超低能耗建筑在夏热冬冷地区的应用和思考

2021-12-16李海东程开

四川建筑 2021年5期

关键词：思考

李海东　程开

【摘要】在国家碳达峰、碳中和战略目标背景下，建筑领域将加快推广近零能耗建筑、超低能耗建筑等低碳新技术的应用，超低能耗建筑在我国将成为主流。文章在介绍超低能耗建筑的基本概念的基础上，以“中铁·龙盘湖·世纪山水二期工程（5-2）区邻里中心” 为例，介绍了在夏热冬冷地区超低能耗建筑的主要设计策略及技术措施，提出该地区发展超低能耗建筑的思考，为超低能耗绿色建筑的设计提供相关经验与参考。

【关键词】超低能耗建筑; 夏热冬冷地区; 设计策略和技术措施; 思考

【中图分类号】TU201.5【文献标志码】A

“中铁·龙盘湖·世纪山水二期工程（5-2）区邻里中心” 由中铁大桥局宜昌鸿铭置业有限公司开发建设，成都惟尚建筑设计公司设计。在设计中，该项目积极响应国家产业政策，按照国家标准GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技术标准》中的公共建筑设计标准，采用相应技术手段，完成近零能耗建筑节能设计。

2020年11月3日，该项目经中国建筑节能协会评审荣获“超低能耗建筑”设计标识（证书编号：JLNH2020110009），成为湖北省首个获得标识的近零能耗建筑项目。

1 基本概念

1.1 理念來源

“超低能耗建筑”的理念来自于德国的“被动房”。“被动房”是基于被动式设计而建造的节能建筑物，无需使用传统建筑的空调和暖气设备，只需依靠自身优越的保温性能及气密性，从建筑技术层面利用太阳、照明、人体、电器散热等所有自然得热方式，并依靠高效的外墙保温系统、被动式节能门窗系统、新风系统、遮阳系统，就可实现室内环境的恒温、恒湿、恒氧、恒静、恒洁。其理想标准等同于国内所提的“零能耗建筑”，“超低能耗建筑”属于“被动房”的初级阶段。

1.2 近零能耗建筑

近零能耗建筑是指适应气候特征和场地条件，通过被动式建筑设计最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求，通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒适室内环境，且其室内环境参数和能效指标符合GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技术标准》规定的建筑，其建筑能耗水平应较国家标准GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》和行业标准JGJ 26-2016《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ 134-2016《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ 75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》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级表现形式，其室内环境参数与近零能耗建筑相同，能效指标略低于近零能耗建筑，其建筑能耗永平应较国家标准GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》和行业标准JGJ26 -2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ 134 -2016《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ 75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》降低50 %以上。

2 项目概况

本项目为中铁·龙盘湖·世纪山水项目，位于湖北宜昌伍家岗区和猇亭区之间，基地位于丘陵地形，山形优美，地势南低北高，地块西面紧临龙盘湖，南面为城市主要交通道路，路南侧即为长江（图1）。

宜昌市属于亚热带季风性湿润气候，夏热冬冷，秋温高于春温，冬干夏湿雨热同季，四季分明。降雨充沛，年降水量1 100～1 200 mm，盛行东南风。气候分区为A区（表1）。

项目总用地面积38.06 ha，规划总建筑面积47.7×104 m2。本次获 “超低能耗建筑”设计标识的为“中铁·龙盘湖·世纪山水二期工程（5-2）区邻里中心”项目（图2）。

3 主要设计策略及技术措施

（1）本项目采用性能化设计方法，使用绿建SWELL节能计算软件进行建筑能耗计算。

（2）建筑总体规划设计上，因地制宜，充分适应和利用自然条件。

建筑总体规划应有利于营造良好的微气候：采用点式和“一”字型建筑单体，结合山地地形布置，利用景观、生态绿化等措施，夏季增强自然通风、减少热岛效应，冬季增加日照，避免冷风对建筑的影响。建筑的主朝向为南北朝向，主入口避开冬季主导风向（图3）。

（3）建筑平面和空间设计上，采用简洁的平面和空间布局，充分利用天然采光、自然通风。立面设计控制好窗墙比例。

项目参数：体型系数：0.49，窗墙比0.12～0.16（图4～图6）。

（4）保温层采用的先进技术措施和高保温建材。

外墙：200 mm厚高性能加气混凝土砌块，100 mm厚石墨聚苯板。

屋面：100 mm厚挤塑聚苯板。

外窗：隔热多腔封闭铝合金框+双中空3层玻璃（6 mm中透光Low-E+12 mm氩气+6透明+12A+6 mm透明）。

（5）气密层采用的技术措施和建材。①外墙采用高性能加气混凝土砌块加专用抹灰砂浆薄抹灰形成内部完整的气密层。采取挂网等防开裂措施。②围护结构洞口、电线盒、管线贯穿处等易发生气密性问题的部位应进行节点设计，设置了防水隔汽膜。

