哈尔滨河柏住宅小区绿色化改造项目
一、项目概况
哈尔滨河柏住宅小区坐落于哈尔滨市道里区，与群力开发区相邻，建成于1999年，小区占地面积14.18万平方米，住宅建筑面积29万平方米，共有28栋住宅，3150余户居民。小区现状如图1所示。
（a ）小区俯视图
（b ）外墙破损
（c ）室内饰面脱落渗水
（
d ）线网杂乱
（e ）庭院脏乱
（f ）燃煤锅炉烟囱 图1 小区现状图
受当时经济、建设标准等限制，河柏小区配套设施匮乏。历经十几年的使用，由于自然和人为因素，小区环境及住房有较为严重的老化和破损。当年的“高品质”小区，已被周边拔地而起的高层建筑淹没，与周边
经济发展极不协调，已严重影响到城市形象、居民生活和社会和谐。周边建筑的配套设施完备、环境优美，更凸显出了河柏小区实施绿色化改造的必要性和紧迫性。
二、改造建筑既有性能检测
（一）围护结构检测
小区建筑为非节能建筑，因浸水冻胀导致的墙皮脱落情况严重；外窗为双玻塑钢窗，阳台为单玻钢窗，因使用年限较长，部分窗户磨损漏风严重；单元门无保温且破损严重；屋面保温为水泥珍珠岩和炉渣，防水为三毡四油，已超合理使用年限，屋面漏雨，保温性差。
（二）结构检测
建筑整体结构状况良好，未发现不均匀沉降，抗震设防为6度，纵墙承重，圈梁层层设置。
（三）暖通空调检测
小区采用独立锅炉房集中供热，室内采用暖气片采暖，供暖期室温在16℃-18℃之间，部分居民家中14℃左右，供暖舒适性差，墙体结霜长毛，管网存在跑冒滴漏情况，供热能耗大。
（四）给排水系统检测
给排水系统整体正常，但还存在一些问题：用户入口处压力太大，水龙头出水大，造成一定的水资源浪费；储水箱没有设置有效的液位检测及报警系统；外墙上的排水管部分裂开甚至断裂，寒冷时节产生大量冰溜子，威胁居民人生安全。
（五）建筑环境检测
庭院道路及设施破损严重，绿化缺乏管护，荒草、野草遍生，部分绿地甚至被居民“开荒”种成菜地；小区车辆停放混乱，堵塞消防通道。
（六）建筑照明检测
建筑外和楼梯间内线网杂乱；楼道内很多灯已经损坏，庭院未设路灯；没有门禁、监控及安全报警系统。
三、绿色改造设计
绿色改造目标：通过建筑绿色化综合改造，将现有小区改造为绿色、舒适、现代、宜居的新社区，全面改善小区环境品质，提升居民生活的便利性、安全性、舒适性，将其打造成全新的绿色星级小区。
（一）建筑与规划
1、环境绿化及场地改造
通过对小区庭院的整体改造，充分利用小区内的现有空间，增加居民健身广场、绿化景观、健身娱乐设施，建设停车库、保安执勤室等服务设施，将小区分区域封闭，整体提升小区环境品质。庭院内的道路及绿化重新设计，满足无障碍通行的需要，绿化植物选种本地优良树种，庭院铺装采用透水砖。小区内公共照明采用智能控制的LED灯具。
小区原有的世纪花园绿化平淡，缺少居民活动场地，庭院内的构筑物破损严重，地面塌陷，已构成危险，为保障居民的安全将把危险构筑物拆除。建设居民休闲活动的中心广场，增加活动场地，种植灌木、花草美化环境，进而增加绿化体量。广场下建设地下两层车库，由于此处地下水位高，车库建设方案地下一层为半地下室，利于地下车库的通风及采光，可减少工程费用，节约材料，此方案高度符合绿色建筑要求，另外可避免车辆驶入中心广场。广场上建设景观性建筑物用于原有办公楼还建，车位销售的回收资金用来回补绿色化改造的投入。车库建筑面积2.3万平方米，可提供689个车位。平均每五户一个车位，虽匹配率不高，但对缓解
停车压力起到了很大的作用。庭院改造前后效果对比如图3所示。
（a ）改造前
（b ）改造后
图2 庭院改造前后效果对比
2、建筑功能改造 (1) 楼梯间改造
重新粉刷楼梯间，修复破损的台阶及扶手；安装智能楼梯间照明灯。
