重慶地區超低能耗建筑技術優化研究

周密

（重慶市設計院有限公司，重慶 400000）

1 研究背景

2022 年3 月11 日，住房和城鄉建設部《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》提出，到2025 年完成既有建筑節能改造面積3.5 億m2以上，建設超低能耗、近零能耗建筑0.5 億m2以上，裝配式建筑占當年城鎮新建建筑的比例達到30%，全國新增建筑太陽能光伏裝機容量0.5 億kW 以上，地熱能建筑應用面積1 億m2以上，城鎮建筑可再生能源替代率達到8%，建筑能耗中電力消費比例超過55%的目標[1]。

圍繞國家節能減碳的“3060 雙碳”政策指向，以“智創生態城”為建設總體目標，項目以實現重慶市第一個國家綠建三星級項目（2019 版國標）、健康建筑三星項目、超低能耗建筑的具體目標；以最新技術標準為起點，充分體現綠色技術的先進性和示范引領作用，積極推廣的綠色、低碳、生態、智慧、可持續的生態文明建設發展理念。在本項目中選取的A2#樓多功能廳作為研究對象，即是在綠建三星基礎上實施超低能耗建筑示范。

2 現狀情況

重慶屬夏熱冬冷地區，亞熱帶季風性濕潤氣候，其氣象特點是：空氣濕潤，冬冷夏熱，春秋多雨，四季多霧。夏季溫度高，年平均溫度18.3℃；極端最高溫度44.0℃，極端最低溫度－1.8℃，因此建筑應加強夏季隔熱的措施。空氣濕度大，歷年平均相對濕度79%，最熱月平均相對濕度76%，最冷月平均相對濕度81.3%，因此圍護結構結構應考慮防潮措施。風速小，全年主導風向北風，歷年平均風速2.2m/s。因此建筑應考慮冬季防風，夏季和過渡季利用自然通風。太陽輻射量一般，年平均太陽輻射量3066MJ/m2，屬于太陽能資源一般區域，對不同朝向而言，東南和西南方向太陽輻射量較高，外窗應考慮遮陽措施，北向采光較差，建議減少遮陽措施。

本項目選擇A2# 樓多功能廳為超低能耗建筑示范，理由如下：較為獨立、規模較小（2118m2），建筑層數為地上一層，無地下室。建筑高度10.1m 選型緊湊，體形系數小（0.21），東西向窗墻比較小（東0.2，南0.11，西0.2，北0.42），坡屋面屋檐出挑較大形成固定外遮陽，室內功能以會議為主，結構類型：地上鋼結構+屋頂木屋架。同時結合設計進展及現場施工情況，對現有建筑進行超低能耗建筑技術優化需結合原有設計及施工工期成本增量等因素綜合考慮。

3 設計依據

本項目首先需滿足綠色建筑三星級，執行重慶市《綠色建筑評價標準》（DBJ 50/T—066—2020）和國家標準《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2019）的相關要求，同時A2 多功能廳按超低能耗建筑設計，依據《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019），其中能效指標劃分為3 個等級：超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑，具體要求詳見表1。

表1 能效指標等級詳情

要滿足超低能耗建筑要求，建筑本體節能率應不小于20%，建筑綜合節能率不小于50%，對可再生能源利用率沒有強制要求，但采用可再生能源，可提高建筑綜合節能率。

4 設計策略

近零能耗建筑通常采用的技術路線如下：①被動式建筑設計（自然通風/采光、遮陽、圍護結構、氣密性等），從而降低能耗需求（供暖空調、照明）。②主動技術措施（能源設備及系統效率、熱回收、可再生能源），從而提供舒適環境減少能耗消耗（供暖空調、照明、生活熱水、電梯）。③建筑能效及能耗指標驗算建筑本體節能率、可再生能源利用率、建筑綜合節能率建筑能耗指標綜合值、建筑等效耗電量，根據類似定位的建筑，確定項目各功能房間的暖通空調負荷合理需求。

為滿足項目超低能耗建筑要求，結合重慶市氣候特點，以因地制宜、低投高效、精細化設計為原則，從圍護結構優化設計、能源系統和設備效率提升、照明系統、可再生能源利用等技術提出建議。具體擬采用的主要技術措施及最終設計優化如下。

