既有建筑更新节能技术与节能服务互动体系探讨

既有建筑更新节能技术与节能服务互动体系探讨∗宋德萱王旭（同济大学建筑城规学院上海20092）摘要：在当前建筑市场服务体系下，针对既有建筑节能更新过程中所存在的问题分析其原因，指出：与建筑节能服务体系建立互动式的设计模式是实施既有建筑节能更新的重要前提。阐述了既有建筑在互动体系下的整合原则和方法，一方面，需要设计者改变“被动的”传统设计模式。另一方面，也要求节能专业设计者更加注重建筑的系统整体观的设计思想。只有在以节能服务为导向的前提下，探索节能技术及其整合技术体系与建筑节能服务的有机性和互动性，才能使我国首先在既有建筑节能更新工作中形成富有创新性的“互动式”建筑节能模式。关键词：建筑节能服务既有建筑节能部品构件互动体系1引言图1建筑节能服务体系建筑节能服务体系是指包括建筑节能服务消费者、建筑节能服务机构、建筑节能从业者、建筑节能服务市场、管理机构以及建筑节能服务相关法律和规范等以降低建筑能耗水平为目标的建筑节能服务和对象的总和。从社会学角度来看，建筑节能也是一系列有组织的协调活动。将参与建筑节能领域的各类相关因素按其在建筑节能实施过程中所承担的角色进行分类，可归纳为三类:建筑节能专业设计者、技术体系和节能部品市场（图1，2）。可以看出，在建筑节能服务体系中，节能设计者承担着不可替代的协调与中介的作用。建设部在“十一五”规划中把既有建筑节能改造作为重要的专项实施工程，指出“根据不同的建筑构造和使用条件，开发对墙体、门窗、屋面和采暖空调照明设备和系统节能改造的多种技术的研究。”建筑节能市场服务体系对既有建筑更新节能改造来说无疑是一个很好的契机。图2三者关系2当前“被动式”的节能设计中国拥有高新技术专长的中小型节能企业和科研院校，尽管在专业领域具有较强优势，但是未能在市场体系中找到合适的契合点。一方面，设计者缺乏建筑节能信息交流平台，无处搜寻设计所需的节能部品；另一方面，建筑节能市场体系不完善，厂家的节能部品构件销售策略不妥，培育市场着力不深。这就形成建筑节能设计者与节能生产厂家各自为政的尴尬局面，这种“被动式”的设计模式很难实现既有建筑节能更新的可持续目标。经过调研，建筑节能服务市场部品体系与节能设计者之间存在的断层现象，究其原因大致有以下两个方面：2.1技术层面：一，节能部件生产方缺乏创新技术图3EPS外保温起鼓现象企业在自行研究建筑节能技术系统时，很少从节能设计者和科研机构基础研究中得到支持，也就很难从技术的基础理论、构造措施原理、系统性能形成机理的研究上突破。（图3）二，节能部品缺乏潜在的一体化整合支持∗本文受国家科技支撑计划重大（点）项目2006BAJ03A07资助市场上现有的节能部品还远未达到与建筑一体化的要求。例如太阳热水系统的节能设计大多依据太阳能企业自身经验，很少在建筑设计人员的参与下做到到优化设计。这不利于大规模实施时对技术应用、不符合施工设计规范的要求；特别对于既有建筑更新而言，建筑节能部品是后置构件，若缺乏系统整体考虑，大量节能部品构件在建筑上的不和谐安装，造成对既有建筑的毁容、使用功能的破坏，甚至损害城市外部空间形象。（图4）图4节能部品的“毁容”2.2市场层面：当前生产节能部品的厂家在认识上存在着误区，大都把销售目光聚焦到在建建筑，造成既有建筑节能市场信息不对称现象。从市场规律来看，倘若把节能专业设计方、使用方作为市场的主体，在不了解节能部品的真实能效水平的前提下，对既有建筑的节能更新设计只有两种选择：一是继续搜寻信息，将不对称的信息“拉平”；二是在信息不对称的情况下冒险进行实施。前者产生搜寻成本，搜寻成本的增加，会使买方的需求曲线发生移动。后者考虑非节能建筑与节能建筑的可替代性。当节能建筑的信息搜寻成本增加，非节能建筑相比节能建筑显示出更大的价值，其需求曲线将发生右移，非节能建筑的市场均衡产量和均衡价格都在增加，节能建筑被非节能建筑所替代。（图5）。这两种情况显然都不符合既有建筑更新节能的市场规律。