(2) 增建门斗
建筑外观形象差，与快速发展的城市脱节，尤其临街商服杂乱的现状严重影响城市
形象。本次改造通过对建筑外立面的景观装饰设计，使其符合哈尔滨的地域特色，美化城市形象，提升小区环境品质。改造时着重处理临街建筑外立面，增加装饰线条美化建筑立面，强调底层商服外立面的功能性和景观性，增建装饰、保温、防火为一体的功能性门斗。外立面改造前后对比如表1所示，
改造效果对比如图3所示。
表1 外立面改造前后对比
（a ）改造前 （b ）改造后
图3 外立面改造前后效果对比
3、围护结构改造
维护结构严格按照《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26-2010）以及《黑龙江省居住建筑节能65%设计标准》（DB23/1270-2008）进行改造。
(1) 外墙改造
外墙保温主要采用100mm 厚的B1级防
火保温材料EPS 板，用胶粘剂与基层墙体粘贴，辅以锚栓固定；防护层为嵌埋有耐碱玻纤网布增强的聚合物抗裂砂浆，属薄抹灰面层，防护层厚度为5mm ，涂料饰面；每层设置防火隔离带，沿楼板位置水平布置，采用800mm 宽的A 级防火保温材料。外墙改造前后各层材料对比如表2所示。
表2外墙改造前后结构对比
(2) 外窗改造
对于外窗，原窗密封条更换为三元乙丙胶条，玻璃间隔条采用“暖边间隔条”；在原外窗外侧增加一层单框双玻塑钢窗，形成具有优异保温及隔声性能的双框四玻窗，原有阳台单
层窗更换为单框双玻塑钢窗；窗框与洞口之间用聚氨酯发泡剂填充并用密封膏嵌缝做好保温构造处理。外窗改造前后结构对比如表3所示。
表3外窗改造前后结构对比
(3) 屋面改造
对于屋面，拆除原有屋面炉渣、珍珠岩等自重大、保温性能差的材料，重新做屋面保温及防水层，采用喷涂硬泡聚氨酯作为保温材料，同时加做两层防水卷帘以及一层隔汽层。屋面改造前后结构对比如表4所示。
表4 屋面改造前后结构对比
（二）结构与材料
改造中所涉及的结构改造与材料选用满足《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）的相关规定。经过前期检测，整栋建筑结构良好，没有沉降、开裂等现象，并不需要进行大规模的结构加固改造。只是屋面由于增加了槽式太阳能集热器，为提高其承重能力，增加了钢筋混凝土一体化屋面，使得屋面承受的力能够均匀分布到周围承重墙，同时增强屋面的牢固性以及整体抗裂性。屋面加固改造施工如图4所示。
图4屋面加固施工
（三）暖通空调 1、冷热源改造
建筑供热系统采用天然气冷凝锅炉分散式独立供热，以栋为单位精确供热，减少管网输送的热损及电耗，同时，天然气的使
用能大大减少燃煤产生的污染物。另外在示范项目中，采用槽式太阳能集热器与天然气锅炉相结合的联合供热模式，将太阳能集热系统安装在建筑屋顶，在白天太阳辐射足够时，利用太阳能为建筑供暖，若太阳能有富余，则用蓄热水箱蓄存起来，留待无太阳时使用；当太阳辐射不足或无日照且蓄热不足时，采用高效天然气锅炉供暖。燃气锅炉房如图5所示，槽式太阳能与燃气锅炉联合供暖系统原理图如图6所示。
图5燃气锅炉房
图6槽式太阳能器与燃气锅炉联合供暖系统原理图
(2) 输配系统设备改造
在锅炉房内部系统循环水泵增设水泵变频装置，在原有的供回水管处增加温度采集设备，并与精确控制供热管理平台连接，同时高效燃气冷凝锅炉输出功率可在20%-100%之间无级变速调节，适应于小范围的供暖波动，从而减少燃料消耗，同时保证室内热舒适。锅炉水泵如图7所示。
图7循环水泵
(3) 末端设备改造及供热系统改造