（1）屋面保溫。現有設計做法為100mm 擠塑聚苯板B1 級，傳熱系數0.39（平屋面）180mm 巖棉板，傳熱系數0.29（坡屋面），超低能耗建筑技術要求傳熱系數為0.15~0.35，通過綜合模擬計算不再增加屋面保溫層。

（2）外墻保溫。現有設計300mmB06 級蒸壓加氣混凝土砌塊（自保溫），傳熱系數0.58，超低能耗技術要求傳熱系數0.15~0.40，通過綜合模擬計算不再增加外墻保溫層。

（3）遮陽。現有設計采用屋檐、木格柵、窗簾，超低能耗技術要求可調節外遮陽（低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃內置活動百葉等）結合建筑實際情況分析，增加遮陽會影響立面效果，且自身屋檐及格柵的固定遮陽條件已較好，且建筑大面積為北向玻璃幕墻，東西向和南向的窗墻比均很小，通過節能軟件模擬分析，再增加遮陽對建筑節能效果基本無影響，綜合考慮后不增加遮陽。

（4）玻璃門窗/幕墻。須滿足超低能耗建筑對夏季太陽得熱系數SHGC≤0.15，冬季太陽得熱系數≥0.40 的要求，現有立面及玻璃選型難以滿足規范要求，但通過性能模擬計算可以滿足本體節能率的要求；對幕墻（門窗）保溫隔熱性能提升，傳熱系數由原設計1.90W/（m2·K）提升到小于1.76W/（m2·K）的要求。同時考慮到門窗隔聲及防自爆的安全性要求，也在玻璃基本選型基礎上進行了夾膠及超白玻的升級，最終擬選用外窗玻璃為三玻兩腔超白玻夾膠雙low-e 玻璃［6mm+1.52pvb+6mm（高透Low-E）+12Ar+6mm（高透Low-E）+12Ar+6mm］。

（5）氣密性。提升要求對原設計門窗氣密性進行了提升，原門窗氣密性等級為6 級，幕墻氣密性3 級，調整后外窗氣密性等級需達到8 級，外門氣密性需達到6級，幕墻氣密性4 級。對建筑墻體的氣密性根據《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019），夏熱冬冷地區氣密性無強制要求，根據現場施工情況，避免了影響墻體拆改的造成不必要的損失[2]。

（6）空調及通風系統。原設計采用全空氣系統，空調主機為水源熱泵機組，由能源站專項設計，滿足熱泵機組制冷性能系數COP≥6.0；綜合部分負荷性能系數IPLV≥7.5 的要求。

（7）新風熱回收機組。原設計未設置，根據《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019）7.1.28 條要求，應設置新風熱回收系統，新風熱回收系統設計應考慮全年運行的合理性及可靠性。因此，必須設置新風熱回收系統。但項目考慮技術經濟性要求，超低能耗建筑追求整體的能效，根據測算設置新風熱回收系統對整體的能耗貢獻率不大。因此，減小了新風熱回收的設置區域和機房面積。僅在1-2 軸VIP 廳實施新風熱回收功能，在1-2 軸一層夾層空調機房增加新風熱回收機組。利用現有空調機房空間不增加其他機房面積，不增加概算，節約總成本和建設工期。在今后運營階段，設置新風熱回收系統也會起到示范作用，多功能廳有兩個VIP 室，左側VIP 室設置新風熱回收系統，右側VIP 室不設置新風熱回收系統，可以通過后續運行數據驗證，設置熱回收系統是否合理，也是對規范的驗證和補充。

（8）照明系統。室內照明選用調光型燈源，優化能效與智能控制，除衛生間由于裝飾燈帶較多，LPD 值達到現行值范圍，其他功能房間均滿足LPD 值達到現行值降低30%要求。同時考慮運營階段經常用到的場景，比如休息、匯報、放映、清掃等場景整體照度通常都會有比較大的降低，實際運行能耗大約只有全亮峰值的30%~50%。

