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既有建筑節(jié)能改造體系及評估方法王振興0952060012摘要:介紹了既有建筑節(jié)能的開展現(xiàn)狀,比且介紹了既有建筑節(jié)能的改造方法、存在的問題以及對既有建筑節(jié)能改造的驗收方法。關鍵詞:既有建筑、節(jié)能改造、驗收1前言[1-7]當今世界節(jié)能藏排是個熱點話題.也是每個國家都要面對韻問題。2006年,中國的建筑領域就在悄然中發(fā)生著巨變,既有建筑節(jié)髓改造高調進人人們的視野,拄照建設部副部長饑保興的說法“十一五期間.駐國建設節(jié)能建筑的總面積累計要超過21.6億平方米,并且最國將有130億平方米的已建建筑進行節(jié)能改造?!钡谶@過程中還存在有很多難點問題如:資金的來源渠道、如何使企業(yè)參與到此項工作中來、怎樣取得百姓的支持、改造中的相關技術問題如何解決等等。1.1既有建筑節(jié)能的現(xiàn)狀目前我國的建筑耗能已與工業(yè)耗能、交通耗能并列,成為我國能源消耗的三大“耗能大戶”之一。由于政府及社會各界對建筑節(jié)能的重視,我國建筑節(jié)能和開展綠色建筑等成績斐然。但這些成績絕大多數(shù)表達在新建建筑中,而在既有建筑節(jié)能改造中奉獻較少。目前我國在2002年以前建成的建筑大局部都不是節(jié)能建筑,建筑能耗消耗較太。目前我國建筑用能已達全社會能源消費量的32%,每年房屋建筑材料生產(chǎn)能耗約占全社會能源消貴量的13%,因此,我國的建筑總能耗已達全國能源消費總量的45%。當前我國建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提高,呈急劇上升趨勢(如圖1.1)。按照國際通行的分類,建筑能耗主要包括居住建筑和公共建筑使用過程中的能耗,如建筑采暖、電梯、通風等方面的能耗。資料說明,我國的存量建筑達420億m2,(其中城市建筑面積約140億m2),在這些建筑中99%以上為高耗能建筑。圖1.1我國建筑用能增長分析從表1.1的能耗數(shù)據(jù)和建筑能耗數(shù)據(jù)可以看出,建筑總能耗和社會總能耗都呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢,建筑能耗占社會總能耗的比例也在逐年增大,建筑能耗增加的速度大于社會總能耗的增加速度。建筑耗能在我國全社會終端總能耗中所占的比例己經(jīng)到達27.5%,且根據(jù)興旺國家的經(jīng)驗,這個數(shù)據(jù)將會隨著工業(yè)化和城市化的進程逐年上升,最終它會穩(wěn)定在終端總能耗的40%左右。這些數(shù)據(jù)說明我國建筑所消耗的能源所占的比例有增大的趨勢,能源緊張已成為影響我國國民經(jīng)濟開展和國家平安的重要問題,建筑節(jié)能更是國家節(jié)能工作的重中之重。表1.1我國建筑能耗分類和現(xiàn)狀通過分析可以發(fā)現(xiàn)目前我國建筑耗能存在以下幾個特點:l)高耗能建筑以空前規(guī)模建造,我國新建建筑規(guī)模大,造成建筑用能急劇增長,環(huán)境受到破壞,必將影響到國民經(jīng)濟的持續(xù)開展。2)我國節(jié)能建筑能耗標準同西方興旺國家的差距逐步加大。興旺國家每隔幾年就修訂一次標準,每次修訂均提高了節(jié)能要求。我國在對節(jié)能建筑的認證和標識上也有了相應的標準,如各地出臺的地方性建筑節(jié)能設計標準和住宅性能評定指標體系,對節(jié)能建筑也出臺相應的優(yōu)惠政策。但是我國節(jié)能建筑能耗標準普遍偏低,建筑不僅耗能高,而且能源利用率很低,即使我們完全執(zhí)行了現(xiàn)行的建筑節(jié)能標準,與興旺國家仍有相當差距。3)我國區(qū)域環(huán)境跨度較大,從我國所處的氣候環(huán)境來講,冬冷夏熱的問題較為明顯。我國與世界上同緯度地區(qū)相比,一月份的平均溫偏低,而七月份的平均氣溫卻偏高,這樣就增加了冬季采暖和夏季空調制冷的能耗量。1.2既有建筑改造的緊迫性與氣候條件相近地區(qū)的興旺國家相比,我國單位建筑面積能耗要高出約2倍以上。問題的關鍵在于,大量沒有任何節(jié)能措施的既有建筑,其保溫隔熱性能差,設備系統(tǒng)效率低,導致采暖或制冷能耗浪費嚴重。據(jù)統(tǒng)計,2004年末全國城市已建成的房屋建筑面積共149億m2,其中按節(jié)能30%標準建造的節(jié)能建筑僅有約5億m2,按節(jié)能50%標準建造的節(jié)能建筑僅有約1億m2,而按節(jié)能65%標準建造的節(jié)能建筑根本屬于空白,能耗尤為突出政府辦公樓,此外,全國農村已建成的房屋建筑面積共271億m2,均為非節(jié)能建筑。這樣來看,全國按節(jié)能30%標準建造的節(jié)能建筑僅占全國城鄉(xiāng)建筑總量的約1.12%,按節(jié)能50%標準建造的節(jié)能建筑僅占全國城鄉(xiāng)建筑總量的約0.24%。由此可見,我國應及早開展對既有建筑的節(jié)能改造,否那么,非節(jié)能建筑的數(shù)量將越積越多,對節(jié)能改造的經(jīng)濟支出也會越來越多,難以承受,大氣環(huán)境也將越來越差。同時,對既有建筑進行節(jié)能改造,還可以防止能源、資源的浪費,提高建筑熱舒適度。