由于采用了槽式聚光型太阳能集热器，热媒温度能达到较高值，因此末端散热设备依旧采用原有的暖气片，一方面避免材料和资源的浪费，达到既有资源合理利用；另一方面避免室内施工影响居民正常生活。由于采用了单栋燃气锅炉独立供热的方式，管路系统路程短，热损失小，同时故障率小，影响范围小。室内采用原有输送管路，楼梯间管道加做保温，减少热损失。
(4) 能耗计量设备改造
太阳能集热器进出口、换热器进出口、燃气锅炉进出口都设置了温度传感器，太阳能油路系统和供热循环水系统中都设置了流量传感器，数据的采集与存储使用安捷伦数据采集仪；系统运行过程中，所有的温度信号和流量信号都会实时地传输到数据采集仪，由数据采集仪进行采集与存储，然后导入电脑中可进行实时显示并进一步将数据存储到电脑中，便于以后的分析计算。系统各设备耗电量由高精密的电表测量与记录，燃气消耗量由燃气流量表测量与记录。
(5) 室内环境控制
锅炉房内部系统循环水泵增设水泵变频装置，可根据供回水管处的温度采集反馈的温度和室内回馈的温度进行智能分析对比，由精确控制供热管理平台控制水泵流速，来调整供热量，既能避免热量浪费，维持好的室内热环境；又能减少水泵耗电量、降低噪声同时延长使用寿命。
(6) 可再生能源利用
槽式太阳能集热器主要由抛物面反射镜、太阳能集热管和支架三部分组成，其工作过程是槽式反射镜将太阳光反射汇聚到位于焦线处的太阳能集热管上，集热管吸收热量从而加热导热介质，同时，追日系统控制集热器的逐时追日过程，以最大限度地吸收太阳能。由于具有聚焦和追日的特性，槽式太阳能集热器可以显著提高集热管表面的能流密度，集热效率高，能够将导热介质加热到较高温度，能很好地适应较高水温要求的供暖末端（如散热器等）。槽式太阳能集热器的集热管由金属吸热管和玻璃套管组成，两管之间抽成真空，保温性能非常好，并且金属吸热管也不会出现爆管的现象。槽式集热系统的传热介质可采用低凝点（-40℃）的导热油，冬季运行时可不考虑系统防冻，使系统的运行可靠性大大提升。因此，槽式太阳能集热器基本解决了传统平板型和全玻璃真空管型太阳能集热器水温较低、效率波动大、难以防冻、运行可靠性差等缺点，整个系统运行安全稳定。槽式太阳能集热系统各部件如图8所示，其在屋顶上的布置如图9所示。
（a）槽式太阳能集热器
（b）导热油泵
（c ）储油箱
（d ）集热器控制箱
图8槽式太阳能集热系统部件图
图9槽式太阳能集热器在屋顶的布置图
（四）给水排水 1、外排水改造
每年春秋季建筑外排水都会形成大量冰溜子，威胁人民群众生命财产安全，政府需要投入大量的人力物力来清理（如图10所示），另外由于屋面排水口处冻胀导致屋
面漏雨也是困扰百姓及各级政府部门的难题。本次改造将外排水改为内排水，排水管自楼梯间引下，在首层勒脚处留出泄水口，彻底解决以上问题。外排水管的消失也美化了建筑立面。
图10
外排水管结冰
2、节水系统改造
一方面，将室内给水用户入口处加设减压阀，把配水点出水压力控制在0.2MPa以下，减少因水龙头出流压力过大造成的水资源浪费；另一方面，将小区给水二次加压泵房中的储水箱增设水箱溢流报警和进水阀门自动联动关闭装置，防止溢流造成的大量水资源浪费，同时自动报警装置可让工作人员在最快速的时间赶到小区二次加压泵房进行维修，在最短的时间恢复居民供水。
（五）电气与智能化
1、照明系统改造
小区安装智能照明系统，在走廊、楼梯间等公共区域采用发光二极管（LED）照明。LED照明技术相对于传统照明，具有启动快、寿命长、高节能、易于调节和控制等优点，并且不含汞、铅等对环境污染很大的重金属，环保效果好。
2、智能化系统改造
小区安装智能照明系统，按需照明，节约照明用电。在居民家中安装温度采集系统、报警系统、紧急求助系统，通过无线设备将数据传送至数据中心进行统一管理监控，为居民提供一个安全舒适的居住环境。小区配备智能一卡通系统，实现小区封闭管理，保障居民安全。
