住建筑节能改造的保障措施

分析了既有居住建筑节能改造的外部性以及相关主体的利益关系，并在此基础上，从经济和管理的角度提出推广节能建筑的保障措施。

⑤结论与展望

1.4研究方法与技术路线

1.4.1研究方法

文献研究法。

既有居住建筑节能改造是一个系统工程，涉及经济、行政、法规、技术等多个层面的问题，需要广泛阅读和研究各类人员从不同角度对这一课题的研究成果，以掌握这一课题的研究现状。

文献研究法，就是根据一定的研究目的或课题需要，通过文献收集来获得相关资料，了解先前的研究与目前所作的研究有何联系，包括了解以前研究的优点和不足。

课题所需文献的来源和种类主要是从学校图书馆（包括数字图书馆）查阅出相关的著作及期刊资料。

本文主要对四个方面的文献进行了研究：

一是国家建筑节能的相关法律法规和技术标准。

二是国内外建筑节能理论。

三是建筑节能改造的技术手段。

四是建筑节能改造项目管理。

调查访谈法。

国内有许多比较成功的建筑节能改造典范，总结推广他们的主要做法和成功经验，对于其他节能改造项目具有重要意义。

本人通过多种方式对有关项目的工作人员和相关学者进行了调查访谈，获取他们节能改造的有关数据，为论文提供实践论据。

比较分析法。

对比借鉴德、美等发达国家推动建筑节能的经验做法，结合我国实际，提出我国既有建筑节能改造的保障措施。

此外，本文还使用了列举法、图表法等多种研究方法。

1.4.2技术路线

图1.1技术路线图

Figure1.1TechnicalRoute

2既有居住建筑的节能现状分析

2.1既有建筑节能的界定

2.1.1建筑节能的界定

建筑节能概念起源于西方发达国家，最初是指减少建筑中能量的散失，现在则普遍称为“提高建筑中的能源利用率”，在保证提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。

所界定的范围指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯等方面的能耗。

不同时期，不同的建筑师对建筑节能的论述也不尽相同，归纳起来主要有以下观点[6]：

①生土建筑（掩土建筑、覆土建筑）

生土建筑具有冬暖夏凉、节能节地、防风防暴、保护生态环境和自然风景的优点，我国西北地区的窑洞是生土建筑的典型代表。

其主要特点是利用覆土改善建筑热工性能，实现保温、致凉和节约能源的目的。

在生土建筑设计实践方面，代表人物有澳大利亚的西德尼∙巴格斯、英格兰的阿瑟∙昆姆比和美国的麦尔科姆∙威尔斯。

我国西安建筑科技大学教授夏云等学者也对生土建筑进行了系统的研究。

②结合气候的建筑

这一思想始于20世纪20、30年代，形成于50、60年代。

其核心是建筑与气候密不可分，气候是建筑设计的前提，直接影响建筑的功能和舒适性，因此，要在建筑设计中充分尊重和利用当地气候条件。

代表人物有提出“生物气候地方主义”设计理论和方法的V∙奥戈亚、提出“形式追随气候”设计概念的印度建筑师C∙柯里亚、以及认为气候造成建筑形式不同，并对建筑影响微气候问题进行深入研究的哈桑∙法希。

③生物建筑

生物建筑从整体的角度看待人与建筑的关系，其最明显的特征是把建筑看作有生命的生物，建筑的外围护结构被认为是建筑的皮肤，具有与人类皮肤一样的功能，能够完成室内外各种物质能量的交换。

生物建筑特别强调设计的中心应当是满足人类的物质生活和精神需要。

建筑的外形、质感和功能要与周边环境和使用者相一致。

代表人物是《自然住宅手册》的作者戴维·皮尔森。

④自维持住宅

自维持住宅的设计研究始于20世纪60年代，其核心观点是把建筑看成一个功能完善而又独立的模块，这个模块形成一个封闭的生态系统，其唯一的输入是周边自然环境提供的自然能量。

自维持建筑最大的特点是自成体系，自行维护，不需要外界的介入和支持。

一般建筑都需要通过复杂的管路与电力、天然气、水、通信等市政管网相连以获取能源和信息，而自维持建筑则不需要，其主要靠太阳能、风和雨水维持自身的运作，并对产生的各种废弃物进行处理，以保持自身物质和能量的不断循环。

代表人物有布兰达∙威尔和罗伯特∙威尔。

⑤新陈代谢建筑

新陈代谢建筑理论产生于20世纪60年代，由日本建筑师黑川纪章、菊竹清训、川添登等人提出，大高正人、槙文彦也是重要的代表人物。

其核心观点是反对机器原理时代所推崇的模式、范型和理想