酒店建筑节能改造设计研究

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摘要：本文以株洲市某酒店为例，基于对项目所在地的气候条件与基地周边环境的认知，运用绿色、生态的设计方法，对已有酒店建筑进行节能改造设计。以保温加隔热为原则，结合软件模拟，计算酒店的太阳辐射与能耗，对建筑的外墙、外窗等改造方案进行筛选。确定铝包木三玻两腔氩气普通玻璃窗与160mm厚无机纤维外墙外保温加反射涂料能取得良好的节能效果，并总结热桥处理构造做法。本文对处于同等气候条件下的酒店建筑的节能改造具有一定参考价值。

关键词：酒店建筑；围护结构；节能改造

由于能源短缺，作为能源消耗大户的建筑能耗，日益成为阻碍建筑行业发展的一个重要因素［1］。近年来旅游业的快速发展，酒店建筑比例迅速增加，但建造时未能注重建筑节能，导致酒店开业后能耗巨大。因此，对酒店建筑的节能改造设计研究将显得十分重要。

1研究概况

1.1气候概况

株洲在我国民用建筑热工设计分区中属于夏热冬冷地区，年平均气温17.2℃左右。受亚热带季风气候的影响，雨热同期，降水充沛，四季分明，夏季气候炎热，冬季寒冷潮湿。最热月平均气温高于30℃，最冷月平均气温约4.5℃。

1.2改造前情况

笔者改造前对酒店进行调研与能耗模拟。酒店位于山谷树林之中，生态环境良好；外墙采用50mm厚岩棉板外保温，外窗为铝合金中空断热单框中空玻璃窗，屋顶为倒置式50mm挤塑聚苯板，由于管理不当，保温隔热效果均遭到破坏。经计算并参照建筑比，其节能率不足65%，需要进行节能设计改造（图01、图02）。

2改造原则

项目所在地区夏季炎热，冬季寒冷，因此节能改造设计应兼顾夏季降温与冬季采暖。改造前首先对建筑太阳辐射得热等情况进行评估，进行围护结构保温设计，得到初步改造方案；再进行反射涂料、Low-e膜等隔热设计，运用OpenStudio进行能耗模拟对比，得到节能效果最好的围护结构改造方案；最后总结热桥处理经典构造做法，为同气候区酒店节能改造设计提供参考。

3围护结构改造

3.1窗户节能改造

3.1.1太阳辐射得热分析酒店基地位于山谷中，周边有茂密而高大的乔木林，全天日照时间较短，常年温度偏低，太阳辐射对透明外围护结构的影响较小（图03、图04）。运用Ladybug调用Rhino软件，气象数据选用清华大学建立的《建筑热环境分析专用气象数据集》（CSWD）［2］，夏季为6—8月，冬季12月至次年2月，分为无互遮阳工况与有互遮阳工况，对夏、冬季累计太阳辐射进行模拟［3］，结果见表01。受周围树木与挡土墙及酒店阳台的影响，建筑的夏季遮阳系数为0.421～0.608，冬季遮阳系数为0.581～0.788。因此可以看出，建筑的夏季遮阳效果较好，但对冬季太阳辐射得热有一定的影响。据此，外窗改造以保温为主，不考虑太阳辐射隔热问题，即不加Low-e膜与外遮阳装置。考虑采用铝包木型材的三玻两腔中空普通玻璃，中空处充入惰性气体氩气，整窗的传热系数值1.0W/（m2·K）。3.1.2对室内能耗的影响运用OpenStudio软件对改造前、三玻两腔、三玻两腔+Low-e膜3种外窗的建筑能耗进行模拟。酒店建筑采用空调采暖与制冷的时间较多，因此用能方式为连续用能，夏季室内设计温度为26℃，冬季为18℃［4］。由表02可知，铝包木三玻两腔窗较改造前总能耗减少20.76％，具有良好的节能效果；增贴Low-e膜之后冬季能耗较未贴膜时增加2.95％，起到“反节能”效果，与太阳辐射得热分析的结果一致。因此，外窗改造为铝包木三玻两腔中空（氩气）普通玻璃窗，不增贴Low-e遮阳膜。