四、绿色施工
（一）管理制度
建设和施工单位指定了具体的建筑改造管理和监督人员，在施工现场附近搭建了临时指挥所，负责对整个施工过程进行动态管理与监督。一方面，完善安全生产、安全防护、文明施工制度与措施，确保施工的安全有序进行；另一方面，适时地对绿色改造施工进行宣传，增强人员绿色改造施工意识；同时，合理布置施工现场，尽量保护居民生活不受影响。
（二）环境保护
对于会产生较大扬尘的施工地点，在周围设置防尘屏，同时配合其他遮挡、抑制扬尘的措施，尽量降低灰尘污染。噪音较大的设备会尽量布置在远离居住区的地方，同时采取遮蔽隔音措施，设备固定时会采取防振措施。
（三）资源节约
施工所用的设备、材料尽量放置在周边荒地上，使用完毕后会恢复原来地貌，使得对小区环境影响降到最低。施工的临时指挥部以及人员休息场所都是利用小区中原有房间，避免无谓的建设。
五、运营管理
（一）绿色运行技术
建筑供热系统采用槽式太阳能集热器与天然气锅炉相结合的联合供热模式，将太阳能供热系统安装在建筑屋顶，在白天太阳辐射足够时，利用太阳能为建筑供暖，若太阳能有富余，则用蓄热水箱蓄存起来，留待无太阳时使用；当太阳辐射不足或无日照且蓄热不足时，采用高效天然气锅炉供暖。
（二）绿色运行监测、反馈与持续改进
对于太阳能集热系统，其智能控制系统可根据太阳位置的变化，自动调整集热器与太阳的夹角，保持采光面与太阳光垂直；在阴雨(雪)或其他恶劣天气条件下自动翻转太阳能集热器，避免因恶劣天气变化造成的集热器损毁；同时可根据集热器出口油温，调整系统运行模式，从而达到太阳能的最大化利用。
油路系统和水路系统的所有温度信号和流量信号由安捷伦数据采集仪实时采集并存储，同时输送到电脑进行显示与记录；系统设置专门的控制台进行调节与控制，根据换热器进出口油温和水温，以及供热回水温度与室内
反馈温度，控制台可依据事先设置的控制条件进行运行模式的合理选择与循环流量的调整。
六、改造效果评价
（一）使用性能提升效果分析
河柏小区改造后的效果如图11所示。
（a）鸟瞰图（右下角为改造前）
（b）改造后局部效果图
图11改造后效果图
通过对小区庭院的整体改造，充分利用现有空间，增加居民健身广场、绿化景观、健身娱乐设施，建设停车库、保安执勤室等服务设施，将小区分区域封闭，整体提升小区环境条件，使小区内居民的生活品质有了质的飞跃；同时，通过立面装饰以及围护结构的改造，一方面让建筑变的非常的整洁美观，另一方面大大改善了室内热舒适性。
（二）绿色改造社会效益分析
1、综合改造效果
通过小区的绿色化综合改造可为居民提供一个集健身娱乐、绿化休闲、人车分流的封闭式宜居小区，提升建筑使用寿命，改善居民居住环境，为城市景观添彩，使居民的房产增值。可带动相关产业的发展，促进就业。可促进小区内商业发展，增加地区税收。同时，本小区的绿色化改造能够形成示范作用，以点带面，有效带动我国既有居住建筑绿色化改造的不断发展。
2、推广价值
我国既有居住建筑存量巨大，并且大多存在资源消耗水平高、环境负面影响大、工作生活环境仍需改善、使用功能有待提升等方面的不足。通过政府主导的绿色化综合改造，显著提升既有居住建筑的使用功能，提高广大群众的居住环境和生活条件，让社会各阶层都能享受到实实在在的惠民成果。因此，既有住宅小区的绿色化改造是一项关系国计民生、促进社会和谐发展的重大工程，具有特殊的意义，主要表现如下：
(1) 利国利民，促进社会和谐发展
河柏小区绿色化综合改造工程显著改善居民居住条件，提升室内热舒适，提高旧住区居住环境，改变旧城区城市面貌，提升城市整体形象，是一项利国利民的实事工程，对于推动我国既有居住建筑绿色化改造事业的发展有积极的意义，项目的成功实施有利于促进和谐社会的建设发展。