（9）可再生能源。經多方討論，屋頂做光伏瓦對項目外觀效果影響較大，本項目已采用江水源作為可再生能源。

總體來說，對于圍護結構優化降低建筑能耗需求，主要采取的措施是加強屋面和外墻保溫，增加可調節外遮陽，玻璃幕墻（外窗）隔熱性能及氣密性的提升。對于能源系統和設備效率提升、照明系統，主要采取措施包括增加新風熱回收系統。可再生能源利用也是由于項目所在地設置了區域能源站，可采用江水源作為可再生能源。

5 超低能耗建筑性能設計分析

綜合考慮以上的技術優化措施，本項目采用了被動式低能耗建筑模擬分析軟件PKPM-PHEnergy，對建筑的性能進行分析，計算出建筑的各項能效指標如表2 所示。

表2 建筑各項能效指標計算

由上表可知，建筑綜合節能率為51.15%，建筑本體節能率（不包含可再生能源）為36.67%，滿足《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019）中的超低能耗建筑能效指標要求。 其中設計建筑總能耗為102102.07kW·h，參考建筑209034.06kW·h，單位面積能耗36.39kW·h/m2。

通過性能設計分析，同時也對設計優化措施提供指導性意見，在提高建筑被動式低能耗和設備低能耗之間取得合理經濟的平衡。

6 超低能耗建筑評審

超低能耗建筑按評審階段劃分為設計、施工、運營3 個階段，各階段評審重點如下。

（1）設計階段：測評時間節點為施工圖審查合格，測評重點內容為核查圍護結構關鍵節點構造及做法和采取的節能措施；核算建筑本體節能率、可再生能源利用率和建筑綜合節能率，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機構，最終結果形式為中國建筑節能協會網上公示。

（2）施工階段：測評時間節點為竣工驗收前，測評重點為建筑氣密性、圍護結構熱工性、新風熱回收裝置性能、保溫材料、門窗等性能檢測，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機構，最終結果形式為中國建筑節能協會網上公示。

（3）施工階段：測評時間節點為運行1 年后，以1年為一個周期，測評重點為室內環境監測和運營能效指標評估，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機構，最終結果形式為中國建筑節能協會網上公示。

根據項目實際情況，現考慮設計階段和施工階段評審，由于A2 多功能廳項目的商業運營模式還不太明確，項目運營一段時間后，可根據建筑能耗監控的數據再判斷是否滿足運營階段評審的要求。

目前重慶市建委支持建設單位進行超低能耗建筑的申報，但建委不參與評審過程或推薦，由中國節能協會認定的第三方近零能耗建筑由測評機構進行網上資料審查，并組織專家上會評審，中國建筑節能協會只對評審結果進行公示和授牌。本EPC 項目參建各方經過多次討論和對比超低能耗技術方案和施工階段技術可實施性，通過提高門窗氣密性、優化空調能耗需求和照明設計、優化新風回用系統設備位置及設計（不再新增設備房）等措施，通過PKPM 軟件對建筑能耗性能進行分析計算，最終滿足了超低能耗建筑設計階段的評審要求。在施工階段申報單位牽頭完成超低能耗建筑的運營評審前的所有資料匯總和整理工作，由第三方檢測單位進行實地檢測，并組織多名專家進行施工階段評審，在中國節能協會官網上公示結果后頒發施工標識。

7 結語

提高建筑節能水平，超低能耗建筑正式進入了大規模推廣階段，逐步啟動實施我國新建民用建筑能效“小步快跑”提升計劃，分階段、分類型、分氣候區提高城鎮新建民用建筑節能強制性標準，本文結合實際項目研究提升建筑能效的技術措施及流程，具備實操性，同時順應發展要求重點提高建筑門窗等關鍵部品節能性能要求。對于超低能耗建筑，因地制宜采取技術措施，通過性能分析再進行優化。在項目設計和施工過程中，對于超低能耗建筑的第三方評審單位及測評工作提前介入，進一步確認了設計所采取的技術措施，也需要設計與施工聯動，充分論證設計對施工的影響，滿足評審的要求，便于取得設計、施工超低能耗建筑認證。本項目作為夏熱冬冷地區的近零能耗建筑的先行示范，提供參考與借鑒意義。