装配式低能耗建筑在夏热冬冷地区中的应用——丽水经济技术开发区产业创新综合体项目

作者：王纪来 上海城建建设实业(集团)有限公司 高级经济师

赖跃 上海城建建设实业（集团）有限公司 工程师

1.前言

我国是能耗大国，能源短缺已成为影响我国社会经济发展的突出问题。随着我国经济的发展、城市化进程的加快以及人们对居住环境质量要求的提高，社会对能源的需求和消耗变得越来越大，而其中的建筑能耗的增加显得尤为突出。2020 年，我国建筑运行能耗达到了全社会总能耗的21%，建筑节能成为缓解我国能源紧缺的重要措施之一，是建设生态文明、实现绿色低碳的重要途径。发达国家的长期实践表明，装配式建筑和低能耗建筑能够有效提高建筑能效水平，提升建筑功能品质，具有广阔的发展前景。

装配式建筑将大量的现场施工作业转移到工厂进行，能够提高劳动生产效率、节约资源能源、减少施工污染、提升建筑工程质量安全水平，是实现资源、能源可持续发展的有效建造方式。低能耗建筑，其特点是在显著提高室内环境舒适度的同时，大幅减少建筑使用能耗，降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖。

2016 年，《中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》（中发〔2016〕6 号）中提出发展新型建造方式，大力推广装配式建筑，力争用10 年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达30%；推广建筑节能技术，鼓励发展被动式房屋等绿色节能建筑。2017 年，住建部出台的《“十三五”装配式建筑行动方案》中强调装配式建筑要与绿色建筑、超低能耗建筑等相结合，鼓励建设综合示范工程。正是在这种大环境下，装配式建筑和低能耗建筑走上了我国建筑节能领域发展的前沿，成为降低建筑能耗的主要解决手段。

图1.各月平均气温变化（2009-2018）【数据来源于中国天气网】

图2.各月平均湿度变化（2009-2018）【数据来源于中国天气网】

本文以位于夏热冬冷地区的丽水为典型研究区域，根据丽水的气侯特征和建筑能耗情况，结合我司在丽水打造的第一个装配式低能耗建筑—丽水经济技术开发区产业创新综合体项目，对装配式低能耗建筑的建筑设计、建造技术建筑性能等各方面进行介绍。

2.丽水地区气候及建筑能耗特点

2.1 气候条件

丽水地区为典型的夏热冬冷气候，需考虑冬季供暖和夏季制冷，故隔热与保温均应考虑。夏季潮湿也是丽典型特征之一，在6 至9 月有较为明显的除湿需求。

2.2 建筑能耗优化理念

图3 为典型夏热冬冷地区建筑能耗分布图，描述了普通新建建筑中各个月份建筑能耗需求情况。灰色带表示的是室内舒适度需要的温度区间（20～26 摄氏度），红色区域表示的是冬季需要将室内温度控制在灰色舒适区域所消耗的采暖能耗，蓝色区域表示的是夏季需要将室内温度控制在灰色舒适区域所消耗的制冷能耗。其中，3～4 月和9～10 月的区段，既无红色区域，也无蓝色区域，表示在该季节，建筑不需要任何能量补充，便可以满足室内温度要求。

图3.典型夏热冬冷地区建筑能耗分布图

结合夏热冬冷地区建筑能耗情况，根据被动式建筑节能理念对各个月份的建筑能耗进行优化，如图4 所示。同图3 相比，不需要能量补充（红色和蓝色区域）的区间已经被大大拉长，这表示经过优化的建筑，可以在全年大部分时间内不需要额外的能量补充即可以满足室内的温度要求，只有在冬、夏极端气候条件下，需要少量的能量补充来满足室内的温度要求。

图4.基于被动式建筑节能理念的建筑能耗优化

2.3 建筑能耗影响因素分析

图5 为典型夏热冬冷地区夏季、冬季建筑能耗影响因素分布图。由图可见，在夏季，50%的能耗损失由围护结构传热引起，在冬季，约30%的能耗损失由空气渗漏引起。故为了降低能耗，建筑所考虑的优化元素应包括建筑物体形、窗墙比、朝向、建筑外维护结构（包括外墙、屋顶、门、窗）建筑自遮阳、空调系统热回收等。

