佩克建筑|欧洲低能耗建筑翻新项目与能耗监测

July, 21, 2021

01翻新项目背景

当建筑不得不翻新改造时,为了减少现有的能源消耗表现,抓住机会采取适当的节能措施至关重要。

Alingsåshem是位于Alingsås的一家公租房公司,该公司在Alingsås及周边社区拥有约3000套公寓。他们的库存进行不断翻新,且在2005年公司开始翻新建于1970年的Brogården地区的公寓。

被动式房屋的改造既为租户提供了很高的室内舒适度,也能够大大降低室内供暖的能源需求(在Brogården地区,供暖的能源消耗在改造之前是通常是过高的)。此外,该地区的建筑物亦须进行重大翻新,以适合年长者或残疾人居住。

 

投资方对每个公寓做了粗略的目标投资成本计算,结果显示若采用更高的标准,成本是年约59万SEK (瑞典克朗),节能措施为27万SEK,且该维护成本为14万SEK,总投资成本约为100万SEK的。他们的财务计算以50年为基准,假设能源价格上涨5%,投资方将在此项目上几乎失去所有利润。因此大幅改进能耗表现对投资方至关重要。

 

该工程项目的翻新主要目标:

通过低U值的窗户及带有热交换的通风装置提高室内舒适度

低建neghneghaioneghanenenenghaonenennenennegha筑总能耗

租户可以通过会议和信件等方式积极参与改造

翻新后, 租户应能够对其室内气温与能耗进行控制

所安装的设备应易于使用和维护

Brogården地区残疾人应能进出不少于公寓总区域的60%

长期租金水平应保持稳定

 

02翻新前的公寓建筑

案例公寓建筑有三层,有两个楼梯井。每层有三个公寓共用一个楼梯井,总共有18所公寓。改造前后的平面图见图3及图4。窗户面积约占净加热面积(net heated area)的13%。每个公寓都有独立阳台,作为一个提高租户的生活质量的重要设施,将在翻新后保留(见图2)。

地面上的基础部分,在四周用270mm EPS保温材料进行保温隔热。纵向外墙是新建的钢结构,具有共480毫米的隔热层。新的阳台建在基座上并与建筑分离,阳台由预制混凝土制成并现场安装。为了达到良好的室内隔声,在公寓分隔墙中添加钢梁,并辅以13毫米厚的双层石膏板(gypsum boards)。新窗户为三层玻璃低能耗窗户,窗框也进行了高度隔热密封处理。改造后建筑物的U值见表1。此外,对暖通空调系统和生活热水系统进行了相应改造。

 

03能耗的监测

该公寓建筑的实际能耗监测是与当地能源公司Alingsås Energi一起合作进行的。实际能源使用测量在2009年2月1日租户实际入住后便已开始。

在这项监测研究中,研究人员使用Tiny-Tag测量装置测量了六间公寓的室内温度,每层布置两套装置。在地面上的某一山墙公寓(gable apartment on the ground floor)中,研究人员测量了地板表面温度和相对湿度以及纵向外墙结构中的温度。

 

04气密性的检测

建筑外墙的密封性是该建筑改造的重点,因为租户在过往改造项目中普遍对外墙的气密性存在负面反馈:即在改造完成后仍然存在漏风;Brogården项目中应当避免这种情况。所有公寓的漏风量由总承包商在翻新后进行测量,测量采用欧洲标准EN 13829(SIS, 2000a),得到了在+/- 50Pa(朝向室外的漏风面积)下给出0.2 l/s, m2的平均值,相比翻新前的测量结果相比有了较大改善(翻新前高达2 l/s, m2)。

气密性测量中也采用了红外摄像机作为补充手段来检测漏风。测量时室外温度为+2℃。当测量完成时房客们还未搬入公寓,因此无法完美还原翻新前正常居住条件下的气密性条件,这使得改造前后用红外相机拍摄的两组照片难以进行直接对比,如图16所示。尽管如此,在第一次测量中由于漏风而造成的较大的表面温差在第二幅图中几乎被消除,外墙接缝处漏风明显减少。需要注意的是,翻新后测量的表面温度仅比室内空气温度低0.5℃。

