超低能耗建筑在夏熱冬冷地區的應用和思考

李海東　程開

【摘 要】在國家碳達峰、碳中和戰略目標背景下，建筑領域將加快推廣近零能耗建筑、超低能耗建筑等低碳新技術的應用，超低能耗建筑在我國將成為主流。文章在介紹超低能耗建筑的基本概念的基礎上，以“中鐵·龍盤湖·世紀山水二期工程（5-2）區鄰里中心” 為例，介紹了在夏熱冬冷地區超低能耗建筑的主要設計策略及技術措施，提出該地區發展超低能耗建筑的思考，為超低能耗綠色建筑的設計提供相關經驗與參考。

【關鍵詞】超低能耗建筑; 夏熱冬冷地區; 設計策略和技術措施; 思考

【中圖分類號】TU201.5【文獻標志碼】A

“中鐵·龍盤湖·世紀山水二期工程（5-2）區鄰里中心”? 由中鐵大橋局宜昌鴻銘置業有限公司開發建設，成都惟尚建筑設計公司設計。在設計中，該項目積極響應國家產業政策，按照國家標準GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術標準》中的公共建筑設計標準，采用相應技術手段，完成近零能耗建筑節能設計。

2020年11月3日，該項目經中國建筑節能協會評審榮獲“超低能耗建筑”設計標識（證書編號：JLNH2020110009），成為湖北省首個獲得標識的近零能耗建筑項目。

1 基本概念

1.1 理念來源

“超低能耗建筑”的理念來自于德國的“被動房”。“被動房”是基于被動式設計而建造的節能建筑物，無需使用傳統建筑的空調和暖氣設備，只需依靠自身優越的保溫性能及氣密性，從建筑技術層面利用太陽、照明、人體、電器散熱等所有自然得熱方式，并依靠高效的外墻保溫系統、被動式節能門窗系統、新風系統、遮陽系統，就可實現室內環境的恒溫、恒濕、恒氧、恒靜、恒潔。其理想標準等同于國內所提的“零能耗建筑”，“超低能耗建筑”屬于“被動房”的初級階段。

1.2 近零能耗建筑

近零能耗建筑是指適應氣候特征和場地條件，通過被動式建筑設計最大幅度降低建筑供暖、空調、照明需求，通過主動技術措施最大幅度提高能源設備與系統效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適室內環境，且其室內環境參數和能效指標符合GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術標準》規定的建筑，其建筑能耗水平應較國家標準GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》和行業標準JGJ 26-2016《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》、JGJ 134-2016《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、JGJ 75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》降低60 %～75 %以上。

1.3 超低能耗建筑

超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現形式，其室內環境參數與近零能耗建筑相同，能效指標略低于近零能耗建筑，其建筑能耗永平應較國家標準GB 50189-2015《公共建筑節能設計標準》和行業標準JGJ26 -2010《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》、JGJ 134 -2016《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、JGJ 75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》降低50 %以上。

2 項目概況

本項目為中鐵·龍盤湖·世紀山水項目，位于湖北宜昌伍家崗區和猇亭區之間，基地位于丘陵地形，山形優美，地勢南低北高，地塊西面緊臨龍盤湖，南面為城市主要交通道路，路南側即為長江（圖1）。

宜昌市屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，夏熱冬冷，秋溫高于春溫，冬干夏濕雨熱同季，四季分明。降雨充沛，年降水量1 100～1 200 mm，盛行東南風。氣候分區為A區（表1）。

項目總用地面積38.06 ha，規劃總建筑面積47.7×104 m2。本次獲 “超低能耗建筑”設計標識的為“中鐵·龍盤湖·世紀山水二期工程（5-2）區鄰里中心”項目（圖2）。

3 主要設計策略及技術措施

（1）本項目采用性能化設計方法，使用綠建SWELL節能計算軟件進行建筑能耗計算。

（2）建筑總體規劃設計上，因地制宜，充分適應和利用自然條件。

建筑總體規劃應有利于營造良好的微氣候：采用點式和“一”字型建筑單體，結合山地地形布置，利用景觀、生態綠化等措施，夏季增強自然通風、減少熱島效應，冬季增加日照，避免冷風對建筑的影響。建筑的主朝向為南北朝向，主入口避開冬季主導風向（圖3）。

（3）建筑平面和空間設計上，采用簡潔的平面和空間布局，充分利用天然采光、自然通風。立面設計控制好窗墻比例。

項目參數：體型系數：0.49，窗墻比0.12～0.16（圖4～圖6）。

（4） 保溫層采用的先進技術措施和高保溫建材。

外墻：200 mm厚高性能加氣混凝土砌塊，100 mm厚石墨聚苯板。

屋面：100 mm厚擠塑聚苯板。

外窗：隔熱多腔封閉鋁合金框+雙中空3層玻璃（6 mm中透光Low-E+12 mm氬氣+6透明+12A+6 mm透明）。

（5）氣密層采用的技術措施和建材。①外墻采用高性能加氣混凝土砌塊加專用抹灰砂漿薄抹灰形成內部完整的氣密層。采取掛網等防開裂措施。②圍護結構洞口、電線盒、管線貫穿處等易發生氣密性問題的部位應進行節點設計，設置了防水隔汽膜。