因此,對既有建筑進行節(jié)能改造,已成為我國當前緊迫的、必須盡快解決的重大問題。1.3既有建筑節(jié)能改造的經(jīng)濟效益和社會效益我國大量的既有居住建筑都是上世紀80年代后建造的,建筑材料一般是粘土磚和鋼筋水泥,這些材料的使用壽命很長,從結構平安的角度考慮,這些建筑物也還有很大的使用價值。但我國在20世紀90年代初才開始實施節(jié)能政策,因此1990年前的居住建筑除局部的試驗建筑外,很少采取節(jié)能措施。后來,隨著節(jié)能政策的深入執(zhí)行,節(jié)能工作得到了很大的推動。但是,我國的節(jié)能工作是隨著社會開展的水平分步實施的,按照以前的節(jié)能標準修建的節(jié)能建筑,己經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段節(jié)能的要求,這就意味著大量的既有居住建筑需要再進行節(jié)能改造。改造一棟既有居住建筑要比重新建造一棟新建筑要節(jié)約得多;絕大多數(shù)既有居住建筑的住戶都屬于中低收入階層,節(jié)能改造不僅可以大幅度降低住戶的經(jīng)濟負擔,還可以明顯減少新建住房的市場需求,從而促進房地產(chǎn)市場的健康開展。既有建筑節(jié)能改造意義有:①既有建筑節(jié)能改造有利于提高我國能源利用的效率,是我國緩解能源短缺的重要手段。節(jié)約能源作為我國國民經(jīng)濟開展的一項長期戰(zhàn)略方針,是保證國民經(jīng)濟可持續(xù)開展的一個重要手段。隨著人民生活水平的不斷提高,對居住條件舒適度的要求也越來越高,這必然會帶動建筑能耗的增長。而大多數(shù)既有居住建筑在功能和節(jié)能方面遠遠滿足不了舒適度要求,因此大量的既有居住建筑又是高能耗建筑,對其進行建筑節(jié)能改造必將帶來長遠的經(jīng)濟效益和社會效益。②既有建筑節(jié)能改造有利于改善大氣熱環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)開展。據(jù)有關資料統(tǒng)計,包括建筑材料生產(chǎn)過程和房屋建造過程中所產(chǎn)生的各種污染,建筑相關的污染占環(huán)境污染總量的34%。而在既有居住建筑節(jié)能改造的同時,結合綠色施工技術和廢棄物的充分利用,可大大降低建材的使用量,減少建筑垃圾,保護環(huán)境。③既有建筑節(jié)能改造是建設節(jié)約型、和諧型社會的需要。我國在上個世紀90年代以前建造的房子,不具備現(xiàn)代化的功能,房屋的節(jié)能設施與節(jié)能狀況也與今天的標準相差很遠。為了讓這些老建筑發(fā)揮作用,在節(jié)能改造的同時,應從以人為本的角度出發(fā),滿足使用者對既有居住建筑功能和環(huán)境的需求。從經(jīng)濟的角度來看,改造一棟老建筑比重新建一棟建筑要節(jié)約許多,并且,既有居住建筑節(jié)能改造還可以降低建筑的市場需求,有利于房地產(chǎn)市場的健康開展。④既有建筑節(jié)能改造有利于建筑業(yè)的開展。興旺國家的建筑業(yè)經(jīng)過多年的開展,證明了多項建筑成品及建筑技術的開展與建筑節(jié)能的開展是息息相關的。主要是因為,隨著國家對建筑節(jié)能標準的提高,建筑的各個根本組成局部包括墻體、門窗、屋頂、地面及采暖、空調、照明等都發(fā)生了巨大的變化。多年以前就開始采用的的許多材料和做法都達不到建設節(jié)能建筑的要求,需要以新的高效保溫材料、密封材料、節(jié)能設備、保溫管道、自動調控元件等等代替。由于建設大量新的節(jié)能建筑,加上既有居住建筑大規(guī)模的節(jié)能改造,這些都會產(chǎn)生巨大的市場需求,從而推動建筑業(yè)的開展。⑤既有建筑節(jié)能改造是我國建筑節(jié)能工作開展的關鍵。如果只考慮新建筑的節(jié)能而不考慮既有建筑節(jié)能改造,那么,建筑節(jié)能所帶來的實際效果也只能限定在很小范圍內,大局部的建筑并不能真正實現(xiàn)建筑節(jié)能。所以加強既有居住建筑的節(jié)能改造迫在眼前。針對我國既有建筑節(jié)能改造的改造量,建設部副部長仇保興表示:十一五期間,我國建設節(jié)能建筑的總面積累計要超過21.6億平方米。而目前我國有130億平方米的已建建筑將進行節(jié)能改造。針對既有建筑節(jié)能改造所需要的費用,建設部政策法規(guī)司副司長徐宗威認為:如果按照每平方米100-200元計算,130億平方米的節(jié)能改造費用將達2萬億元。在十一五期間,預計投入2600億元節(jié)能改造費用。由上可知對既有建筑進行節(jié)能改造具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.4國外既有建筑節(jié)能改造融資途徑借簽對既有居住建筑的節(jié)能改造,興旺國家早已根本完成,而我國至今尚未實施。國外的既有居住建筑節(jié)能改造,普遍做法是,由能源管理公司或者能源效勞公司對既有居住建筑進行評估,確定既有居住建筑的改造方案,做出改造預算以及回報周期的方案,再與房屋所有者簽訂協(xié)議后,向政府申請貸款,政府給予貼息。之后,能源管理公司負責改造工作,承當風險,改造后協(xié)議期內的收益歸能源管理公司獲得,這樣可以讓他們收回投資并有贏利。對于房屋所有者來說,協(xié)議期內仍然要按照原先的標準繳納費用,協(xié)議到期后,能源管理公司撤出,以后的收益就全歸房屋所有者了。