图5.典型夏热冬冷地区夏、冬季空调能耗的影响因素

图6.正面效果

图7.鸟瞰效果

图8.建筑实况

图9.预制构件拆解示意

图10.标准层结构平面

图11.内部大空间

图12.大跨度预应力双T 板应用

图13.施工实况

图14.DG-700 系统主要部件

图15.JTNT-C 型建筑围护结构检测仪

图16.建筑外墙外表面红外图谱（本项目与周边普通建筑的对比）

3.项目概况

丽水经济技术开发区产业创新综合体项目（下称“项目”）总建筑面积41373 平方米，其中地上建筑面积28716 平方米，地下建筑面积12657 平方米，建筑密度33%，容积率2.8，绿地率20%，建筑高度58.3 米。主楼为地上14 层，裙房为地上4 层，在3 层与4 层通过空中连廊连接，地下为二层整体式车库。

为了体现“前瞻性”、“引领性”、“示范性”，响应国家“碳达峰”、“碳中和”的战略目标，本项目在建筑方案设计时，对装配式建造和建筑节能进行了充分的考虑，目前已成为当地装配式低能耗建筑的典范。

3.1 方案设计

项目位于石牛路与吴垵路交汇点东北侧，西侧石牛路为主要交通干道，是人流与车流的主要来向。新建地块基地整体呈L 型，西侧沿石牛路方向开设主要出入口。基地西侧有优越的山体景观资源，可为高层塔楼提供绝佳的景观视线。基地南侧与周边场地有较大高差，设计为景观堆坡，同时开设地下车库平进出入口。

建筑功能方面，针对项目的创新产业服务综合体的特点，凸出体验化、生活化、聚集性的理念。通过园林景观、智能化、绿色建筑等各方面的设计，打造生态节能且高舒适性的建筑使用环境。整体的立面造型体现简约、大气、整体的效果。

3.2 结构特点

（1）主楼采用装配整体式剪力墙结构体系，主要预制构件包括预制剪力墙、预制框架梁及连梁，预制预应力空心楼板、预制钢筋桁架叠合楼板、预制楼梯、预制女儿墙等，其中外剪力墙采用了新型门窗主框预埋的装饰造型一体化清水预制承重墙板。裙房采用装配整体式框架结构体系，主要预制构件包括预制框架柱、预制框架梁、预制外挂墙板，预制次梁、预制预应力空心楼板、预制钢筋桁架叠合楼板、预制楼梯、预制女儿墙等，其中外挂墙板立面造型与主楼完全一致，设计及构造上采用了非承重的形式。项目主体结构竖向构件及水平构件预制部件的应用比例均超过80%，装配率达到84%。

（2）主楼标准层为42＊42 米标准化装配式建筑模块，采用用12 米大跨度预应力空心楼板，整体空间无梁无柱，可对室内空间进行任意功能模式的自由组合。

内外筒之间由于采用大跨度预应力空心楼板，实现无梁楼盖，增加建筑净高要求；内隔墙采用轻质隔墙，实现后期使用自由分隔需求。

（3）空中连廊突破性地采用了预制先张法预应力双T板跨度为20 米。是“大跨度预应力双T 板”于公共建筑中的首次应用。不论在设计、生产还是施工，此次实践均达到一定难度。

3.2 施工优势

通过工业化生产的构件，提升构件质量及安装质量。采用高度机械化的作业，有效提升施工效率，大幅降低人力成本，降低工人劳动强度。标准层平均6 天可完成一层。同时，施工现场规范化、程序化，无内外粉刷，湿作业极少，基本不产生建筑垃圾，节能环保优势尤为突出。

（1）无外脚手架施工：通过外墙整体预制并巧妙设计的后浇段做法省去了外墙外模板，仅采用随预制构件逐层爬升的安全防护架。

（2）楼板无底模施工：通过应用密拼预应力空心板及密拼钢筋桁架叠合楼楼板，楼板不再设置后浇段，节省了底模施工作业。

（3）无内支撑架施工：通过在内外预制墙体上设置牛腿，预应力空心楼板设计时考虑施工阶段无支撑验算，实现室内无架施工。

（4）竖向构件少撑施工：对于内剪力墙中部及框架柱角部设置钢筋螺栓连接构造，吊装就位后现行进行螺栓固定施工，使墙柱增加了固定支点，减少支撑作业量。

（5）双T 板退台吊装技术：空中连廊区域空间狭小，构件尺寸及自重大，吊车作业面小。采用从北向南逐步后退分别吊装三层及屋面双T 板的方法，仅用2 个吊车站位完成整个双T 板吊装作业。

