綠色科技住宅圍護結構系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設計

施 群 劉 曦 陳 棟 尹 月

1.上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080； 2.上海建工四建集團有限公司 上海 201103

隨著經(jīng)濟的快速增長與物質(zhì)消費水平的提升，住戶對于其居住的建筑空間質(zhì)量和室內(nèi)環(huán)境舒適度也提出了更高的要求。綠色科技住宅體系適應市場變化和需求升級，在強調(diào)環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)性的綠色建筑理念的基礎上，圍繞建筑中人的需求，提出營造“以人為本”的健康、舒適、智慧的空間感受和生活方式。其中，提高建筑圍護結構及構件熱工性能的優(yōu)化設計和施工改良，是綠色科技住宅體系建立和實現(xiàn)的基礎條件。

從工程實踐來看，綠色科技住宅圍護結構節(jié)能的技術難點主要集中在提高其系統(tǒng)性和高效性等方面，具體體現(xiàn)在墻體保溫和節(jié)能門窗的適應性選材、氣密熱橋施工保障、綜合遮陽利用技術、土建裝修一體化以及建筑信息平臺構建等方面。南京海玥名都項目位于江蘇省南京市，屬夏熱冬冷地區(qū)，該地區(qū)夏季悶熱，冬季陰冷。因此，確保建筑外圍護結構的熱工性能是提升房屋居住空間品質(zhì)的重中之重。

1 綠色科技住宅圍護結構節(jié)能優(yōu)化設計

1.1 節(jié)能性與美觀性的綜合考量

建筑體形系數(shù)對建筑節(jié)能的影響主要體現(xiàn)在建筑物與室外大氣接觸的外表面積的大小。規(guī)整建筑平面設計以及減少建筑形體的凹凸變化，可以獲得較小的建筑體形系數(shù)，并在一定程度上減小建筑外表面積，從而防止不必要的傳熱損失。市場上常見的綠色住宅普遍通過減少建筑立面的異形變化，以盡可能降低建筑體形系數(shù)，因而造成建筑立面開洞形式機械平庸，缺乏韻律，失去美感。

南京海玥名都綠色科技住宅項目，建筑層數(shù)均在16層以上，其中住宅單體的建筑體形系數(shù)最大值控制在0.29，低于JGJ 134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》 規(guī)定的當建筑層數(shù)≥12層、體形系數(shù)為0.35的設計限值。但是考慮到消費者對于建筑外形的審美要求和彰顯藝術品味的需求，在設計和施工中依然保留了陽臺、凸窗等造型設計，通過采用熱傳導效率較低的高性能保溫材料和根據(jù)動態(tài)節(jié)能計算加大保溫層厚度（達到100 mm），同時對薄弱的關鍵位置進行加強處理，在保證該綠色建筑外圍護結構熱工性能有效性和系統(tǒng)性的前提下，平衡了綠色科技住宅美觀性與節(jié)能性的矛盾，營造了美觀大方、品質(zhì)高端的立面造型，深受南京高端客戶的喜愛，也獲得了南京房產(chǎn)同行的贊譽和認可。

1.2 “溫控箱”式一體化保溫系統(tǒng)

室內(nèi)空氣密閉、室內(nèi)外溫差較大、冷熱空氣頻繁接觸、材質(zhì)導熱不均勻等都會在圍護結構保溫薄弱的地方產(chǎn)生熱橋效應，造成諸如內(nèi)墻結露、霉變甚至滴水等房屋破壞，嚴重影響了住戶的居住使用和身體健康。建筑門窗通常不可避免地會存在裝配縫隙，室內(nèi)外壓強差會使得空氣發(fā)生流通交換，出現(xiàn)熱能耗和冷能耗的損失。綠色科技住宅對熱橋控制、氣密性保障等關鍵環(huán)節(jié)的設計優(yōu)化和施工管控要求的標準更高。

案例項目對建筑樓棟采取整體性考量，高效節(jié)能建筑圍護體系結合屋頂嚴密熱阻隔系統(tǒng)，即外墻、屋頂均設厚100 mm熱固型改性聚苯板增厚保溫層，“溫控箱”式傳熱阻斷方式，從樓基到樓頂形成嚴密的隔熱保溫體系。所有保溫層均包裹至陽臺內(nèi)墻部位，公共區(qū)域頂面貼保溫板，與室內(nèi)鄰近管井內(nèi)貼保溫板，杜絕熱橋。此種方式不僅保持了住宅內(nèi)部的獨立性，而且能有效防止能量流失。同時，針對綠色科技住宅屋面保溫要求高、屋面設備多、管線復雜等特點，決定采用半倒置式上人保溫屋面，即2道防水分別設在結構層上方和保溫層上方。此種方式保證了“溫控箱”式一體化保溫體系的連續(xù)性和完整性。