這種做法在興旺國家很普遍,值得我們去學習、借鑒。政府提供節(jié)能補助金、貼息貸款或者減稅等,也是國外為促進既有居住建筑的節(jié)能改造的優(yōu)惠政策。如丹麥政府曾規(guī)定,對于別墅以及公寓式住宅,其房屋和設備的節(jié)能改造,在1982年底完成的可獲20%的補助金。原聯(lián)邦德國政府曾規(guī)定,1977年7月至1983年間,為改善房屋圍護結構和供暖設備支付的資金,政府補助25%,并在10年內減稅10%。由于這些國家的政府重視建筑節(jié)能工作,盡管房屋總數(shù)在增加,但建筑總能耗卻不斷下降。例如:丹麥1985年比1972年供暖面積增加了30%,但供暖能耗卻減少了318萬t標準煤。我國既有建筑規(guī)模大,能耗高,是建筑節(jié)能工作的重點;同時由于我國住房改革后的房屋產(chǎn)權分散,因此實施既有居住建筑的節(jié)能改造是一個難點。目前,一些地方已經(jīng)開始了節(jié)能改造的試點工作,探索可行的融資運行機制,大局部采取地方政府投資與企業(yè)和居民融資相結合的方法;也有一些試點工程通過國際合作的方式,爭取局部國際資金,結合居民投資進行改造;還有的是通過在節(jié)能改造的同時在樓頂加層后進行銷售來籌集改造資金;北方建筑節(jié)能改造與供熱系統(tǒng)的改造密不可分,有的供熱公司認識到建筑物的節(jié)能改造能間接地擴大公司的供熱能力,從而減少公司的固定資產(chǎn)投資,因而也積極地參與建筑節(jié)能改造投資。總結國際經(jīng)驗和國內試點的經(jīng)驗,既有建筑節(jié)能改造應采取多元投資方式,政府、單位和個人相結合。各級政府應采取鼓勵政策和配套措施,積極鼓勵投資方、供熱企業(yè)和消費者等各方面,采取多種方式投資既有居住建筑的節(jié)能改造。2既有建筑節(jié)能改造技術既有建筑節(jié)能改造是指對不符合建筑節(jié)能標準的既有居住建筑和公共建筑,按照所處的氣候區(qū)域,對應執(zhí)行北方采暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的居住建筑節(jié)能設計標準以及公共建筑節(jié)能設計標準,對建筑物圍護結構、供熱采暖或空調制冷〔熱〕系統(tǒng)進行改造,使其熱工性能和功能系統(tǒng)的效率符合相應的建筑節(jié)能設計標準的要求。2.1圍護結構節(jié)能改造墻體[8-9]墻體節(jié)能改造應滿足對應氣候區(qū)域建筑節(jié)能設計標準對外墻傳熱系數(shù)X值或熱情性指標D值的要求。墻體節(jié)能改造方案通常有外墻外保溫、外墻內保溫和夾芯墻保溫等多種形式,應優(yōu)先采用外墻外保溫方案。外墻外保溫方案具有適用范圍廣,對主體結構起保護作用,根本消除熱橋影響,可改善墻體冷凝潮濕的不良現(xiàn)象,有利于保持室溫穩(wěn)定,提高墻體氣密性和室內熱環(huán)境質量,減少保溫材料用量。由于保溫材料貼在墻體外側可增加或不占用室內使用面積,對既有建筑進行節(jié)能改造最大優(yōu)點是無需臨時搬遷,不影響居民的正常生活。此外,采用外墻內保溫除了梁、柱處的熱橋不好處理,并會對二次裝修造成較大限制,因此應盡量防止選用外墻內保溫。北方嚴寒高端地區(qū)當采用外墻外保溫技術時,應考慮保溫材料與外墻外外表粘結間隙處的水汽凝結與流竄現(xiàn)象對保溫層的破壞作用,在加拿大通常設置水汽流竄排逸通道予以解決。改善既有建筑墻體的主要方法有四種:外墻外保溫、內墻內保溫、墻體夾芯保溫及綜合保溫法。.1建筑內保溫〔1〕構造該類墻體中,絕熱材料復合在建筑物外墻內測,同時以石膏板、建筑人造板或其他飾面材料作為保護層。見圖2.1。絕熱材料局部是節(jié)能墻體的主要功能局部,可采用高效絕熱材料〔如巖棉、各種泡沫塑料等〕,也可以采用加氣混凝土塊、膨脹珍珠巖制品等材料?!?〕內保溫復合節(jié)能墻體的技術特點此種墻體施工比擬容易,內外表構造處理簡單,而且免受室外雨水影響。雖然內保溫墻體在施工技術,熱工性能、傳質等方面的研究進行的較早,且取得了一定的成果,但是它卻有著自身無法克服的弱點。如:間墻和樓板等使保溫層出現(xiàn)斷點、產(chǎn)生熱橋,加大熱損失;經(jīng)保溫改造的墻體一般室內壁外表不會結露,但墻體內部有時出現(xiàn)結露的問題;尤其是對于既有居住建筑的改造,內保溫將極大的影響室內的使用,使得工期延長;建筑的使用面積由于保溫層的增加而縮小,同時影響到內墻壁面的再裝修,產(chǎn)生釘子無法釘入或無受力的特性;最重要的是內保溫將大大影響墻面的蓄熱性能,對保持室溫穩(wěn)定不利。從上個世紀80年代,這種保溫方法已很少采用。圖2.1內保溫墻體結構圖2.2外保溫墻體結構圖2.3加芯保溫墻體結構.2建筑外保溫〔1〕構造該類墻體中,絕熱材料復合在建筑物外墻的外側,并覆以保護層,這樣,建筑物的整個外外表〔除外門、窗洞口〕都被保溫層覆蓋,有效抑制了外墻與室外的熱交換。構造圖見圖2.2。保溫材料應采用熱阻值高,即導熱率小的高效保溫材料,其導熱系數(shù)一般小于0.05W/(m·k)。一般可采用的材料有膨脹型聚苯乙烯〔EPS〕板、擠塑型聚苯乙烯〔XPS〕板、巖棉板、玻璃棉氈以及超輕保溫漿料等,其中,阻燃膨脹型聚苯乙烯板應用的較為普遍。〔2〕外保溫復合節(jié)能墻體的特點及應用外保溫可以有效防止產(chǎn)生熱橋,在采用同樣厚度的保溫材料的條件下,外保溫要比內保溫的熱損失減少約1/5,從而節(jié)省了熱能。