北京市居住建筑工程高标准节能设计应用

周宇辰，蒋航军，张新贺

（中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100048）

0 引言

我国建筑节能工作以JGJ 26—86《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（已废止）的颁布为起点，经历了30余年的发展，现阶段节能65%的设计标准已在全国普及，建筑节能工作减缓了我国建筑能耗随城镇建设发展而持续高速增长的趋势，并提高了人们居住、工作和生活环境质量。

北京地区在2012年和2020年陆续出台了DB11/891—2012《居住建筑节能设计标准》和DB11/891—2020《居住建筑节能设计标准》等有关节能标准，其节能目标（节能率）较1980年住宅标准超过75%和80%。此外，随着《北京市超低能耗示范项目技术导则》（京建发〔2018〕183号）、《超低能耗居住建筑设计标准》DB11/T 1665—2019等技术标准的颁布和实施，北京地区建筑节能水平已全国领先。

1 项目概况

本项目位于北京市朝阳区，总建筑面积10万m2，其中地上建筑面积7万m2，容积率3.0，绿地率35%，建筑密度30%。项目全部6栋住宅实施高标准节能策略，依据《居住建筑节能设计标准》、《超低能耗居住建筑节能设计标准》等标准进行设计、施工和建设，节能率在90%以上，并满足舒适性要求。

2 总平面设计

本项目的住宅在规划上分为南北两区，南区为120m2套型，楼座无周边遮挡；北区为160m2套型，局部受南侧及西侧建筑的影响。项目的总平面设计在确保建筑采光、通风等技术要求的同时，充分考虑了建筑在冬季的太阳辐射得热。北京地区中心纬度为39°54′，一年四季的太阳光均从南向入射。在冬季，太阳运行轨迹从东南向西南方向运行，相对于夏季太阳高度角较低。因此，项目通过不同朝向角度对能耗影响的对比确定建筑主朝向为南偏东小于5°，有利于在冬季将更多的阳光引入室内，以降低采暖能耗。

3 建筑单体设计

住宅套型分布如图1～3所示。建筑形体规整，有利于降低能耗，便于节点设计。除交通核外，无凸窗、凸阳台等凹凸变化，使建筑具有良好的外表系数。6栋住宅楼的外表系数≤0.78。套型设计功能布局分区明确，紧凑合理，流线清晰，充分利用自然采光及通风，各套型门窗位置合理布置，便于室内形成穿堂风，过渡季及夏季夜间温湿度适宜时采用自然通风，从而有效降低空调能耗。

图1 1号住宅楼标准层平面——160m2套型组合

图2 2号住宅楼标准层平面——160m2套型组合

图3 3～6号住宅楼标准层平面——120m2套型组合

本项目的立面设计如图4所示，在兼顾建筑风格、舒适性和降低能耗的前提下，合理设计窗墙比，满足《居住建筑节能设计标准》的要求。东、西、南向外窗全部设置活动遮阳，尽量提高南向窗墙比，降低其他方向的窗墙比。在降低夏季制冷负荷的前提下，冬季尽量引入太阳辐射得热。

图4 典型立面效果

4 节能专项方案设计

4.1 围护系统设计

4.1.1 差异化的保温厚度处理

6栋住宅楼消防高度均不大于54m，属于二类高层住宅，外墙外保温采用燃烧性能B1级的石墨聚苯板。

1，2号楼位于基地北侧，距南侧的3号楼约32m，冬季全时太阳得热受南侧建筑物影响，其采暖能耗相对基地南侧的3～6号楼稍大。经EnergyPlus（9.0.0）计算，考虑日照条件的差异性，对南北侧建筑外墙保温厚度进行差异化处理，1～2号楼保温厚度250mm，3～6号楼保温厚度240mm，在达到同样节能效果的同时兼顾项目的经济性原则。