（6）外遮陽設計：采用雙層鋁套板百葉活動卷簾。

（7）熱橋處理：嚴格按照技術標準設計，并提出材料和施工技術要求。部分主要節點見圖7～圖15。

（8）機電設備的設計：①空調熱回收系統：高效多聯機空調系統+獨立新風設備。②能耗計量管理系統。③采用高效節能LED光源和燈具。

4 本項目超低能耗設計參數

（1）能耗指標：綜合節能率≥50 %。

（2）屋面傳熱系數（W/ m2 ·K）K=0.31（平屋面）/0.33（坡屋面），外墻傳熱系數（W/m2·K）K=0.26。

（3）屋面建筑外窗傳熱系數（W/ m2 ·K）K=2.12，太陽得熱系數SCHG=0.348。

（4）采用多聯機空調（熱泵）機組時作為供暖熱源，制冷綜合性能系數IPLV（C）≥6.0。

（5）外墻填充墻體主要材料B06高性能蒸壓加氣混凝土砌塊墻體的導熱系數（限值λ≤0.150 W/m·K） 。

（6）外墻保溫材料石墨聚苯板的導熱系數（限值λ≤0.032 W/m·K）、燃燒性能B1級，修正系數1.20。

（7）屋面保溫材料擠塑聚苯板（ρ=25～32）（限值λ≤0.030 W/m·K）、燃燒性能B1級，修正系數1.20。

（8）外窗材料：隔熱多腔封閉金屬框+雙中空玻璃（6 mm中透光Low-E+12 mm氬氣+6透明 +12A+6 mm透明），傳熱系數2.12 W/m2·K，自身太陽得熱系數0.40，氣密性為8級，水密性能等級為3級、抗風壓性能等級為4級、可見光透射比0.62。

（9）外墻為淺色涂料飾面，太陽輻射吸收系數0.75。

5 關于在夏熱冬冷地區發展超低能耗建筑的思考

5.1 節能總量可觀

我國夏熱冬冷地區范圍廣闊，包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、重慶、四川、貴州省（市）等14個省（直轄市）的部分地區。面積約150×104 km2，約占國土16 %，超過德國面積4倍以上，建筑節能具有巨大的發展空間。鑒于在該區域的經濟發展水平的不均衡，故超低能耗（近零能耗）建筑的發展可以有更靈活的策略，在積極的政策引導下，其節能總量仍非常可觀。除了部分公共建筑，居住建筑量大面廣，是主要的推廣對象。

相對于零能耗建筑、近零能耗建筑較高的標準和技術要求，超低能耗建筑更容易實施和推廣。

5.2 超低能耗建筑的優勢

超低能耗建筑是高標準、高質量的建筑產品，可以有效提高人民生活品質。

超低能耗建筑具有5大優勢：

（1）節能：執行更高的節能標準，更嚴格的冷熱橋處理措施，大幅度減少室內冷、熱能量的流失，有效降低了建筑能耗。

（2）恒氧：新風系統保證室內空氣高質量。

（3）恒溫：節能保溫墻體防止了室內能量的流失，讓室內的溫度恒定在20～26 ℃。

（4）恒靜：門窗的氣密性設計降低了噪音，層間樓板、隔墻的保溫層除了具有保溫效果，還能有效地起到隔聲作用，降低住戶間的聲音傳播，使室內噪音小于30 dB。

（5）恒潔：優良的氣密性和室內外空氣的循環過濾，使室內空氣 PM2.5保持在35 μg/m3以下。

在國家新的綠建標準以及健康建筑要求的引導下，超低能耗建筑所特有的良好居住體驗形成的市場競爭力，將吸引建筑商在此基礎上打造高端差異化建筑產品，為消費者提供更多層次的產品選擇。

5.3 可帶動材料產業升級

新型綠色建筑材料的使用，是超低能耗建筑一大特色，也是其吸引社會關注度的一大亮點。建筑建造對外墻保溫磚、保溫板材、節能門窗、防水透氣材料等節能材料的高要求，將從需求端拉動建材行業的整體提升。此外，室內的高氣密性對裝飾材料、家具家電等物品的不利揮發物要求將更加嚴格，進而推動下游相關材料產業的升級換代。

5.4 更高的施工技術要求，可促進施工企業的轉型升級

超低能耗建筑對建造施工質量有嚴格的要求，如保溫施工方案的專業化組織、氣密性要求的特殊抹灰砂漿、機電安裝要求、施工節點和細部控制等等。這些要求，將促使施工企業從組織管理、關鍵技術、人員素質等方面入手，提高企業生產效率、增強企業核心競爭力，最終引導企業在保溫專項施工上實現轉型升級。

參考文獻

[1]徐偉. 中國近零能耗建筑研究和實踐[N]. 科技導報， 2017-5-28.

[2]王群， 章左旭. 被動房建設在后疫情時代將迎來發展的“風口”[N]. 中國建設報， 2020-5-281（6）.

[3]田振， 高建會. 被動房氣密性設計與施工注意事項[J]. 建設科技， 2020（416）.

[定稿日期]2021-01-26

[作者簡介]李海東（1970～），男，本科，高級工程師，副教授，主要從事民用建筑設計工作。