（6）空中连廊无支撑施工：空中连廊由双T 板及预制部分预应力框架梁两种构件组成，其中双T 板为全预制构件，与两侧主梁牛腿搁置焊接连接。预制部分预应力框架梁为叠合受力构件，与两侧框架柱在吊装时采用分别预留的H 型钢连接件通过高强螺栓连接，通过预制段中的预应力钢筋满足施工荷载工作并保证其在施工阶段不产生下挠。通过以上构造达到了无支撑施工的要求，节省下部近20 米高的满堂脚手架设置。

3.2 节能优化

（1）全面采用节能门窗系统，通过提升门窗系统的光学性能、热工性能和密封性，从而达到节能的效果。本项目整窗传热系数达到1.60W/m2.K，远优于国家现行标准，极大的提升了建筑的整体能耗水平。据初步分析，相较于普通建筑，单节能门窗系统在热工参数上的提升，就可使建筑能耗（用电量）减少16%左右。

（2）高气密性设计处理。夏季，气密性差造成外部湿热空气渗入室内，增加制冷能耗，同时有结露，发霉的风险，影响房屋使用功能及寿命；冬季，室内外空气温差大，冷风渗透造成的热量损失增加了供暖能耗。因此，气密性能的好坏直接影响建筑的整体节能水平。本项目所有构造节点（拼缝、穿墙管，门窗节点等）在深化设计中均做封堵设计。

（3）基于装配式结构的断桥节点处理。预制墙板及构件拼装节点，门窗安装节点，进出建筑物的管道，外围护结构的保温层确保连续完整，采用无冷桥处理技术，避免室内结露发霉现象。

（4）创新性地将混凝土外墙板与铝合金固定窗框、微通风窗开启扇、开启扇遮挡板和通风通道整体浇筑、一体成型。该体系拥有装配式建筑的施工便捷、大尺寸无格挡窗带来良好的视野和透光等优点，既满足建筑及暖通设计中自然通风需求，也使建筑立面简洁完整，实现建筑降低碳排放目的的同时，也提高了室内舒适性，享有“会呼吸的幕墙”之美誉。同时，采用微通风形式，大幅缩短空调使用季，显著降低春、秋过渡季节的建筑能耗。

4.建筑性能测试

通过对热环境综合指标、建筑外围护结构传热系数、整体气密性、建筑物耗冷量指标的测试分析该项目节能效果。

4.1 整体气密性

整体气密性测试采用DG-700 气密性测试系统，主要包括明尼阿波利斯鼓风门系统（3 型）、DG-700 数字式压力表、风扇控制器、TECTITE 软件及其他相关配件。

整体气密性测试采用负压检测法。负压检测是指通过鼓风机朝房间外鼓风，使得房间内压力下降，从而使房间内外产生压力差的一种检测方法，其优点是受外界干扰小，测试数据稳定。

实测标准层单层平均每小时换气次数0.35，优于被动房0.6 的设计要求，建筑整体气密性能优异。

4.2 外围护结构传热系数

外围护结构传热系数检测采用国产JTNT-C 型建筑围护结构检测仪，包括热流计、温度传感器等有关配件。

实测外墙墙体内、外表温度及对应位置热流，计算得出传热系数为0.335，与外墙理论传热系数0.35 接近，墙体的实际保温隔热能力优异。

红外观测建筑外墙，无明显色温差异，建筑整体的气密性、保温隔热性优异，蓄热能力强。

4.3 温度场

采用JTNT-C 型建筑围护结构检测仪记录围护墙、板内表面温度，温湿度记录仪室内空气温度。通过下载仪器中记录存储的数据，查看温度历史数据和曲线，统计不同时间段的各个检测点的温度差值，从而判定温度场的分布情况。

在外部气温39℃，无暖通系统，门窗关闭的情况下，所有检测点温度差均不大于2C°，室内温度场稳定、均匀，室内热辐射少，舒适度高。

5.总结

（1）装配式低能耗建筑结合了装配式建筑和低能耗建筑二者的优势，能够很好满足夏热冬冷地区苛刻的气候条件，有效提高建筑建造及运营全过程能效水平，提升建筑功能品质。

（2）大开间、可自由分隔的预制结构体系，使得同一建筑内满足不同的功能需求成为可能。根据功能的不同，可通过节能门窗系统、新风空调系统等的合理配置，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，以更少的能源消耗提供舒适的室内环境。

（3）装配式低能耗建筑符合我国建筑工业化和住宅产业化的发展方向，对推进我国绿色建筑、绿色施工的发展具有重要的促进作用，对于新产业的发展，如部件和配套件的生产、全装修材料的生产、生产部件和配套件的装备设备的生产、构件运输物流业、建筑“互联网+”、建筑信息化等也有极大的推动作用。