P:产品数量Q:交易价格D:市场需求S:市场供给图5市场信息不对称现象3,对策：建立既有建筑节能更新技术与建筑节能市场的互动体系3.1互动体系中的主体双方由上可见，我国的节能服务业相关体系建设有待完善。特别是针对既有建筑节能更新保护的技术可行性，迫切需要从节能设计者与建筑节能服务体系的互动性中，探索出一条适合中国国情的可持续发展道路。产业层面上，建筑节能市场需要载体：实施节能更新的既有建筑。而在技术层面上，既有建筑更新的节能设计中需要互动式的技术体系。诚然，在既有建筑更新节能技术实施过程中可使用的部品相当纷繁复杂，要求节能设计者对每一种节能部品十分精通也不现实。生产技术的加速发展迫使专业分工越来越细，作为节能设计者，只有与专家、分项设计公司、生产厂商，施工人员密切协调，尽可能了解节能部品，绘制详图，推动生产商去生产新产品，推广新产品。这样的互动体系才能提供给节能生产者更多的创造空间。而真正做到互动性，对于节能生产厂家而言：第一，建立节能产品意见反馈的通路，对既有建筑更新节能设计者及使用者的意见快速作出反应；第二，及时反馈产品技术信息，让市场使用一方与生产一方之间的信息流成为双向的、互动的，而非单向流动（图6）。图6节能服务体系中建筑师可能的契合点3.2互动体系运作的前提3.2.1市场要求处于建筑节能服务市场体系下的既有建筑的节能部品构件，应当符合以下技术条件:生产集约化、通用与专有体系的协调。从而能够使得既有建筑的节能更新在现场干作业快速施工，降低造价，实现其可操作性的一面。3.2.2实施对象从节能更新的可实施性以及建筑个体对象特征来说，既有建筑节能更新应当注重其表层围护体系。首先，作为矛盾的统一体——建筑的表层体系有着相对的独立倾向，从而有建筑表层体系的发展可以优先于建筑其他体系的发展。再次，既有建筑的朝向、体形系数、总平面关系已经成为既定事实，对既有建筑节能更新应当更多的考虑适用于建筑的外围护体系：外墙、外窗、屋顶等的节能部件。通常，针对这些方面的一些节能技术措施包括：•外墙传统外墙保温措施以外墙外保温和外墙内保温两种为主。•外窗外窗置换成高效的节能窗增加窗口道数复合式多层窗•屋顶针对屋顶的改造目标是增强屋顶的隔热性能。在不超过原屋面高度的前提下，翻新屋顶可以解决上述问题，并可将将太阳能收集装置、新保温材料和工艺、隔热玻璃天窗等措施与新屋面结合。•遮阳措施对遮阳措施的改造以加设遮阳百页，遮阳棚为主，目的是防止过强阳光所带来的热辐射和眩光。•拓展措施对既有建筑改造中保温节能措施的拓展近年来发展地很快，某些新技术的加入也卓有成效地改善外围护体系的热工性能。3.3互动体系中节能部品构件整合原则节能部品构件与既有建筑表层处理反作用于层与层之间的关系。因此，必须在保证既有建筑与建筑节能部品件之间合理运作的前提下处理其内在关系。第一，既有建筑表层体系与节能部品构件之间存在着现浇与预制、支撑与界面、通与隔、多层构造的位序、造型设计等问题。各层内部的组织秩序的处理应与既有建筑表层整体的处理原则基本保持一致。图7节能构件联结的构造措施与热工分析第二，节能部品构件与既有建筑主体之间的连接是个基本问题，它不仅牵涉到既有建筑表层体系本身的材料稳固性，同时还与防风、防水、保温等性能及表现出来的构造精细程度有着紧密联系（图7）。例如，影响建筑保温节能性能的因素多种多样，建筑外墙作为建筑与外界环境接触面昀大的建筑组成部分首当其冲成为考虑重点。实践中发现，既有建筑的节能更新与维护原有立面始终是困扰建筑师和工程人员的矛盾。由于既有建筑建造年代分布较广，因此建造材料和水平差异较大，所应采取的改造措施也不同。对于历史保护要求的建筑，能够昀大限度地保留建筑外墙与外立面以求得原有建筑风貌的延续是改造设计的追求。为实现这一目标，在构造措施上以内保温为主，通过外墙构造的改进弥补建筑本身性能的缺陷。除此以外，还可以采取适当的建筑设计处理手法化解原有建筑热工性能上的不足，并且通过建筑手段可能创造出有益的空间效果。