裝配式近零能耗建筑圍護結構節能應用設計

摘 要：為解決裝配式建筑能耗大，無法滿足建筑節能建設要求的問題，本文對裝配式近零能耗建筑圍護結構進行了節能應用設計研究。以某裝配式建筑為例，對其節能設計方法進行構思，完成對能耗的相關測算。結合得到的測算數據，對圍護結構中的外墻、屋面、地面和窗戶等結構進行節能方案設計。通過最終能耗測算得出，新的設計思路不僅可以達到近零能耗的目標，還可以提高裝配式建筑的節能性，解決裝配式建筑與近零能耗建筑融合和發展的問題。

關鍵詞：裝配式建筑；圍護結構；節能；保溫

中圖分類號：TU 201" " 文獻標志碼：A

裝配式建筑具有高品質、快速、節省勞動投入、不受氣候條件制約等優點。預制房屋建造所用的部件，例如外墻板，內墻板等，都是在工廠內進行工業化生產的[1]。采用現場拼裝，可大幅減少現澆工作量，極大地提高了裝配式住宅的總體建設效率。本項目提出適用于裝配式節能建筑的設計方法，當對其進行總體節能設計時，必須保證其熱工技術指標滿足相關文件規定。

由于能源緊缺、環境污染等問題日趨嚴峻，因此，“綠色”與“節能”已成為當今建筑設計界的研究熱點。裝配式近零能耗建筑圍護結構節能設計的研究，旨在開發出更高效、更環保、更經濟的建筑圍護結構，以滿足人們對綠色建筑和節能建筑的需求[2]。通過裝配式近零能耗建筑圍護結構節能設計的研究，可以推動綠色建筑的發展，提高建筑的能源利用效率，減少能源消耗和環境污染，為建設可持續發展的社會做出貢獻。為深化此方面內容的設計，全面推進裝配式結構建筑在市場內的建設與發展，本文將某地區示范工程作為樣板，進行近零能耗建筑的節能設計，以促進建筑業的綠色發展和節能減排。

1 案例概況

本次研究的建筑設計高度為20m，總建設面積超過5800m2，建筑工程共由4層構成，預期此建筑建成后將用于日常辦公[3]。建筑立面示意圖如圖1所示。

2 節能設計方法構思

為確保節能設計可以達到預期需求，分析裝配式結構建筑中的主要參數與能耗兩者之間的關聯關系，見表1。

綜合表1中的內容，根據裝配式結構建筑中的主要參數與能耗兩者之間的關聯關系，可以采用調節建筑圍護結構參數的方式，保證裝配式建筑在建成后可以達到總體零能耗的標準，可以采用調整建筑結構設計中其他參數的方式，調節整體能耗[4]。例如，在設計中，當外窗的傳熱系數為1W/（m2·K）時，會存在造價昂貴的問題，但此時如果采用2W/（m2·K）的外窗代替1W/（m2·K）的外窗，就會在一定程度上增加建筑的冬季采暖能耗，可以通過增加圍護結構的整體氣密性、提高建筑太陽能總透射比等方式，解決建筑在冬季時期供暖能耗增加的問題[5]。參照這個理論，設計節能設計方案，如圖2所示。

3 圍護結構節能方案設計

3.1 外墻結構設計

結合上述得到的圍護結構相關參數，采用三明治板作為裝配式建筑的基礎，結合施工工藝，采用一體澆筑、預制和現澆結合的方式進行施工[6]。針對外墻結構的設計，采用外保溫構造體系，板內保溫材料選用厚度為100mm的聚氨酯硬泡沫保溫板。與外窗通過氣密膜解決氣密性問題的設計思路不同，當墻板拼接時處理方式更復雜。常見氣密層形式包括設置構造柱、粘貼氣密膜、設置混凝土層等[7]。圖3為裝配式建筑外墻圍護構造圖。

確定不同圍護層相應的厚度、導熱系數以及傳熱系數，并記錄數據，見表2。

結合熱工測算，裝配式建筑外墻圍護構造的整體傳熱系數為0.15W/（㎡·K），熱流密度為4.52W/㎡，不存在熱橋，且室內不會出現凝露現象。

3.2 屋面結構設計

以上所述的裝配式建筑，其屋頂部分為外保溫，部分為預制，以樓板結構為主。對保溫層材料的選擇來說，選用厚度180mm的擠塑聚苯板[8]。屋面構造從內到外依次為：鋼筋混凝土2400、水泥砂漿找平層、SBS防水卷材、擠塑聚苯板、SBS防水卷材、細石混凝土、面層。同樣按照上述邏輯，記錄各結構的相關參數，見表3。