外保溫改造墻體施工過程中不必移動室內家具,不影響居民正常居住。雖然外保溫工程比內保溫每平方米的造價相對要高一些,但只要設計合理,單位面積的造價高得并不多,特別是由于外保溫比內保溫增加了使用面積近2%,實際上使單位使用面積造價降低,同時建筑外飾面還可以結合建筑的立面設計而得到改觀,因此在既有建筑的節(jié)能改造中廣泛使用。2.1.1夾芯保溫在國外就是向墻內空氣間層中填入高效保溫材料,是最廉價、最迅速的解決方法。結構圖見圖2.3。但是我國的既有居住建筑,多為粘土實心磚墻體,一般不設置空氣層,也就不具備用填充保溫材料的方法來解決保溫問題的條件。2.1.1該保溫法是指同時使用多種保溫方法。但是如無特殊需要,一般不采用綜合保溫法。門窗[10-12]在有采暖空調條件下,外門窗是重要的耗能部件。一般住宅建筑的圍護能耗約占冷暖空調能耗65%~75%,而在窗墻比擬大條件下窗戶能耗約占冷暖空調能耗的40%。所以窗戶是建筑圍護能耗的主要通道?!?〕相對外墻體,窗戶有較高的或高得多的傳熱系數(shù),對能耗有較大的影響,且冬季比夏季大。磚外墻傳熱系數(shù)為2.0,而窗戶大得多,如單玻實腹鋼窗的傳熱系數(shù)如表2.1所示。表2.1實腹鋼窗的傳熱系數(shù)〔2〕太陽輻射透過玻璃入室,增加制冷空調能耗。太陽輻射透過玻璃有兩種方式,一是直接透過玻璃,因為玻璃是太陽輻射的強透過體;二是局部太陽輻射被玻璃吸收后轉化為熱,再通過熱輻射傳入室內,因為玻璃的熱輻射率ε較高,為0.8。在夏季太陽輻射是最大的門窗能耗因素,在東、西窗占有一定比例和沒有遮陽措施的建筑條件下,它占窗戶夏季能耗的50%左右。然而在冬天,太陽輻射不僅不消耗采暖用能,還能減少住宅采暖用能,這局部抵消了夏季能耗。因此全年來說,它的能耗約占年住宅窗戶能耗的30%左右?!?〕通常窗戶均有漏風漏氣問題,加之人們生活中必需的門窗開閉,導致能量外逸,這在冬天特別明顯。其能耗約占年住宅窗戶能耗的20%~25%。門窗節(jié)能改造的途徑與具體方法窗戶節(jié)能改造可以有多種途徑和方法,也就是說用戶可以有多種選擇。通常窗戶節(jié)能改造有三條途徑,每條途徑又有不同的具體方法,表達出了不同的節(jié)能水平層次,總之是一項多元化的節(jié)能舉措,業(yè)主可以有組合的選擇一些途徑與方法進行節(jié)能改造。〔1〕降低窗戶的傳熱系數(shù)一般降低窗戶傳熱系數(shù)的方法有兩類:一類是將窗子的單玻改為雙玻、中空、LOW-E中空甚至真空或真空LOW-E等節(jié)能玻璃,其傳熱系數(shù)如表2.2所示?!半p玻”是密封性不如中空的雙層玻璃,它的傳熱系數(shù)較普通中空低0.5左右,而且易結露、霧化等,一般不推薦使用。普通中空是使用最多的,價格也較低。熱反射中空有局部阻擋太陽輻射和輻射條件下有稍低的傳熱系數(shù),并有更高的節(jié)能率,但比普通中空貴了較多。高性能中空和真空或LOWE真空玻璃有更為優(yōu)越的隔熱節(jié)能性,而價格是普通中空的2~4倍。另一類是將金屬窗框和窗扇骨架換成高熱阻材料如塑鋼型材,斷熱鋁型材,或者將鋼、鋁框與扇架用塑料異型材包覆起來,降低其傳熱系數(shù)。綜合性能、經(jīng)濟和施工、擾民等因素,從降低傳熱系數(shù)和提高密封性途徑角度改造窗扇,性價比擬優(yōu)的節(jié)能改造方案是對塑鋼單玻窗和鋁合金單玻窗宜不拆窗框,只改窗扇即將其窗扇單玻換成中空玻璃窗扇。表2.2一些玻璃〔6mm〕的傳熱系數(shù)對鋼窗,目前,可用如下兩種方法改造:一是將窗扇用PVC塑料型材包覆扇架〔嚙合法〕,并安上中空玻璃,而窗框不拆,僅作油漆處理。二是將鋼窗扇調換成鋁窗扇,其鋁扇框也用塑料型材包覆〔卡扣法〕,對鋼窗框也不拆,但作嚴密性包塑處理。兩種改造方法比擬起來后法擾民更少,更易產(chǎn)業(yè)化,而本錢上差不多〔前法人工費大些,后法材料費大些〕。前法未真正解決鋼窗基體因滲水腐蝕而流銹的問題,后法因換成了不易銹蝕的鋁扇,克服了流銹弊病。前法窗框僅作油漆處理,整窗協(xié)調性差,而后法像新窗一樣,外觀美觀。前法負壓抗風性差,塑料老化后,中空玻璃有跌落風險,而后法無此缺點。鋼窗節(jié)能改造的方法還在開展中,譬如將舊鋼扇換成塑鋼節(jié)能扇、彩鋼節(jié)能扇或新鋼塑節(jié)能扇等。當然各種方法均有優(yōu)缺點。〔2〕加強窗戶的密封性許多既有門窗的密封性很差,有的甚至才安裝一二年的窗戶密封條就斷裂、脫落,這是由于使用了劣質密封條所致。在節(jié)能改造過程中,要求使用優(yōu)質密封條、密封膠等如三元乙丙膠條,復合材料密封條和優(yōu)質硅膠。中空玻璃制作中要求頭道密封必須使用丁基膠密封,二道才允許使用聚硫膠。在窗戶改造中,加強密封性方法還有增加窗框窗扇間的密封,如將毛條密封改為優(yōu)質密封條等。一般說,加強密封后可以提高密封性一倍左右。〔3〕采取遮陽措施以降低太陽輻射導致的能耗當前許多業(yè)主和房屋開發(fā)商對遮陽途徑節(jié)能往往認識缺乏。其實它對節(jié)約空調制冷能耗有重要影響。有人認為室內窗簾就有遮陽節(jié)能作用,這是一個誤會。只要使用的不是特別加工的具有反射太陽輻射作用的窗簾,其節(jié)能作用甚小。真正有大作用的是室外遮陽,即外遮陽,它才真正阻擋了太陽輻射直接進入室內,有顯著的節(jié)能作用。