(2) 经济效益、节能效果及环境效益显著
由工程概算可知，本次改造虽然投资巨大，但收益同样非常显著，最终能够获得较大的利润收益；同时，改造后的建筑能耗显著降低，节省了大量常规能源，有助于缓解地区能源资源紧张的局面，促进社会可持续发展；太阳能与天然气的使用，显著降低了因燃煤产生的大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘颗粒物等环境污染物，对于缓解城区空气污染的严峻形势有重大作用。
综上所述，哈尔滨河柏小区绿色化综合改造具有重大的推广应用价值，对于全国特别是北方供暖地区既有居住建筑的绿色化改造具有很大的借鉴意义和参考价值。
（三）绿色改造环境效益分析
1、节约能源
围护结构经过节能改造后，保温性能大大提升，显著降低了建筑物的耗热量。经初步测试与计算，小区建筑改造前的耗热量指标约为30W/m2，改造后建筑物的耗热量指标减小为17W/m2，减少了43.3%；另外，太阳能的使用将进一步减少常规能源的消耗，经初步计算，太阳能大概能负担建筑物总耗热量的20%，具有显著的节能效果。
2、绿色环境
小区供热系统改为槽式太阳能集热器与燃气锅炉联合供暖系统，相比于原有的燃煤锅炉供暖系统，将显著降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及悬浮颗粒物等环境污染物的排放量，具有显著的环保效益。经初步估算，改造后不使用燃煤供暖，每年约节省0.9万吨标煤，减少排放二氧化碳2.3万吨、二氧化硫563吨、氮氧化物3.8吨。
（四）绿色改造经济效益分析
经过工程概算，本改造工程初步投资约为1.74亿元，改造后的收益（包括节能改造补贴、碳交易、供暖收益、商服门斗收益、绿色建筑补贴、省科技惠民补贴、车库等）约为1.9亿元，总净收益约为0.16亿元，经济效益显著。
七、思考与启示
既有居住建筑绿色化改造是一件关系国计民生的大事，积极推动既有居住建筑的绿色化改造对于促进社会和谐、改善民生、实现社会可持续健康发展有重要意义。在实践过程中，我们也应该不断摸索和思考，以保证此项事业的平稳有序推进。
政府部门应该积极鼓励甚至奖励既有居住建筑绿色化改造工程实践，同时应制定相关法律法规，做好绿色化改造的具体规划和实施办法。
绿色化改造工作应该由点及面、由面及体、顺次展开。做好既有建筑绿色化改造示范项目宣传，让居民认识到绿色化改造的重要性与紧迫性；同时，让居民不仅感受到居住舒适度的提高，而且真正减少能源费用的支出，进而增强他们参加既有居住建筑绿色化改造工作的意愿和积极性。
本工程中围护结构外保温技术以及相关施工做法在节能建筑的建设中具有很好的可应用性，特别是对于旧的建筑的节能改造可以广泛推广使用。
太阳能是清洁无污染的可再生能源，将其应用于建筑供暖可以显著减少供暖能源消耗量，具有很好的节能环保效果。应积极开展太阳能建筑应用技术的研究，促进其在建筑上的进一步广泛应用。
本次工程也是槽式太阳能集热器应用于既有居住建筑供热改造的首次实践，是一次全新的尝试与创新。因槽式太阳能集热器能够克服传统太阳能集热器水温低、散热大、效率低、防冻难、不稳定的缺点，因此，应该进一步研究其实际应用特性，不断改进和完善系统整体性能，扩大其在建筑领域的应用。
太阳能结合天然气的联合供暖模式是一种具有显著节能环保效益的新型供热模式，具有很好的推广应用价值，如能积极开展对此种新型供热模式的深入研究，形成较为成熟的成套技术体系，将为以后供热系统的选择提供有价值的借鉴与参考。
(哈尔滨工业大学供稿，姜益强执笔