對其進行熱工測算，得出屋面的傳熱系數為0.16W/（m2·K），熱流密度為5.03W/㎡，不存在熱橋現象，并且不會造成室內凝露問題產生。

3.3 地面結構設計

設計裝配式建筑地面，保溫結構也是一樣的，部分是預制的，保溫層、防水層、找平層都是在現場預制的。絕熱層選擇了厚250mm的泡沫玻璃板作為隔熱層。地面構造從上到下依次為面層、水泥砂漿找平層、PE輕質泡沫層、SBS防水卷材層、鋼筋混凝土層、泡沫玻璃板層、細石混凝土2400、砂石排水層、PP過濾紙、土壤。針對裝配式建筑地面主體結構，對其相關參數進行記錄，見表4。

對其進行熱工測算，得出地面的傳熱系數為0.17 W/m2·K，熱流密度為4.25W/m2，同樣不存在熱橋現象，并且不會造成室內凝露問題產生。

3.4 窗戶結構設計

對裝配式建筑窗戶結構進行設計，外窗采用PA斷橋鋁合金，雙玻中空單層Low-E，所述玻璃和所述隔離層的厚度為6mm+12mm+6mm。裝配式近零能耗建筑需要保證外窗的氣密性良好，氣密性包括窗體自身氣密性和環繞窗體連接位置的氣密性。針對這兩部分氣密性要求，采用三層高強度的密封材料，達到8級以上、防水4級以上的氣密性。對長期暴露在太陽照射環境下的外窗來說，應當選擇具備優質氣密性的材料，從而避免外窗老化、開裂、失去彈性等問題。為保證環繞窗體連接位置的氣密性，采用具有優良耐久性能的防水隔汽膜及不透蒸汽的薄膜對其進行密封。根據上述論述，確定外窗基本結構。具體傳熱參數見表5。

安裝外窗結構需要結合上述傳熱性能。一般情況下，外窗都要安裝在隔熱材料里面，根據窗戶的位置是在隔熱材料上還是在外面，可以分成兩種情況。PHII通常將外窗安裝在構件保溫層內的，在裝配式建筑中，這種安裝方式對預制構件的施工造成了很大的損害，而且施工不便，在建造過程中需要大量拆除和修補，外立面、隔熱、防水等都不能達到預期的效果。只有做好隔熱層間的銜接，才能使外窗不同安裝形式對熱工性能的影響接近。與將外窗設置在保溫層外相比，將外窗設置在構件的隔熱層外能夠有效地防止或者減少預制構件損傷，并且更有利于裝配式建筑的施工。因此，采用將外窗安裝在構件保溫層外的安裝方式。

4 能耗測算

根據設計內容可知，本次研究的建筑采用了全包裹的設計方式，設計范圍如圖4所示。

對研究中的建筑中存在熱橋的位置進行分析，見表6。

由于兩種類型熱橋對建筑整體能耗的影響較為微弱，因此，在綜合測算中可以忽略。

在上述內容的基礎上，對試點工程進行建模，使用DeST計算工程能耗，計算前，設定裝配式建筑結構的不同參數取值，具體內容見表7。

掌握建筑結構基本參數的基礎上，按照圍護結構節能方案設計內容與設計標準，對樣板工程進行節能設計，設計后對裝配式建筑結構中不同參數取值進行調整，見表8。

對裝配式建筑結構中不同參數取值調整前、后各階段的熱需求與冷需求進行分析，將其作為檢驗維護結構節能設計的依據，使用DeST軟件對此進行研究，具體內容如圖5所示。

從圖中可以看出，參數取值調整前，建筑的熱需求與冷需求相對較高，而參數取值調整后，建筑的熱需求與冷需求呈現顯著下降趨勢，在4月與10月，建筑的熱需求與冷需求近乎為0，由此可以證明，本文設計的節能方法在應用中可以解決建筑供冷、供熱中的高能耗問題。

5 結語

本文對裝配式近零能耗建筑圍護結構的節能設計進行研究，可以得出，這種設計方法在提高建筑質量、降低能耗、減少環境污染等方面具有顯著的優勢。同時，裝配式建筑的發展也符合國家政策導向和市場需求，具有良好的發展前景。然而，裝配式建筑圍護結構的節能設計涉及多個領域，需要不斷進行技術創新和研發，以實現更高效、環保、可持續的建筑發展。

未來，隨著科技的不斷進步和創新，裝配式建筑圍護結構的節能設計也將不斷優化和完善。通過引入新型材料、高效保溫技術、智能控制技術等，可以實現更高效、環保的建筑節能設計。與此同時，國家將繼續推出相關政策，鼓勵建筑業向工業化、裝配化、智能化方向發展。政策將更注重推動裝配式建筑及其圍護結構的節能設計，促進綠色建筑和節能減排的發展。隨著人們對建筑居住環境要求的不斷提高，越來越多的人開始向往高效、環保、節能的裝配式建筑，此類建筑在市場內的需求也呈現不斷增加的趨勢。與此同時，將有更多的企業加入裝配式建筑及其圍護結構的研發和生產中，促進建筑業的可持續發展。

裝配式近零能耗建筑圍護結構節能設計的未來發展將受到多方面的影響。只有結合技術創新、政策推動、市場需求和產業升級等方面的努力，才能實現更高效、環保、可持續的建筑發展。

參考文獻

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