4.1.2 连续覆盖的保温层

区别于传统项目（75%或80%节能），本项目所有住宅楼座的地上部分、地下夹层全部（采暖地下室）和地下层的交通核区域均设定为保温连续覆盖范围（见图5），沿这些区域外围设置连续的保温层。其中屋顶及露台处设置250mm挤塑聚苯板，采暖地下室外墙与周边土壤接触处设置200mm挤塑聚苯板，核心筒外围设置100mm岩棉板，核心筒底部设置150mm挤塑聚苯板，采暖地下室与其相邻的下层房间交接处的楼板采用150mm岩棉。保温层的连续设置有效防止了局部区域热桥的产生。

图5 连续保温覆盖范围

4.2 高效节能外门窗设计

住宅地上及地下夹层的外窗采用木包铝内平开复合窗（5mmLow-e+16mmAr+5mmLow-e+16mmAr+6mm），耐火完整性0.5h，整窗传热系数K≤0.8W/（m2·K），综合太阳得热系数SHGC冬季≥0.45，夏季≤0.3。外门（单元门、出屋面门）的传热系数K≤1.0W/（m2·K），户门传热系数K≤1.5W/（m2·K）。

外门窗采用外挂式安装，如图6所示，门窗框内表面与基层墙体外表面齐平，门窗位于外墙外保温层内。外门窗与基层墙体的连接件均采用隔热垫片和断桥锚栓等处理措施。门窗框与门窗扇间采用3道耐久性良好的密封材料密封，每个开启门窗扇至少设3个锁点，门窗与洞口之间采用气密胶带连接，保证建筑整体气密性。外窗上口设滴水，下口设金属窗台板。

图6 外窗安装构造

4.3 无热桥设计

4.3.1 女儿墙与挑檐节点

女儿墙与挑檐虽未与顶层采暖房间直接接触，但如果不加保温防护，会形成局部热桥，影响楼栋能耗和顶层房间舒适度。挑檐距采暖房间较远，经计算采用100mm挤塑聚苯板覆盖。而女儿墙内侧采用150mm挤塑聚苯板，屋顶部位与采暖房间直接相邻则需要完整的保温厚度，本项目选用250mm挤塑聚苯板。女儿墙的上部、内侧全部包裹在防水层保温层内。女儿墙上部安装2mm厚金属盖板，并向内倾斜，两侧向下延伸至少150mm，设滴水，加强密封，防止雨水渗入保温层，提高系统的耐候性（见图7）。

图7 女儿墙和挑檐节点

4.3.2 空调板节点

空调板部位是住宅建筑中容易形成冷桥的重点部位。本项目对空调板其中一边实现结构断板，使外保温连续。挑出构件进行完整的保温铺设，经计算设置100mm厚聚苯板包裹整个空调板挑出构件。墙面保温直接与空调板保温相连，实现无热桥设计。栏杆通过隔热垫片与建筑主体相连，避免热桥。

4.3.3 地下夹层窗井断热桥节点

由于窗井内部直接接触室外环境，同时窗井底板结构的阻断使地下外墙保温无法连续从而形成热桥区域，因此本项目采用将地下外墙保温层在窗井底板上下延长1m的做法降低热量传递（见图8）。

图8 地下夹层窗井断热桥节点

4.3.4 与主体相邻的地下进风井

通过风井地上结构与主体建筑脱离从而有效避免热桥的产生，同时因为结构脱离保证了主体结构外保温的连续性。在地下部分风井结构直接与主体结构相连，因此对风井的挡土墙两侧设置保温，从而隔断热桥（见图 9）。

图9 与主体相邻的地下进风井节点

4.3.5 风管穿外墙节点

穿墙管是外墙的一个热工薄弱环节，容易造成较大的热桥效应和较差的气密性结果。风管穿外墙做法按图10进行设计。管道与孔洞或套管间填充发泡聚氨酯，待发泡聚氨酯干燥后，将突出于墙体表面的发泡聚氨酯切除，基墙两侧粘贴防水透汽膜（外）和防水隔汽膜（内）。

图10 风管穿外墙节点

4.4 气密性设计

建筑物气密性是影响建筑供暖能耗和空调能耗的重要因素，良好的气密性可以减少冬季冷风渗透，降低夏季非受控通风导致的供冷需求增加，避免湿气侵入造成的建筑发霉、结露和损坏，减少室外噪声和室外空气污染等不良因素对室内环境的影响，提高居住者的生活品质。

