超低能耗建筑對上海地區(qū)居住建筑設計影響分析

陸燕

上海建筑設計研究院有限公司 上海 200000

1 引言

2020年9月22日，中國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出：“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。2021年10月24日中共中央、國務院印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》。根據(jù)意見，到2030年，經濟社會發(fā)展全面綠色轉型取得顯著成效，重點耗能行業(yè)能源利用效率達到國際先進水平。到2060年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上。

根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的《中國建筑能耗研究報告（2020）》統(tǒng)計，2018年我國建筑全生命周期碳排放占全國碳排放總量的51%，且能源消耗占比和趨勢與碳排放水平一致。因此，控制和降低建筑領域的能源消耗和二氧化碳排放，對于我國早日實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標有重要意義。超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現(xiàn)形式，其室內環(huán)境參數(shù)與近零能耗建筑相同，能效指標略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平應較國家標準《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2015和行業(yè)標準《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ 26-2010、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ 134-2016、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ 75-2012降低50%以上[1]。因此，超低能耗建筑是實現(xiàn)建筑碳中和目標的重要途徑。大力推動超低能耗建筑發(fā)展，加強超低能耗建筑技術手段創(chuàng)新，將成為建筑領域未來發(fā)展趨勢。

2 超低能耗建筑與節(jié)能建筑規(guī)范指標對比分析

超低能耗設計中，遵循“被動優(yōu)先，主動優(yōu)化”的設計原則，以室內環(huán)境和能耗指標為約束性指標，對不同技術策略給出建議性措施，作為推薦性指標，幫助實現(xiàn)建筑超低能耗目標的實現(xiàn)。

上海位于夏熱冬冷地區(qū)，需要兼顧冷、熱及除濕負荷，與其他氣候區(qū)的超低能耗建筑有比較顯著的區(qū)別。本節(jié)通過對《近零能耗建筑技術標準》GB/T 51350-2019、《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》以及《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB 55015-2021中設計要求進行對比，尋找其中的區(qū)別與聯(lián)系，為上海地區(qū)超低能耗居住建筑設計提供一些思路。

不同的室內設計溫度、窗地面積比等指標要求都會對設計策略的選擇及結果帶來巨大影響。因此，首先從室內環(huán)境設計指標的對比，可以分析不同規(guī)范中對于室內環(huán)境要求的差別。

從表1可以看出:

表1 室內環(huán)境指標對比表[1-3]

1）在超低能耗建筑設計中，將冬季室內設計溫度從18℃提高到了20℃，同時中對室內相對濕度提出了設計要求，由此帶來的結果，就是相對常規(guī)節(jié)能建筑，保溫對于超低能耗建筑來說更加重要，同時為了維持室內相對濕度，對于超低能耗建筑來說，合適的除濕措施也必不可少。

2）在GB/T 51350-2019中，并未對窗地面積比通風開口面積與房間地板面積比例做出限制，其與常規(guī)節(jié)能建筑要求相同，在上海超低能耗導則中，對相關參數(shù)提出了更高的要求，以便于提升居住建筑的通風及采光性能。

3）在GB/T 51350-2019中，對于氣密性指標及噪聲指標提出了要求，該指標在對于外窗氣密性及圍護結構節(jié)點處理都有更高的要求，因此從這個角度出發(fā)，超低能耗建筑應該是節(jié)點處理更完善，施工質量更優(yōu)的節(jié)能建筑；

為了保證超低能耗建筑的性能，在相關規(guī)范和導則中也會有一些約束性指標的限定，這些措施體現(xiàn)了規(guī)范和導則對于超低能耗建筑的理解，通過對這些措施的分析，可以了解超低能耗建筑與常規(guī)建筑的區(qū)別。

《近零能耗建筑技術標準》GB-T51350-2019中要求供暖年耗熱量≤10kWh/(m2.a)，供冷年耗冷量≤3.5+2.0XWDH20+2.2XDDH28 kWh/(m2.a)，《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》中對此的要求為供暖年耗熱量≤8 kWh/(m2.a)，供冷年耗冷量≤25 kWh/(m2.a)，可見超低能耗建筑以年供暖空調、照明、生活熱水、電梯一次能源消耗量作為最終評價指標，其中照明、生活熱水以及電梯能耗與住戶人數(shù)及住戶的用能習慣相關，設計中需選擇能效更優(yōu)的設備，空調能耗受到圍護結構熱工性能影響較大，同時由于新風、除濕、地暖等空調措施，會對建筑層高，設備平臺等產生影響，從而對建筑和結構專業(yè)帶來挑戰(zhàn)。為此，首先對超低能耗對于圍護結構的影響進行分析。

超低能耗建筑以年供暖空調、照明、生活熱水、電梯一次能源消耗量作為最終評價指標，因此沒有給出相對于節(jié)能標準更加嚴格的限制性指標，只是以參考值作為一種設計指引。在《近零能耗建筑技術標準》GB-T 51350-2019中，外墻傳熱系數(shù)參考值0.15～0.40 W/(m2.K)，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)參考值0.15～0.35 W/(m2.K)，外窗傳熱系數(shù)參考值2.0 W/(m2.K)。不過在設計中，如果不能達到參考值便難以滿足超低能耗要求，因此本文對按照參考值進行設計時對建筑專業(yè)帶來的影響。

