郑州某村镇住宅节能示范工程设计方案

郑州市惠济区古荥镇曹村坡村农居
节能示范工程简介

一、建筑概况
本课题示范工程位于郑州市惠济区古荥镇曹村坡村，建于2008年9月，建筑面积130m2，砖混结构，共一层，层高3600mm。
围护结构主要构造措施为：外墙为240mm粘土实心砖；外窗为塑钢双层玻璃窗；平屋顶，屋面为80mm现浇钢筋混凝土板。建筑南向外墙为面砖饰面，东、西、北向外墙均为浅色涂料饰面。
室内冬季无采暖设施，夏季依靠开窗开门通风和风扇降温。
建筑平面图如下：

图1 郑州市惠济区古荥镇曹村坡村示范农居平面图


图2 郑州市惠济区古荥镇曹村坡村示范农居外景图

二、建筑节能示范技术与安装
（一）围护结构节能技术方案
1.外墙内、外保温技术
（1）技术方案
该示范工程属于改造项目，其南向外墙为光滑的瓷砖饰面，东、西、北向外墙为涂料饰面；如果南向外墙采用EPS板外墙外保温系统，不仅要对面砖饰面进行打磨处理，还要按照新农村建设统一规划的要求，外墙粘贴同种类型、同种颜色的面砖，考虑到成本控制与同种面砖购买的现实困难，南向外墙采用胶粉EPS保温浆料内保温，东、西、北向外墙采用EPS板外墙外保温系统，同时为了消除内保温结构性热桥影响，经过外墙内表面结露验算，东、西向外墙内部加抹20mm胶粉EPS保温浆料内保温。
改造后构造措施为：
东西向外墙：水泥砂浆（20mm）+膨胀聚苯板（50mm）+粘土实心砖（240mm）+胶粉聚苯颗粒保温浆料（20mm）+水泥砂浆（20mm）
北向外墙：水泥砂浆（20mm）+膨胀聚苯板（50mm）+粘土实心砖（240mm）+水泥砂浆（20mm）
南向外墙：水泥砂浆（20mm）+粘土实心砖（240mm）+胶粉聚苯颗粒保温浆料（50mm）+水泥砂浆（20mm）
改造后，东西向外墙平均传热系数由原来的2.0 W/m2•K为0.61 W/m2•K；北向外墙平均传热系数由原来的2.0 W/m2•K为0.68W/m2•K；南向外墙平均传热系数由原来的2.0 W/m2•K为0.82W/m2•K。
（2）施工安装
南向外墙施工工序：基层处理——涂抹界面砂浆——粘翻包玻纤网布——胶粉EPS保温浆料——抗裂砂浆——镀锌钢丝网——抹面
节点处理要求：
窗台、窗上口、窗侧口节点选用03J930-1《住宅建筑构造》图集229-①、③；230-①；阴阳角节点处理选用03J930-1《住宅建筑构造》图集231-①、②；开关盒节点处理选用03J930-1《住宅建筑构造》图集232-②；
北向外墙施工工序：基层60%打磨——粘翻包玻纤网布——粘贴聚苯板——锚栓——抹3-5mm面层砂浆并压入网格布（分两遍施工）、挂双网——批刮1-2mm外保温专用柔性腻子——外饰涂料；
要求：基层打磨60%，并清除浮灰，处理一定要到位，可采取如下图打磨方法，采取点框粘，60%粘结；采取双层网格布；采取粘钉结合的方式，锚栓数量要求7个/平方。


图3 聚苯板粘贴方法与要求
节点处理：双层网格布敷设、阴阳角处理：

图4 首层墙体构造及墙角处理示意图
门窗洞口：

图5 门窗洞口网格布加强图
东、西向外墙施工工序：南向房间外墙（进深5m）采用50mmEPS薄抹灰外保温施工方法、内抹20mm胶粉EPS保温浆料内保温。

图6 外墙保温现场施工图
2.屋面保温技术
（1）技术方案
改造前屋面构造为80mm现浇钢筋混凝土，改造措施为屋面增加30mm厚XPS板保温层，传热系数由原来的4.0 W/m2•K为0.67W/m2•K。
（2）施工安装
施工工序：基层清扫、清洗处理——粘铺挤塑板——屋面与女儿墙用防水卷材搭接，搭接宽度不小于300mm——40mm厚现浇混凝土板——2%找坡
要求：注意屋面热桥处理，不破坏已有女儿墙部位装饰瓦。

图7 屋面挤塑板施工图
3.门窗洞口的保温密封
（1）技术方案
该建筑原来外窗为塑钢双层玻璃窗，传热系数3.5 W/m2•K，本次设计方案为不更换外窗，但是对门窗洞口采取发泡聚氨酯密封，提高外窗的气密性。
（2）施工安装