常用的外遮陽方法有許多種:①固定式的和活動式的外遮陽,前者有東西窗常使用的百葉窗,南北向常用的水平遮陽板〔或雨蓬〕等,后者有各種窗簾如可調式鋁塑百葉簾,可卷取布質軟簾等;②窗戶玻璃選用著色或鍍膜〔陽光控制膜〕玻璃等;③窗戶玻璃貼膜,許多太陽控制膜有明顯的遮陽作用,大多可減少太陽輻射熱增益30%~40%。因此這些膜只要選用適當,可節(jié)約夏季空調能耗10%以上,如美國貝卡爾特公司的UP系列膜如UP50和UP75等〔表2.3〕;④采用玻璃透明涂料,這類涂料多為氧化銻錫等透明熱反射涂料,與貼膜作用類似,當前僅處于示范應用階段。表2.3UP系列窗貼膜的陽光控制性能圖2.4建筑節(jié)能窗罩構造示意圖2.4為一對普通窗進行節(jié)能改造后的窗的構造示意圖。該窗罩具有暖棚效應、保溫效應、隔熱遮陽效應。屋面和地面[13-14].1屋面保溫材料要求在選擇屋面保溫材料時,一般考慮可以和外墻外保溫材料類似,板狀保溫材料和整表達噴保溫材料都可。但是屋面有不同于外墻的特點,由于屋面會受到多種類型的荷載,如積雪、灰塵、載人負荷等,因此屋面保溫材料要比墻體保溫材料有更好的抗沖擊性和強度、剛度,耐久性要求也高。對于屋面保溫材料,其中板狀保溫材料的質量應符合下表2.4的要求。表2.4屋面板狀保溫材料質量要求.2平屋頂改造方案平屋頂?shù)母脑旆桨?,安裝保溫層與防水層的相對位置,可分為兩種改造模式正置式屋面和倒置式屋面。.3正置式屋面改造方案正置式屋面節(jié)能改造通常采用的保溫材料有巖〔礦〕棉板、玻璃巖板、聚苯板、膨脹巖板等材料。根據(jù)實際情況,可采用的改造方法有兩種:直接鋪設保溫層和設置架空保溫層。下列圖2.5和圖2.6為兩種做法的根本構造圖。圖2.5直接鋪設保溫層構造圖圖2.6鋪設架空保溫層構造圖.4倒置式屋面改造方案倒置式屋面通常采用的保溫材料為擠塑聚苯板、現(xiàn)場發(fā)泡聚氨酯等一些不吸水的材料,其中XPS板具有特有的微細閉孔蜂窩狀結構,密度大、壓縮性能高、導熱系數(shù)小、吸水系數(shù)低、水蒸氣滲透系數(shù)小等特點,在長期的高濕度或浸水環(huán)境下,仍能保持優(yōu)良的保溫性能,除此之外,還具有很好的耐凍融性能及較好的抗壓縮蠕變性能,因此特別適用于倒置式屋面保溫系統(tǒng)。倒置式屋面的保溫層上面,可采用塊狀材料、水泥砂漿或卵石層做保護層。卵石保護層與保溫層之間應鋪設聚酯纖維無紡布或纖維織物進行隔離保護。做法的根本結構見下列圖2.7。圖2.7倒置式屋面根本構造圖在采用倒置式屋面進行屋面節(jié)能改造時,應注意以下幾點:a倒置式屋面坡度不宜大于3%;因為保溫層設置于防水層的上部,保溫層的上面應做保護層;b采用卵石保護層時,保護層與保溫層之間應鋪設隔離層;c現(xiàn)噴硬質聚氨酯泡沫塑料與涂料保護層間應具有相容性;d屋面的檐溝、水落口等部位,應采用現(xiàn)澆混凝土或磚砌堵頭,并做好排水處理。.5坡屋頂改造方案坡屋面的節(jié)能改造方式相對平屋面比擬單一,通常采用一些輕質保溫材料,比方聚苯板、巖棉板、玻璃棉板等。坡屋頂?shù)母脑旆謨煞N情況:〔1〕有吊頂?shù)钠挛菝嬷苯釉谖蓓數(shù)蹴斏箱伔疟夭牧希浜穸葢鶕?jù)熱工計算而定。〔2〕無吊頂?shù)钠挛菝鏌o吊頂?shù)奈蓓?,應先增設吊頂層,并使得吊頂層耐久性好,能夠承受保溫層的荷載,再把保溫材料鋪放在吊頂上,其厚度應根據(jù)熱工計算而定。.6屋頂綠化除了增加屋面保溫隔熱層之外,隨著生態(tài)建筑概念的推廣,屋頂綠化也作為一種行之有效的屋頂隔熱方法應用到既有建筑節(jié)能改造中來,屋頂綠化示意圖見圖2.8。圖2.8屋頂綠化示意圖樓梯間及人口北方寒冷地區(qū)建筑物樓梯間不采暖的墻體應按外墻對待進行保溫處理。北方嚴寒地區(qū)的建筑物樓梯問不采暖的應進行采暖改造,在樓梯間增設暖氣片,并在人口處設置門斗,加裝封閉門,以防冷空氣的侵入。南方炎熱地區(qū)賓館、辦公等大型公共建筑應在入口處加設可自動開啟或旋轉開啟的封閉門,以防熱空氣侵入。2.2空調系統(tǒng)節(jié)能改造[15-17]圖2.9政府辦公樓能耗分布圖2.10某商場寫字樓能耗分布從圖2.9和圖2.10中可以看出空調系統(tǒng)的耗能占總能耗的很大一局部比重,因此對空調系統(tǒng)進行節(jié)能改造是必要的。變水量系統(tǒng)變頻調速技術通過均勻改變電機定子供電頻率到達平滑地改變電機的同步轉速,應用于制冷空調行業(yè),在系統(tǒng)局部負荷條件下產(chǎn)生良好的節(jié)能效果。自90年代以來變頻調速器在暖通空調行業(yè)逐漸被大家所認識并采用。變頻技術應用在空調水系統(tǒng),就形成了變水量系統(tǒng)。在空調系統(tǒng)的水系統(tǒng)中,變頻技術在水泵上的應用研究目前比擬成熟,在冷水機組上的應用研究還主要集中在制冷量比擬小的機組,雖然在國內一些大型冷水機組采用了變頻,但是由于各種條件的限制沒有被廣泛采用??照{水系統(tǒng)在設計中冷水泵和冷卻水泵的容量是按照建筑物最大設計負載選定的,且有10%的余量,在絕大局部時間內實際負載遠遠比設計負載低。一年中負載率在50%以下的運行小時數(shù)約占全部運行時間的50%以上,系統(tǒng)在流量固定的情況下,在全年絕大局部運行時間內冷水和冷卻水的溫差僅為1.0℃~3.0℃,即在低溫差大流量情況下工作,從而增加了管路系統(tǒng)的能量損失,造成了能源浪費。目前,變頻器應用到空調水系統(tǒng)中由于變頻器的價格比擬高,建筑業(yè)主對其節(jié)能效果,對冷水機組和系統(tǒng)性能影響的存在質疑。