3 超低能耗建筑對建筑專業(yè)影響分析

由前所述，超低能耗建筑對室內環(huán)境要求提升，同時對建筑年耗冷量、耗熱量進行了限定，為此需要采取更好的圍護結構熱工性能，更優(yōu)的節(jié)點處理方式以及采用活動遮陽措施，來滿足超低能耗建筑的要求，這對于建筑設計中建筑、結構、機電專業(yè)，都有著重大的影響。本文主要對建筑專業(yè)的影響進行分析。

3.1 外圍護保溫影響分析

隨著裝配式建筑的不斷推廣，居住建筑也大量使用裝配式結構。根據(jù)《外墻保溫系統(tǒng)及材料應用統(tǒng)一技術規(guī)定》、《預制混凝土夾心保溫外墻板應用技術標準》DG/TJ 08-2158-2017和《裝配式建筑預制混凝土夾心保溫墻板》JC/T 2504-2019等技術要求，上海目前基本采用預制混凝土夾心保溫外墻板系統(tǒng)、預制混凝土反打保溫外墻板系統(tǒng)及現(xiàn)澆混凝土符合保溫模板外墻保溫系統(tǒng)[4]。

其中：

超低能耗建筑外墻保溫主要采用60mm硬泡聚氨酯結合25mm擠塑聚苯板內保溫或100mm硅墨烯結合25mm擠塑聚苯板，傳熱系數(shù)不大于0.4 W/(m2.K)，對于節(jié)能建筑來說，外墻保溫主要采用30mm硬泡聚氨酯或50mm硅墨烯保溫即可，傳熱系數(shù)不大于1.0 W/(m2.K)。

超低能耗建筑屋面保溫主要采用100mm擠塑聚苯板保溫，傳熱系數(shù)不大于0.3 W/(m2.K)，對于節(jié)能建筑來說，屋面保溫主要采用80mm擠塑聚苯板保溫，傳熱系數(shù)不大于0.4 W/(m2.K)。

與節(jié)能建筑相比，超低能耗建筑外保溫厚度有所增加，為了控制外保溫厚度需配合內保溫來達到所需要的熱工參數(shù)，因此在進行平面設計時，需考慮保溫厚度對房間面積以及建筑間距帶來的影響，同時內保溫會對內裝帶來影響，需要在設計階段加以考慮。

3.2 外窗影響分析

對于夏熱冬冷地區(qū)建筑，建筑冷熱負荷的主要來源之一是門窗，采用高性能外窗，可以顯著降低建筑外窗傳熱負荷。不過由于Low-E玻璃遮陽系數(shù)固定，如果遮陽系數(shù)選擇過低，會造成冬季太陽輻射得熱明顯減少，不利于冬季節(jié)能，因此活動外遮陽成為夏熱冬冷地區(qū)的最優(yōu)選擇。

上海地區(qū)超低能耗建筑外窗的傳熱系數(shù)約束值為1.8W/(㎡·k)，參考值為1.4W/(㎡·k)[2]，在采用鋁合金外窗時均需采用采用三玻兩腔Low-E中空玻璃實現(xiàn)，這是建筑節(jié)能的有效方式之一，超低能耗建筑透明圍護結構部分使用建筑遮陽或百葉，可以避免陽光直射，有效改善室內熱環(huán)境和光環(huán)境，能夠極大地提高建筑物室內的健康舒適性，同時有利于降低室內建筑負荷。

3.3 節(jié)點影響分析

（1） 外窗安裝節(jié)點

超低能耗建筑的外窗安裝方式主要有外掛式安裝及洞內安裝兩種方式。

外掛式安裝是建筑外門窗內表面與結構外表面齊平，門窗和結構之間的縫隙采用防水透汽和防水隔汽材料進行密封的一種安裝方式。由于型材被保溫材料覆蓋，可以最大程度減少外窗安裝熱橋。下圖對北京及上海市相關熱橋節(jié)點進行整理，可見外掛式安裝方式的節(jié)能對于夏熱冬冷地區(qū)與寒冷地區(qū)并沒有大的區(qū)別。

圖1 外掛式外窗安裝節(jié)點[2][5]

采用洞內安裝方式時，由于保溫無法將窗框完全包裹，必然會出現(xiàn)局部的熱橋，因此在需要在混凝土中預埋節(jié)能附框，窗外側與外墻齊平，窗與墻之間的縫隙采用耐候密封膠密封，最大程度地實現(xiàn)保溫層連續(xù)變化，避免保溫突變引起熱橋問題。所有外門窗洞口側邊均采用現(xiàn)場后置保溫塊的方式進行處理，保證保溫層連續(xù)覆蓋混凝土結構并搭接至門窗框。縫隙處室外側鋪貼防水透氣膜，室內側鋪貼防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽滲漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接長度應符合《建筑用氣密性材料應用技術規(guī)程》T/CECS 826-2021，在混凝土側不小于50mm，在窗框側不小于20mm。