3.2外墙节能改造

3.2.1保温方案选择根据现有墙体考虑3个施工较简单的改造方案，如表03所示。岩棉板外保温吸水性强且铝板挂件龙骨热桥较多，真空板内保温造价较高且板面易损毁，因此选用无机纤维喷涂做外墙外保温，保温材料选用超细无机纤维喷涂160mm厚保温层，导热系数为0.035W/（m·K）。保温层“皮肤式”覆盖于基层墙体，施工简单，可以完全包裹外墙干挂金属构件，较好地处理了门窗热桥，起到很好的保护作用。3.2.2隔热改进设计外墙外保温层加厚虽降低总能耗，但不利于夏季室内散热，导致夏季能耗增加，因此在保温层外饰面增涂太阳吸收系数比为0.6的反射隔热涂料［5］。运用OpenStudio对改造前、外墙外保温改造及外墙外保温结合反射涂料改造进行建筑能耗模拟计算，采暖计算期为当年12月1日至次年2月28日，空调制冷计算期为当年6月15日至8月31日［6］。由表04可知：增加外墙外保温可以使酒店夏季能耗较未改造时增加68.3%，夏季“反节能”明显；增设反射涂料后，夏季空调能耗较未增加隔热涂料的能耗均减少1.54kW·h/m2，有一定的隔热效果，供暖能耗增加0.19kW·h/m2，但综合能耗较未涂反射涂料时减少2.6%。由此得出，无机纤维外保温结合隔热反射涂料有良好的节能效果。

3.3热桥改造围护

结构中热桥有大量的热量流失。变形缝或管道穿过围护结构，空隙是热量流失的主要部位。因此在管道与包覆板材之间采用双组分聚氨酯发泡剂等保温隔热材料填充，变形缝在钢板外放置缓慢回弹的高压缩率海绵胶条，增强保温隔热性能；门窗与墙体间隙采用窗户外框与外墙交角处粘密封胶带封堵后粘保温板，门框与墙体间用超细无机纤维保温材料喷涂，如图05、图06所示。

4结论

夏热冬冷地区气候状况复杂，夏季热量从室外传入室内，冬季相反，因此围护结构应兼顾保温与隔热。通过对原建筑进行调研与评估，以保温加隔热为设计原则，结合软件模拟分析，确定酒店建筑节能改造的围护结构：（1）场地互遮阳有良好的遮阳效果，外窗只需增加保温性能，改为铝包木三玻两腔中空（氩气）普通玻璃窗，增贴Low-e遮阳膜反而增加建筑能耗。（2）外墙外保温加厚会大量增加夏季能耗，需增涂隔热反射涂料，采用160mm无机纤维外保温+反射涂料节能效果最好；（3）可采用空隙填补聚氨酯发泡剂等保温隔热材料处理管道出屋面、外窗等热桥构造，减少热桥能耗损失。经计算，改造后酒店较原建筑节能75.1％，这对处于同等气候区域酒店建筑的节能改造具有较好的参考价值。基金项目：国家重点研发计划子课题（2017YFC0702904-03）。

参考文献：

［1］清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2017［M］.北京：中国建筑工业出版社，2017.

［2］张晴原，杨洪兴.建筑用标准气象数据手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］向俊米，刘宏成.夏热冬冷地区居住建筑的外遮阳优化设计研究［J］.建筑科学，2016，32（12）：80-84，126.

［4］住房与城乡建设部.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：GB50736—2012［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［5］陈洁，罗智星，杨柳.干热干冷地区围护结构热工设计对内表面温度及室内热舒适的影响［J］.暖通空调，2021，51（2）：116-122.

［6］傅新，钱晓倩，钱匡亮，等.夏热冬冷地区采暖空调计算期确定方法［J］.浙江大学学报（工学版），2017，51（4）：729-738.

作者：刘宏成 向俊米 苏业炜 单位：湖南大学建筑学院 伟大集团建筑设计有限公司