（6）外遮阳设计：采用双层铝套板百叶活动卷帘。

（7）热桥处理：严格按照技术标准设计，并提出材料和施工技术要求。部分主要节点见图7～图15。

（8）机电设备的设计：①空调热回收系统：高效多联机空调系统+独立新风设备。②能耗计量管理系统。③采用高效节能LED光源和灯具。

4 本项目超低能耗设计参数

（1）能耗指标：综合节能率≥50 %。

（2）屋面传热系数（W/ m2 ·K）K=0.31（平屋面）/0.33（坡屋面），外墙传热系数（W/m2·K）K=0.26。

（3）屋面建筑外窗传热系数（W/ m2 ·K）K=2.12，太阳得热系数SCHG=0.348。

（4）采用多联机空调（热泵）机组时作为供暖熱源，制冷综合性能系数IPLV（C）≥6.0。

（5）外墙填充墙体主要材料B06高性能蒸压加气混凝土砌块墙体的导热系数（限值λ≤0.150 W/m·K）。

（6）外墙保温材料石墨聚苯板的导热系数（限值λ≤0.032 W/m·K）、燃烧性能B1级，修正系数1.20。

（7）屋面保温材料挤塑聚苯板（ρ=25～32）（限值λ≤0.030 W/m·K）、燃烧性能B1级，修正系数1.20。

（8）外窗材料：隔热多腔封闭金属框+双中空玻璃（6 mm中透光Low-E+12 mm氩气+6透明 +12A+6 mm透明），传热系数2.12 W/m2·K，自身太阳得热系数0.40，气密性为8级，水密性能等级为3级、抗风压性能等级为4级、可见光透射比0.62。

（9）外墙为浅色涂料饰面，太阳辐射吸收系数0.75。

5 关于在夏热冬冷地区发展超低能耗建筑的思考

5.1 节能总量可观

我国夏热冬冷地区范围广阔，包括上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、重庆、四川、贵州省（市）等14个省（直辖市）的部分地区。面积约150×104 km2，约占国土16 %，超过德国面积4倍以上，建筑节能具有巨大的发展空间。鉴于在该区域的经济发展水平的不均衡，故超低能耗（近零能耗）建筑的发展可以有更灵活的策略，在积极的政策引导下，其节能总量仍非常可观。除了部分公共建筑，居住建筑量大面广，是主要的推广对象。

相对于零能耗建筑、近零能耗建筑较高的标准和技术要求，超低能耗建筑更容易实施和推广。

5.2 超低能耗建筑的优势

超低能耗建筑是高标准、高质量的建筑产品，可以有效提高人民生活品质。

超低能耗建筑具有5大优势：

（1）节能：执行更高的节能标准，更严格的冷热桥处理措施，大幅度减少室内冷、热能量的流失，有效降低了建筑能耗。

（2）恒氧：新风系统保证室内空气高质量。

（3）恒温：节能保温墙体防止了室内能量的流失，让室内的温度恒定在20～26 ℃。

（4）恒静：门窗的气密性设计降低了噪音，层间楼板、隔墙的保温层除了具有保温效果，还能有效地起到隔声作用，降低住户间的声音传播，使室内噪音小于30 dB。

（5）恒洁：优良的气密性和室内外空气的循环过滤，使室内空气 PM2.5保持在35 μg/m3以下。

在国家新的绿建标准以及健康建筑要求的引导下，超低能耗建筑所特有的良好居住体验形成的市场竞争力，将吸引建筑商在此基础上打造高端差异化建筑产品，为消费者提供更多层次的产品选择。

5.3 可带动材料产业升级

新型绿色建筑材料的使用，是超低能耗建筑一大特色，也是其吸引社会关注度的一大亮点。建筑建造对外墙保温砖、保温板材、节能门窗、防水透气材料等节能材料的高要求，将从需求端拉动建材行业的整体提升。此外，室内的高气密性对装饰材料、家具家电等物品的不利挥发物要求将更加严格，进而推动下游相关材料产业的升级换代。