圖2 洞內安裝外窗安裝節(jié)點[5]

對于免拆模保溫墻體上開窗，保溫塊采用厚度不小于30mm 的硅墨烯不燃保溫塊（條），若門窗框厚度有限無法做到30mm，則局部采用保溫砂漿等材料進行處理。對于夾心保溫墻體上開窗，考慮到上海地區(qū)潮濕多雨多臺風的季候，保留混凝土封邊以增強洞口防水可靠性。

（2） 熱橋節(jié)點處理

超低能耗項目在每個細節(jié)上熱橋處理，對于建筑師的把控非常重要。

穿墻管道和出屋面管道處。建議采用套管預埋方式，套管與管道之間的縫隙采用50mm 厚巖棉保溫材料填實。對于出屋面管道，管道在室外側采用50mm 厚XPS 保溫材料包裹，屋面防水層上翻并延伸至防水蓋板下方；室內側采用不小于30mm 厚的巖棉保溫材料包裹，向室內延伸不小于500mm，室內側采用防水隔汽膜粘貼，室外側采用防水透汽膜粘貼。對于出屋面管道，套管和管道之間的縫隙用瀝青麻絲灌封并用建筑密封膏在上部封堵，室內側粘貼防水隔汽膜。隔汽膜在管道和墻體上的搭接長度均不小于50mm。

預制夾心保溫墻板拼接部位。包括豎向縫、水平縫。其中豎向縫通過混凝土后澆帶與兩側預制墻板進行無縫緊密連接，依靠混凝土自身形成氣密層；外葉板之間采用聚乙烯棒和耐候密封膠進行封堵。水平縫通過混凝土灌漿料填縫和專用高強度砂漿封堵，室內側設置無機保溫膏料氣密層，室外側在上下外葉板之間填塞聚乙烯棒并用耐候密封膠封堵。

陽臺及設備平臺熱橋。需要考慮到到平臺上下板均瑤采用保溫材料覆蓋，形成完整的保溫一體化系統(tǒng)，例如版下可以采用硅墨烯保溫一體化板，陽臺板上鋪貼擠塑聚苯保溫板，設備平臺板板上采用20mm 無機保溫砂漿,保溫長度需注意與挑板出挑深度相同。

女兒墻和挑檐部分熱橋。需要注意將保溫材料（類似厚硅墨烯免拆保溫模板一體化系）包裹并延長一段長度至女兒墻邊，女兒墻靠近屋面的內側采用與屋面等厚的擠塑聚苯板進行保溫，屋面防水層沿女兒墻上翻延伸至防水板下方。穿女兒墻或穿屋面的雨水口洞口內、管道外側采用聚氨酯發(fā)泡劑填縫，屋面?zhèn)扔脽o機保溫砂漿進行找坡過度，以減小熱橋的影響。

預制墻板拼接部位熱橋。當現(xiàn)澆與預制直接的鏈接部分，對于豎向縫，采用A級保溫材料進行防火封邊并用聚氨酯發(fā)泡劑填縫，再澆筑后澆帶，使得墻板之間保溫層連續(xù)，避免熱橋，接縫處用PE 棒和密封膠進行防水處理。對于水平縫，在上下保溫層之間填塞B1 級橡塑保溫柔性材料，與上下封邊的保溫材料相接，接縫處用PE 棒和密封膠進行防水處理。預制夾心保溫墻板與現(xiàn)澆免拆模外墻交接處，在平面上主要位于轉角部位，夾心保溫墻板與免拆模外墻成90°直角相交。接縫處填塞PE 墊片或采用聚氨酯或泡沫膠填縫，具有吸收保溫層形變的作用。在豎直方向上，預制層夾心保溫墻板與現(xiàn)澆層免拆模墻體交接處、與現(xiàn)澆免拆模交接處，接縫處填塞B1級橡塑保溫柔性材料，預制層和現(xiàn)澆層的保溫厚度差通過現(xiàn)澆混凝土墻體調節(jié)，保溫外側統(tǒng)一設置網格布抗裂層，以保持外立面平整。

4 結論

超低能耗建筑對建筑圍護結構，氣密性分區(qū)，構造節(jié)點都有較大影響，這些因素與施工質量相結合，才能實現(xiàn)超低能耗建筑設計目標的效果，因此在超低能耗施工中，需要注意的事項建筑龍頭的設計師們需要落實。

超低能耗建筑轉向施工方案的制定和交底很關鍵，同時每次的現(xiàn)場巡場需要嚴格按照上會后的具體方案嚴格要求施工落實，并且關鍵部品部件設備進場要提醒業(yè)主現(xiàn)場抽樣復驗工作，確保關鍵部品部件設備進場的質量，同時對于這些設備現(xiàn)場的成品保護，合理組織和安排存放位置需要注意。對于隱蔽工程的組織和驗收做到及時發(fā)現(xiàn)問題及時提出處理辦法，并對相關關鍵工藝到場留影像資料并存檔。