本项目结构气密层连续并包围整个外围护系统，地上部分全部位于气密层之内，地下部分的夹层及交通核区域位于气密层之内。气密层设在热表皮边界内部并保证连续，最终使建筑达到N50≤0.6次/h的要求。气密层主体由钢筋混凝土构件、气密性抹灰、密闭门窗等构成。不同建筑材料交界处采用气密胶带进行封堵，保证气密层连续。局部管道、电线穿墙处也采用气密性胶带封堵。穿过气密层的风管设置电控密封阀，仅在需要有气流流通时开启。

5 高效热回收新风系统

本项目设置分户独立热回收新风系统，1，2号楼每户设计标准新风量160m3/h，3～6号楼每户设计标准新风量120m3/h，风机单位风量耗功率耗电＜0.45W/（m3·h）。采用全热交换风机，设计全热回收效率≥70%（显热回收效率≥75%）。新风热回收系统采取防冻措施，风机与外墙相连的新风管和排风管道采用40mm厚橡塑保温。起居室和卧室等主要活动区为送风区，卫生间和厨房门口设回风口，过道和餐厅为过流区。

6 空调冷热源系统

由于良好的围护结构及气密性设计，有效地降低了建筑的冷热负荷需求，本项目冷热源系统能耗显著低于常规建筑，冬季主要依靠被动得热和热回收装置，供热负荷很小。由于北京市夏季的空调除湿需求较高，无法通过提高围护结构性能及新风热回收系统完全消除，且冬季需要满足应对极端天气下的制热负荷，因此仍设置供冷供热系统。本项目采用变制冷剂流量多联分体空调系统，外机设于室外空调机位。提高制冷、制热性能系数是降低建筑供暖、空调能耗的主要途径之一，本项目空调机组的制冷综合性能系数≥6.0。

7 生活热水系统

本项目采用燃气热水器制备生活热水。燃气热水器额定热效率95%，不低于GB 20665—2015《家用燃气快速热水器和燃气采暖炉能效限定值及能效等级》中节能等级（1级）的规定值；燃气热水器带安全保护装置。燃气热水器采用自平衡式，避免高温气体与室内空气接触并保证气密性。

8 照明与其他

本项目照明设备采用高效节能灯具，并采用智能照明控制系统。公共区域采用红外探测人体移动感应加光控延时自熄开关；地库区域照明采用时间继电器控制；电梯能效等级为1级；变压器及用电设备能效等级不低于2级；循环泵、通风机等采用变频调速控制方式。

9 可再生能源发电

本项目屋顶设置太阳能光伏板作为可再生能源利用措施，光伏板面积约每户1.5m2。以1号楼为例，光伏面积84m2，年产电量约16 777kW·h。

10 能耗监测系统与分类计量

能耗监测选择南侧楼栋120m2套型的边套、中间套及北侧160m2套型的边套作为3个基本套型种类，每个套型种类在高度上再分别选择底层、顶层、中间层3种不同的位置共计9户进行能耗监测。能耗监测范围包含采暖、制冷、照明、插座；舒适性监测包含室内温度、湿度、二氧化碳浓度、VOC浓度等。住宅楼及地库公共区域对动力设备用电、照明用电进行分项计量，每个住宅楼电力柜内设置照明、动力分项计量总表并实现远传、地下车库按照照明、动力分项计量要求配置配电系统及计量表具并实现远传。

11 建筑节能设计发展方向及意义

目前，低碳、环保、绿色、可持续发展的理念成为全社会的共识。2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标对建筑行业的发展提出了新的要求。据统计，建筑行业占全社会碳排放总量的22%，近5年平均增速达到6.9%。另据研究，单体建筑的全生命期中，建筑材料生产期的碳排放量占10%～30%，建造期间的碳排放约占1%，运行期间的碳排放占70%～90%，拆除期间的碳排放约1%，因此，减少运营期间能耗，降低碳排放，对实现“碳达峰”“碳中和”目标具有决定性作用。