因此,雖然變頻水泵的技術已經(jīng)比擬成熟,但是在實際推廣上并不是很順利,特別在酒店、商場這類公共建筑的中央空調水系統(tǒng)中使用的情況不是很樂觀。根據(jù)建筑實際情況及資金情況,選擇能耗比擬突出的設備進行局部改造。〔1〕水泵的調整與改造冷水機組的水系統(tǒng)改造一直是節(jié)能重點。水泵投資占公用建筑空調系統(tǒng)總投資的0.5%~1%,水泵電功率約為空調總電功率的15%~20%〔約為5~6W/m2〕而冷凍水泵的耗電量為空調系統(tǒng)總能耗的8%~12%,冷卻水泵的耗電量約為12%~15%。目前的空調水系統(tǒng)設計普遍存在如下問題:沒有按水泵的性能曲線選定水泵型號;未對每個水環(huán)路進行水力平衡計算,水力失調嚴重;大流量、小溫差現(xiàn)象普遍存在,使水泵電耗大大增加。水泵的改造應注意以下幾點:空調供冷供熱水系統(tǒng)設計應符合各個環(huán)路之間水力平衡要求,對壓差懸殊的高阻力回路應設置二次循環(huán)泵,各環(huán)路設置平衡裝置。選擇水泵時應使水泵的流量—壓力特性曲線與管路性能匹配;使設計工況點處于水泵最高效率點,保證水泵大多數(shù)時間均處于最高效率點運行;選擇匹配電機還必須考慮單臺泵最大可能的工作點,并按此點匹配電機,以保證水泵的高效、平安運行。a采用變頻水泵變頻調速節(jié)能的根本原理是基于電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系,通過改變工作電源頻率來改變電機轉速。而水泵的轉速與流量的一次方成正比,壓力與轉速的二次方成正比,軸功率與轉速的三次方成正比,當需求流量下降時,可以通過調節(jié)轉速節(jié)約大量的電能。變頻調速的高節(jié)電率,主要源自以下兩個方面:①設計余量。由于水泵在設計選型時一般根據(jù)系統(tǒng)運行峰值負荷放以10%~20%的余量,這一余量完全可以節(jié)約。②動態(tài)節(jié)能。制冷機組根據(jù)負荷情況可自動加卸載,如果循環(huán)水流量追隨制冷負荷變化而變化,將可大幅減少循環(huán)水泵能耗。在單位用戶中,最多的節(jié)能率為69%,最少的也在35%,其經(jīng)濟效益是非常顯著的。某大廈水系統(tǒng)改造就采用了變頻水泵,泵出口口徑100mm,4極單吸離心泵,軸功率15kW,運行時間24h×355d,配管阻力約為揚程的50%。采用變頻調速運行方式后,計算節(jié)電量約為47%。實際運行時的節(jié)電量也能到達35%。見表2.5。表2.5b合理選配水泵對于多臺水泵并聯(lián)運行的機組,其節(jié)能潛力仍然是很大的。可采用大、小泵匹配的方案,例如:對兩臺冷水機組的機房而言,按設計是選用大泵三臺,其中一泵備用,但我們可以根據(jù)管網(wǎng)的特性按最大流量設計,選配二臺功率相對較大一些的大泵和一臺小泵,其中大泵一用一備。當需兩臺機組同時運行時,只需使用一臺大泵,一臺小泵即可滿足機組的運行要求。以二大一小泵匹配的方案投資可能較高,但與前者相比,節(jié)約電能30%,一年所節(jié)約電費相當于6倍的設備投資費,而且實施簡單、效果顯著,對于中、小型空調冷源系統(tǒng)十分適用。c冷卻塔的節(jié)能改造冷卻塔節(jié)能改造有以下向幾種途徑:①采用新型配水裝置,如旋轉布水器,用以控制漂水,減少水耗。因此冷卻水漂水產(chǎn)生的原因主要在于:循環(huán)水量過大或偏流,風量過大,所以在滿足冷水機組負荷的情況下當調整循環(huán)水流量,調整播水器角度,清掃散水槽,適當調整風機葉片的角度,可將漂水量降至最低。②均勻布置噴嘴,選擇匹配的配水管。③采用新型高效填料和通風機。通風機的設計參數(shù)與冷卻塔的設計參數(shù)(阻力特性)相一致,使風機在最正確工況點附近工作,從而到達最正確降溫效果。變風量系統(tǒng)變風量空調系統(tǒng)是通過變風量末端裝置調節(jié)進入房間的風量,并相應地調節(jié)空調機風量來適應系統(tǒng)的風量要求。全空氣空調系統(tǒng)通過向空調房間輸送足夠數(shù)量的、經(jīng)過一定處理的空氣,用以吸收室內的余熱和余濕,從而維持室內所需要的溫度和濕度。變風量系統(tǒng)可以通過改變送到房間(或區(qū)域)風量的方法,來滿足這些地方負荷變化的需要,同時整個系統(tǒng)的總送風量也是變化的。變風量系統(tǒng)也可以適應一天中同一時間各個朝向房間負荷并不都處于最大值的需要,空調系統(tǒng)輸送的風量可以在建筑物內各個朝向的房間之間進行轉移,從而系統(tǒng)的總設計風量可以減少。這樣,空調設備容量也可以減少,既可以節(jié)省設備費投資,也進一步降低了系統(tǒng)運行費用。從國內外的應用情況來看,變風量系統(tǒng)主要以帶風機動力型末端的形式居多。國內大多數(shù)變風量系統(tǒng)設計也都效仿歐美的設計風格。變風量系統(tǒng)在國內應用受限有兩大原因:其一,初投資問題,目前變風量系統(tǒng)的大局部設備還需要依賴進口,這使得系統(tǒng)的投資費用偏高,而國外的設備方面已經(jīng)日臻完善,相對于投資方面將比擬有利;其二,國外的變風量系統(tǒng)更多地是與低溫送風技術想結合。在興旺國家,一些較大商用空調工程中最普遍的空調系統(tǒng)形式為變風量系統(tǒng)。在這方面上國內使變風量系統(tǒng)與低溫送風相結合的技術還處于落后階段。