3.3互动体系中节能构件更新整合方法对于“信息平台”上的建筑节能部品构件，从既有建筑相关的客观因素与节能产品对象互动实施的出发点，设计者应当考虑：首先满足节能构件机能优化，遵循节能构件建造逻辑、语意传达等形式原则。对既有建筑围护体系的节能部品构件进行筛选，并且应当对节能构件的节能的效果进行可行性分析（图8）。图8节能构件形式原则:与既有建筑有机整合3.3.1节能构件组装方式节能设计者与建筑节能服务体系的互动性体系中，节能构件之间的连接方式根据不同的材料而不同，主要的组装方式有:·力啮合连接:承重构件连接，作用力由一个构件传向另一构件。·形啮合连接:这种方式没有静力传递关系，运用在手工业中。·可拆卸连接:主要为铆接。这种方式可以使得建筑材料再利用。·不可拆卸连接:包括焊接和混凝土浇筑连接等等。节能构件之间连接的目的是固定和密封。既有建筑表层体系中，密封性能极为重要，不仅是保证良好的保温隔热等热工性能，而且是构件系统起到防风防水的作用，同时起到密封和固定作用。在确定的重量极限之下，部件之间可用单一的构件进行连接。而当构件超过重量极限时，就应将连接分为密封和固定两部分（图7）。3.3.2节能部件整合方式图9微珠填充体系处于节能设计者与建筑节能服务体系的互动性体系中的节能部品种类较多，但就与既有建筑主体的联结方式而言，大致有以下三种：•填充：既有建筑节能构件体系整体都处于支撑结构划分的区域内，甚至在有些情况下仅仅是窗户部分形成多层表皮。表皮各层都固定于建筑的支撑结构之上。这种情况可以在较为封闭、开有矩形窗的传统立面形式下形成多层节能体系。这种形式在住宅建筑中有一定的发展潜力（图9）。•附着：既有建筑表层体系的内层构件系统在支撑结构划分出的区域内形成填充体，固定于支撑结构之上。而外层构件则与支撑体系相分离，可通过内层构件系统作用于支撑结构，或是通过自身的支撑构件与建筑的支撑结构相联系（图10,11）。这种情况图10附着式遮阳构件图11附着式板状节能构件较为多见，当前常用的薄抹灰保温体系也属此类。•分离：既有建筑表皮整体与支撑结构之间分离。这是幕墙结构基础上的多层表皮结构。在这种分离的状态下，既有建筑表层系统本身的结构必须形成一个整体，并依靠既有建筑表层体系的支撑构件固定于支撑结构之上。这种方式尤其在既有建筑的节能更新中应用较为普遍，如各种分体式遮阳构件。由于它的独立性，使之存在较高程度预制的可能性。这不仅节省造价，缩短装配时间短，而且能够使立面形式更为自由，更精致。这种经济的优越性在大型工程或立面组合构件的尺寸和组合方式基本相同的情况下更能得到体现。但相应的，它对既有建筑表层体系整体的构造精度要求比较高（图12）。图12分离式遮阳构件3.4互动体系中的系统整体原则图13某厂房改造前:中庭室内风环境模拟分析图14改造后:中庭节能构件的“植入”既有建筑设计的过程中，应当将既有建筑视为各个子系统组成的大系统，综合考虑气候条件、经济条件、使用功能、可持续发展要求等各子系统的设计要求，遵循主要设计目的，力求在有限的资金内充分发挥各种材料性能，不断整合优化，找到其各子系统之间昀优的平衡点。应当说在互动体系中，既有建筑表层相对独立性是整合的前提，而节能构件与既有建筑的整合设计是互动体系昀终平衡的阶段性结果（图13，14）。目前，先进的建筑节能技术不断发展，在技术和材料上达到高品质目标已经不是问题，重点在于将先进技术整合，达到整个建筑系统的昀优化。这一点尤其在既有建筑节能更新中值得注意，建筑节能市场与既有建筑节能更新技术互动体系的建立，为这一目标的实现提供了有效的支持。4.结论：建筑节能服务体系的互动框架总之，在针对既有建筑更新节的节能市场服务体系中，除了政府的宏观调控及政策激励等措施外，形成互动的设计模式也是实施建筑节能服务市场的及其重要的环节（图15）。在此互动式的框架下：4.1，针对节能服务市场下的既有建筑节能更新过程，需要设计者改变“被动的”设计模式，在建筑节能市场体系中寻求“互动式”的信息平台，对建筑节能部品及实施有所基本了解，探求节能部品可能