 

05湿度测量

众所周知,木材对湿度很敏感,即使是相对低湿度的环境也会产生生物活动,例如霉菌生长(mould growth)。研究表明,很难对木质材料中的霉菌生长设定简单的限值。项目组对外墙进行了湿度监测。

在一处西侧幕墙(façade)和一处室外(作为参考),项目组测量了外墙中四个不同深度的含水率和相应的温度。温度湿度感应器的布置如下图所示。(相对湿度和温度的测量区间为08年12月25日至09年12月25日)

在测量周期内,每天进行的测量次数是不同的,计算得到的每24小时的相对湿度平均值如下图所示。2.3测点和2.4测点的相对湿度平均值在任何时候都未超过75%。

水蒸汽含量(v)是根据图18所示的测量相对湿度和每个测点的温度水平计算得出。在081225-091225测量期内,四个测点的水蒸汽含量计算值及户外参考点的测量值载于图19。

图20给出了项目中水蒸汽含量的月均值。可以看出,建筑内部的水汽含量全年都较低(2.4)。研究这些测量结果,似乎有一种蒸汽向墙体结构的最内层输送的运动趋势。基于监测结果可知,理论上讲,为了进一步限制霉菌生长的一种更好的办法就是在建筑的外部使用非木质围护,并且在建筑结构高度隔热的内部仍然使用木质结构。

 

06空间供暖的能耗监测

用于供暖的能源使用的检测是通过两台仪表完成的;每个楼梯井(大概位置见图4)各布置一台,每台覆盖八个公寓。图21的数据为在090401-100401测量期间,整个建筑(两台仪表)每月用于空间供暖的总能耗。面积为1274.4㎡,空间供暖的年平均使用量为28.5kWh/m2a。

图22中可知,有些租户的室内温度仍然非常低,测量到17°C。由于团队掌握监测数据能源,系统中供暖分配不足的原因很快被找到。原来,6月份的时候,空间供暖分配系统的一个阀门被不小心关闭了,之后忘记打开了,而这一问题在缺乏监测的项目中无从得知。

从上图所示的10月份室内温度测量结果可以看出,由于室内温度低于20℃,很多公寓在这段时间有供暖需求。当室内温度低于20°C时,每个公寓需要额外的空间采暖的小时数见下图。可见在年度总的供暖能源的角度下,6月—10月中旬之间的关闭供暖分配系统可以适当开启以达到优化的目的。

07改造前后的总能耗

下表列出了16套公寓在090401-100401测量期间的年能源使用量测量结果,按空间供暖、家庭热水、普通和家庭用电能源分类。

翻新前后公寓建筑每年购能总量见下图。能源使用的主要部分是空间供暖,第二大能源项目是公共区域的电力消耗。

相比翻新前,包括空间供暖、家庭热水、普通和家庭用电在内的总能源消耗减少了达60%。

08讨论与总结

综上检测结果表明,使用传统的建筑材料和普通的承包商是有可能合作使建筑变得非常节能,这种提升通常需要采取合适的检测措施才能感知。

这些公寓是为老年人和残疾人设计的,这些租户习惯于经常坐着不动,因此希望室内温度能高于正常的20°C。令人遗憾的是,部分时间段内一楼公寓的室内温度过低,而三层公寓的室内温度过高(可能是由于没有遮阳板)。如果没有数据化的检测手段,极难发现这类的这些缺失和不足。因此,地面层的建筑和地面层公寓空间供暖的能源分配需要进一步发展和优化,以确保租户室内的舒适性,在之后类似的项目中可以改进,形成良性迭代。

Brogården地区的该翻新改造项目引起了国家和地区的极大关注,因为在瑞典各地的近35万幢相同建筑的公寓楼中,该节能解决方案成为一个极其有价值的可重复方案,也引起了瑞典建筑行业和公共住房公司的广泛关注。其他类似项目负责人在Brogården上听说了这个项目,并利用这个信息在一个正在进行的大型改造项目中改进了改造措施。跟随该项目的步伐,沿着能耗监测的步伐前进,需要公司与行业的勇气。

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