變風量系統(tǒng)常應用于辦公性建筑物或學校建筑物,但是,變風量系統(tǒng)并不僅限于這些應用場合,它還可以廣泛應用于商場、購物中心,圖書館、醫(yī)院等各類公共建筑中,甚至也可以在某些工業(yè)建筑中使用。熱回收技術熱回收系統(tǒng)是回收建筑物內、外的余熱(冷)或廢熱(冷),并把回收的熱(冷)量作為供熱(冷)或其它加熱設備的熱源而加以利用的系統(tǒng)。熱回收系統(tǒng)可以提高建筑能源的利用率,是建筑節(jié)能開展的一個方向。空調系統(tǒng)中可供回收的余熱(冷)主要分布在排風和冷凝熱中。①排風冷、熱的回收。空調房間一般設有新風系統(tǒng),同時有許多房間設有排風系統(tǒng),由于排風的空氣參數(shù)接近空調房間的室內參數(shù),排氣的溫度相對大氣溫度有一定的溫差,直接排入大氣就回造成能量損失。因此,在送入新風時,可以回收利用這局部排風中的能耗(包括冷量和熱量),到達節(jié)能效果。對于空調系統(tǒng)的節(jié)能,目前往往無視對換氣排風所帶走的冷(熱)量的回收,造成能量的極大浪費。在建筑物的空調負荷中,新風負荷所占比例比擬大,一般占空調總負荷的20%~30%。為保證室內環(huán)境衛(wèi)生,空調運行時要排走室內局部空氣,必然會帶走局部能量,而同時又要投入能量對新風進行處理。如果在系統(tǒng)中安裝能量回收裝置,用排風中含有的能量來處理新風,就可減少處理新風所需的能量,降低機組負荷,提高空調系統(tǒng)的經(jīng)濟性。②冷水機組冷凝熱的回收利用。水冷冷水機組的冷凝熱通常通過冷卻塔排入大氣,造成環(huán)境的熱污染。冷凝熱一般為制冷量的1.3倍左右,冷凝熱一般分為兩局部:一局部是來自于溫度較高的過熱蒸汽熱量,另一局部為較低溫度的來自制冷劑兩相相變熱量和過冷熱量。過熱蒸汽的溫度一般在45℃~90℃之間,而相變熱量在40℃~50℃之間。而許多使用中央空調的建筑中要求供給熱水,而一般熱水要求溫度在60℃左右,根據(jù)兩種熱量性質的不同,可以采用直接回收和間接回收,以節(jié)約能源。2.3采暖供熱系統(tǒng)節(jié)能改造[18]“采暖供熱系統(tǒng)”節(jié)能改造原理簡介:第一,實現(xiàn)采暖供熱系統(tǒng)水力平衡,并做到供暖區(qū)域內室內溫度自動監(jiān)測及控制?!?〕安裝智能型系統(tǒng)水力平衡控制系統(tǒng),解決冬季采暖高層循環(huán)水氣堵問題,以及水力失調問題。①根據(jù)建筑用途不同,在整體系統(tǒng)上安裝采暖供熱系統(tǒng)外網(wǎng)智能調節(jié)控制器,針對辦公樓、住宅樓、教學區(qū)、學生公寓等不同區(qū)域進行分別控制,以到達外網(wǎng)系統(tǒng)流量分配平衡,同時解決外網(wǎng)系統(tǒng)供暖水力平衡問題,既按需供熱;②在采暖供熱系統(tǒng)中,水總是傾向于在阻力小的管道中流動,導致靠近近端流量大,而遠端流量小,從而造成室內溫度的不平衡和波動。針對這個問題,智能調節(jié)控制系統(tǒng)使用自動化控制,以最低的能源本錢提供理想的室內環(huán)境采暖溫度,前提條件是控制器所控制的控制閥處于良好的運行狀況,即滿負荷下所有的控制閥必須能夠通過設計流量,控制閥兩端的壓差變化不能太大,系統(tǒng)總流量要到達標準,以確保系統(tǒng)流量分配,壓差和總流量的平衡;③只有經(jīng)過精確調試的平衡系統(tǒng),才能到達節(jié)能和舒適的效果。為此系統(tǒng)中將采取全面水力平衡控制解決方案:首先做出精確的水力計算,滿足水力平衡的各種需要,然后安裝現(xiàn)場進行調試,快速到達平衡目標。以實現(xiàn)降低能源消耗,減少日常維護,提高住戶滿意度。為此安裝的有:專用系統(tǒng)水力調節(jié)器、專用平衡閥、專用壓差控制閥、動態(tài)平衡電動調節(jié)閥、溫度傳感器等設備;④調整系統(tǒng)供暖所采用的循環(huán)泵和補水泵,根據(jù)現(xiàn)有的采暖面積和樓層的高度,需要進一步合理化調整。配合上述的智能型系統(tǒng)水力平衡控制系統(tǒng),再通過系統(tǒng)調網(wǎng)測試等工作,最終到達用戶室溫恒定的目的,同時可以解決系統(tǒng)循環(huán)水流量分配不均衡問題和房間散熱器阻力不平衡問題;⑤使用自動定壓系統(tǒng),解決系統(tǒng)定壓不穩(wěn)問題。根據(jù)現(xiàn)有的采暖面積和樓層的高度,安裝合理定壓系統(tǒng),實現(xiàn)系統(tǒng)壓力調節(jié)為自動化控制,防止人為因素影響系統(tǒng)供暖的穩(wěn)定。〔2〕安裝智能型溫度監(jiān)測及控制系統(tǒng),實現(xiàn)供暖區(qū)域同內室內溫度自動監(jiān)測及控制。冬季供暖中室內的溫度和濕度狀態(tài),在鍋爐房無法直觀的了解,司爐工憑感覺供暖,熱了停爐,冷了開爐,所做的反映往往是滯后的。因此,造成供暖狀態(tài)是忽高忽低,采暖的舒適度欠佳,同時也造成能源的浪費。為此,采取智能型溫度監(jiān)測及控制系統(tǒng),以備鍋爐房可以直觀了解供暖狀態(tài),隨時控制鍋爐的出水溫度,保證高質量的供暖;根據(jù)建筑用途不同,在整體采暖系統(tǒng)安裝采暖供熱系統(tǒng)溫度無線數(shù)字采集傳輸控制系統(tǒng)。①搭建室外溫度傳輸站。室外溫度的變化很大程度上決定了建筑物需熱量的大小,也決定了能耗的上下。