图8 门窗洞口聚氨酯密封处理图
经采取上述节能措施后，依据《河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）DBJ41/062-2005》和《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）标准，应用河南省建筑节能设计分析软件（PBECA）计算，建筑物耗热量指标由原来的90.78W/ m2减少到25.71W/ m2，节能率72%。
（二）采暖空调系统技术方案
（1）技术方案
郑州地区属于寒冷地区，夏季需要空调，冬季需要采暖，针对这种情况，我们为项目设计了太阳能复合土壤源热泵系统（机组额定制冷量8.8kW，额定制热量7.9 kW，输入功率2.1 kW，太阳能水箱200L）既能满足冬季采暖需求，又能满足夏季空调需求，同时可解决农村生活热水问题，提高了村民的生活品质。

图9 太阳能复合土壤源热泵系统图
（2）施工安装

图10 太阳能复合土壤源热泵地下换热部分施工图

图10 太阳能复合土壤源热泵管路及机房施工图


图11 太阳能复合土壤源热泵管路及机房施工图

图12 太阳能复合土壤源热泵系统末端及太阳能热水器施工图

图13 太阳能复合土壤源热泵系统电气部分施工图
（三）其他节能技术
1.门斗
（1）技术方案
村镇建筑的入户门多为较大的铁门、不锈钢门或木门，这些类型外门普遍存在的问题是气密性差，冬季冷风渗透严重，极大的降低了住户室内尤其是客厅的舒适度，为了改善这种情况，本项目设计外门门斗。

图14 门斗示意图
（2）施工安装

图15 门斗安装现场图
2.自然通风
（1）技术方案
夏季或过渡季节，尽量利用自然通风解决室内热的问题，根据建筑环境学原理，在建筑东、西边两南北卧室的隔墙上各加装一个1000mm×500mm塑钢单玻窗，考虑到私密性问题，安装高度3000mm，形成穿堂风，充分利用自然冷源。

图16 自然通风窗安装示意图
（2）施工安装


图16 自然通风窗安装现场图
3.屋面遮阳技术
（1）技术方案
为解决该建筑夏季屋面隔热问题，我们设计了屋面遮阳，采用物美价廉，经济适用的黑色遮阳网覆盖整个建筑屋面，进行屋面夏季的隔热。
（2）施工安装
施工工序：在屋面中间增加钢柱支撑，钢柱上焊接镀锌钢拉环，用电锤在女儿墙上钻孔锚固镀锌钢拉环，将遮阳网固定在钢柱支撑拉环和女儿墙镀锌钢拉环上。


图17 屋面遮阳安装现场图
4.外窗内遮阳
（1）技术方案
为降低改造成本，提高性价比，将住户日常生活使用的窗帘作为外窗的内遮阳，满足日常的使用功能和节能要求。
（2）施工安装