運行參數(shù)〔供暖水溫〕應隨室外溫度的變化時刻進行調整,始終保持供熱量與建筑物的需熱量相一致,保證室內溫度在不同室外溫度情況下的相對穩(wěn)定,實現(xiàn)按需供熱,這樣才可以保證供暖機組最大限度的節(jié)能運行。由于室外溫度的變化以及用戶調節(jié)室內溫度,鍋爐供暖系統(tǒng)的負荷為變量,因此應對鍋爐供暖系統(tǒng)進行相應的動態(tài)調節(jié)。智能供暖調控管理中心根據(jù)室外溫度的變化及用戶設定的不同時間對室內溫度要求,按照設定曲線求出恰當?shù)墓┧疁囟冗M行自動控制,實現(xiàn)供熱系統(tǒng)供水溫度—室外溫度的自動氣候補償,防止產(chǎn)生室溫過高而造成的能源浪費。②構建室內溫度無線數(shù)字傳輸網(wǎng)絡。室內溫度無線數(shù)字傳輸網(wǎng)絡是由多個無線數(shù)字溫度采集點及專家識別系統(tǒng)構成。無線數(shù)字溫度采集點采用了工業(yè)級傳感器和處理芯片,將檢測到的介質溫度值發(fā)往到多功能終端上,終端對其進行處理和顯示,可以完成顯示、報警、輸出開關量、輸出和輸入等一系列功能。③智能型溫度監(jiān)測及控制系統(tǒng),把當日當時的室外溫度、鍋爐出水溫度、水射器前后水溫,管網(wǎng)損耗溫度、以及室內溫度信號作以精確的采集,再將所采集的溫度變化信息傳輸?shù)娇刂葡鋯纹瑱C中,計算出能耗、熱量、室內溫差理論值,并與測量的實際值進行比照。依據(jù)比照結果,智能供暖調控管理中心會根據(jù)不同的建筑結構、管網(wǎng)的好壞等因素,由計算機給鍋爐提供運行管理的最正確調控指示。一方面調控系統(tǒng)的各種執(zhí)行機構滿足所需要的熱量,另一方面與現(xiàn)有鍋爐的控制系統(tǒng)有機結合起來,做到動態(tài)調節(jié),準確無誤的提供給水的水量和水溫。改造后的系統(tǒng)會配有自動溫控測試儀及智能監(jiān)控,并可以打印出24小時運行記錄以備檢巡,將全年的供暖運行記錄作以儲存如:室外、室內溫度、鍋爐供暖溫度等等數(shù)據(jù)。第二,在保證采暖質量的前提下,對采暖供熱系統(tǒng),實施分區(qū)、分時、分溫自動化節(jié)能控制改造。〔1〕在現(xiàn)有鍋爐房采暖設備和系統(tǒng)的根底上進行改造,將原采暖供熱系統(tǒng)分為兩個系統(tǒng),小系統(tǒng)為鍋爐加熱局部,大系統(tǒng)為外網(wǎng)循環(huán)局部,這樣鍋爐可根據(jù)外網(wǎng)循環(huán)局部需要的量來減少或加大通過鍋爐的水量,從而到達運行的最正確效率。因而,即可大幅度降低鍋爐的能耗及運行費用,同時又可解決鍋爐供暖系統(tǒng)流量的問題。〔2〕在現(xiàn)有的鍋爐供熱局部改造,增加智能型調溫節(jié)能綜合控制系統(tǒng),與原采暖系統(tǒng)自控局部良好接入,共同控制系統(tǒng)運行,并配以全自動感溫流量控制系統(tǒng),使流量、流速、溫差,可調性增大,到達無需不供、多需多供,循環(huán)水系統(tǒng)平穩(wěn)運行的效果?!?〕綜合上述各項控制系統(tǒng),同時采用智能供暖水射器調控系統(tǒng),以實現(xiàn)采暖供熱系統(tǒng)全自動控制、動態(tài)調節(jié)循環(huán)水力大小。供回水溫度、流量的控制等都將與傳統(tǒng)的供暖方式不再相同。原先為滿足供暖要求,采用傳統(tǒng)的采暖供熱方式,造成外網(wǎng)溫度時高時低,超供和欠供等現(xiàn)象突出,致使外網(wǎng)存在熱力水平失調和垂直失調。傳統(tǒng)的供暖運行方式,受人為因素影響也較大。現(xiàn)有的鍋爐操作人員知識水平和素質參差不齊,在鍋爐運行管理中,責任心的強弱和技術水平的上下,造成供暖運行費用的差異也很大。改造后鍋爐供熱局部采用小流量、變流速、高溫差、高效率的運行方式,通過控制鍋爐的進、出水量,來調節(jié)鍋爐的出水溫度,并截流大局部系統(tǒng)回水,返回利用余熱,在一定程度上減少了人為因素所造成的浪費。〔4〕開爐以前對鍋爐供暖系統(tǒng)進行清洗。清理系統(tǒng)結垢,提高整體供熱效率。3既有建筑節(jié)能改造存在的問題[19-20]〔1〕重視過程,不重視改造后的節(jié)能效果在既有建筑節(jié)能改造的各個環(huán)節(jié)中,除設計階段比擬標準〔有施工圖審查等監(jiān)管措施〕外,其它環(huán)節(jié)如前期論證、施工組織、專項驗收、檢測評估、運行管理等階段由于管理制度不夠健全,各環(huán)節(jié)缺乏有機的聯(lián)系,導致許多人把目光更多投向節(jié)能產(chǎn)品、技術和應用,缺乏對建筑節(jié)能最終效果的關注?!?〕單體建筑節(jié)能改造與供熱系統(tǒng)改造、供熱體制改革等未能有機結合建筑節(jié)能技術主要包括建筑圍護結構和供熱〔冷〕系統(tǒng)的節(jié)能技術,供熱〔冷〕系統(tǒng)包括冷熱源、供熱〔冷〕外網(wǎng)和用戶系統(tǒng)等。既有建筑節(jié)能改造涉及的主要內容也如此,但由于管理體制的制約,構成建筑能耗的幾局部往往由不同的機構管理,各局部節(jié)能改造的時間、內容、標準等往往不一致,相互又不能有機結合,出現(xiàn)冬天開窗散
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