图18 窗帘内遮阳示意图
三、现场测试
（一）围护结构改造前后节能测试
1.外墙现场传热系数测试
2010年6月25日-30日、2010年1月5日-10日，河南省建筑科学研究院分别对示范工程外墙改造前后进行了现场传热系数测试，测试结果如下：
序号 测试类型 测试位置 改造前传热系数K（W/m2•K） 改造前传热系数K（W/m2•K）
1 南向外墙 轴线①～② 2.0 0.82
2 北向外墙 轴线③～④ 2.1 0.68
3 东向外墙 轴线○A～○B
2.1 0.62
2.屋面现场传热系数测试
2010年6月25日-30日、2010年1月5日-10日，河南省建筑科学研究院分别对示范工程屋面改造前后进行了现场传热系数测试，测试结果如下：
序号 测试类型 测试位置 改造前传热系数K（W/m2•K） 改造前传热系数K（W/m2•K）
1 屋面 轴线①～②/○A～○B
4.0 0.68
按照外墙、屋面的现场检测数据，外窗传热系数等不变，依据《河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）DBJ41/062-2005》和《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）标准，应用河南省建筑节能设计分析软件（PBECA）计算，建筑物耗热量指标由原来的91.02W/ m2减少到26.35W/ m2，节能率71%。
3. 室内温度测试
2009年12月-2010年1月、2010年7月-8月，河南省建筑科学研究院对卧室室内温度进行了测试，并对围护结构采取节能措施前后的室内最低、最高和平均温度进行了对比。
无围护结构节能措施，不开空调：冬季室内最低温度-3.9℃，室内最高温度9.5℃，室内平均温度2.8℃；夏季室内最低温度28.2℃，室内最高温度35.2℃，室内平均温度32.9℃。
测试期间，有围护结构节能措施，不开空调：冬季室内最低温度-1.8℃，室内最高温度12.4℃，室内平均温度7.1℃；夏季室内最低温度28.6℃，室内最高温度33.1℃，室内平均温度31.2℃。
（二）土壤源热泵系统测试
2009年12月-2010年1月、2010年7月-8月，中国建筑科学研究院联合河南省建筑科学研究院分别对地埋管空调系统的冬夏季工况进行了测试。检测内容包括：室内外温湿度、冷凝器（或蒸发器）（地埋管侧）进出口水流温度、流量等。
1.热泵机组性能系数测试
（1）制热性能系数
该机组采用广东芬尼克兹节能设备有限公司生产的型号为PWXRW30的冷热风型地源热泵机组，机组正常运行，检测得系统地源侧出口平均水温为10.6℃，进口平均水温为15.3℃，地源侧平均水流量为1.2m3/h，检测过程中机组输入功率为1820W。
根据Q= v水•ρ水•c•△tw/3600得：
从地源侧的热量Q=1.2×998×4.174×(15.3-10.6)/3600=6526W
根据能量守衡原理，不考虑机组能量热损失，计算得机组制热量为Qk=1820W+6526W=8346W
则热泵机组制热性能系数为:
COP = Qk/Ni
=8346/1820
=4.59
（2）制冷性能系数
该机组采用广东芬尼克兹节能设备有限公司生产的型号为PWXRW30的冷热风型地源热泵机组，机组正常运行，检测得系统地源侧出口平均水温为24.9℃，进口平均水温为18.5℃，地源侧平均水流量为1.3m3/h，检测过程中机组输入功率为1860W。
根据Q= v水•ρ水•c•△tw/3600得：
从地源侧的热量Q= 1.3×998×4.174×(24.9-18.5)/3600=9653W
根据能量守衡原理，不考虑机组能量损失，计算得机组制冷量为Qk=9653W-1860W=7793W
则热泵机组制冷性能系数为:
COP = Qk/Ni
=7793/1860
=4.19
2.室内温度测试
测试期间，土壤源热泵开启后，冬季室内最低温度10.2℃，室内最高温度19.5℃，室内平均温度16.3℃；夏季室内最低温度23.2℃，室内最高温度27.2℃，室内平均温度25.5℃。
（三）其他节能技术测试
1.门斗安装前后对客厅温度的影响
2009年12月-2010年1月，河南省建筑科学研究院对门斗安装前后客厅室内温度进行了测试，并选取室外温度相近、时间段相同的测试的结果进行了近似分析比对，门斗安装前后客厅温度比安装前高约1-2℃。
2.屋面遮阳网安装前后对室内温度的影响
由于太阳辐射是造成夏季室内空气温度升高的主要原因，2010年7月-2010年8月，河南省建筑科学研究院对屋面遮阳网安装前后客厅室内温度进行了测试，并选取室外温度相近、时间段相同的测试的结果进行了近似分析比对，受屋面热惰性影响，屋面遮阳网安装前后室内温度比安装前高约1-3℃。

图19 无防晒网客厅室内温度


图20 有防晒网客厅室内温度
从图19、图20中可以看出在示范工程屋顶增设防晒网可以减少室外热量向室内的传递，维持室内空气温度的稳定。
四、评估结论
（一）建筑外墙采取保温措施后，传热系数大大降低，由改造前的2.0 W/m2•K分别降低到0.61W/m2•K（东西外墙）、0.68 W/m2•K（北向外墙）、0.82 W/m2•K（南向外墙）。
（二）建筑屋面采取保温措施后，传热系数大大降低，由改造前的4.0 W/m2•K降低到0.67W/m2•K。
（三）按照外墙、屋面的现场检测数据，外窗传热系数等不变，依据《河南省居住建筑节能设计标准（寒冷地区）DBJ41/062-2005》和《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）标准，应用河南省建筑节能设计分析软件（PBECA）计算，建筑物耗热量指标由原来的91.02W/ m2减少到26.35W/ m2，节能率71%，满足课题任务书指标节能50%要求。
（四）改造过程中使用的材料均来自当地资源。
（五）围护结构节能改造造价为175元，传统建筑造价930元/ m2，约为传统建筑造价的18.8%。
（六）该住户围护结构节能改造后，在不开空调的同等测试条件下：冬季室内最低温度-1.8℃，较改造前上升1.8℃，室内最高温度12.4℃，较改造前上升2.9℃，室内平均温度7.1℃，较改造前上升4.3℃；夏季室内最低温度28.6℃，室内最高温度33.1℃，较改造前降低2.1℃，室内平均温度31.2℃，较改造前降低1.7℃，室内舒适度大大提升。
（七）太阳能复合土壤源热泵系统运行期间，冬季室内平均温度16.3℃，夏季室内平均温度25.5℃，既能满足冬季采暖需求，又能满足夏季空调需求，同时可解决农村生活热水问题，提高了村民的生活品质。
（八）门斗安装前后客厅温度比安装前高约1-2℃；屋面遮阳网安装前后室内温度比安装前高约1-3℃；还有自然通风、窗帘内遮阳等节能措施，均可有效的降低建筑使用能耗，提高居民室内舒适度。