綠色科技住宅的外墻保溫系統(tǒng)施工并非僅對單一的保溫板鋪貼工序進行質(zhì)量控制，而是通過對外圍護體系施工的整體質(zhì)量把控，將外圍護體系的整體熱工性能控制在一定數(shù)值范圍內(nèi)，為綠色科技住宅打造合適的“外衣”。其外墻圍護施工包含結構墻體施工、螺桿洞封堵、副框安裝及窗邊處理、外墻粉刷、外墻保溫系統(tǒng)施工、外墻飾面施工。項目打破常規(guī)外圍護保溫材料厚度的限制，采用了厚100 mm以上的熱固型改性聚苯板外墻保溫新技術，在施工中采取加長強化斷熱橋錨栓固定保溫板，每3層且不大于10 m設置1道鍍鋅鋼托架。托架采用膨脹螺栓固定在梁、墻等混凝土構件上，膨脹螺栓水平間距不大于600 mm，解決了超厚外墻保溫層易變形開裂和剝離脫落的質(zhì)量隱患問題。氣密性施工包含了外墻圍護系統(tǒng)氣密性、樓層層間氣密性、樓層內(nèi)戶內(nèi)與公區(qū)氣密性三大控制板塊。建筑、裝飾技術標準制定后應選取房間試做首套樣板，對首套樣板進行氣密性試驗，驗證整體技術措施可行性。通過熱成像儀、發(fā)煙器、干冰煙霧檢測法找出漏風點位，確定關鍵工序控制點，建立管控體系。所有技術標準、保障體系確認無誤后，方可大面積施工。

1.3 高性能保溫外窗遮陽一體化設計

設計中往往具有較高的窗墻面積比，通過增大門窗洞口采光通風的面積，來營造通透明凈的室內(nèi)外空間效果，減少了日間室內(nèi)人工照明量的需要。但窗墻面積比較高，使得太陽輻射大量進入室內(nèi)，從而加熱室內(nèi)空氣，在夏季會造成室溫過高。因此，門窗的選材和性能對科技住宅的節(jié)能設計尤為重要。而建筑遮陽也是建筑節(jié)能行之有效的措施之一。建筑遮陽系統(tǒng)可進行物理阻隔，有效減少輻射熱的射入，從而降低室內(nèi)空氣得熱，減少空調(diào)負荷，達到節(jié)能目的；遮陽措施可以調(diào)節(jié)可見光，防止眩光和光污染，保護人體身心健康。對遮陽采光與保溫隔熱進行措施整合和優(yōu)化提升，使得二者發(fā)揮協(xié)同作用，是綠色科技住宅系統(tǒng)品質(zhì)圍護結構性能提升的關鍵。

案例綠色科技住宅在高窗墻面積比的前提下，進行高性能保溫外窗遮陽一體化設計，采用中空充氬氣LowE玻璃＋節(jié)能窗框，引入中置百葉玻璃窗系統(tǒng)，打破市場常見綠色技術體系的設計局限和性能矛盾，順利實現(xiàn)了科技住宅飄窗系統(tǒng)。該斷熱鋁合金內(nèi)置遮陽一體化窗中空玻璃系統(tǒng)，門窗氣密性達到6級，窗戶K值為1.95，遮陽系數(shù)為0.18，有效阻擋太陽直輻射和漫輻射，實現(xiàn)外窗調(diào)整采光、隔聲、保溫隔熱等多重功能。

這種方法減少了外遮陽措施對外圍護結構主體構造層和保溫層的破壞，杜絕了外遮陽構件老化造成墜落的安全隱患，解決了外置遮陽難以維護而成本奇高的難題；同時倡議住戶不使用窗簾布幔等遮陽產(chǎn)品，減少揮發(fā)性有機化合物等對室內(nèi)空氣環(huán)境的污染，遵從國內(nèi)外綠色健康建筑評價體系倡議的生活方式。

1.4 內(nèi)裝飾土建一體化設計

近年來，從商業(yè)住宅到保障性住房，精裝修交付的要求在全國多個地區(qū)已經(jīng)逐漸全面實施。綠色科技住宅集成了地源熱泵系統(tǒng)、置換新風、天棚/地板輻射末端等技術形式，各類管線預埋或盤結于圍護結構的樓板和墻體內(nèi)部，盤管損壞后的維修成本較高。土建裝修一體化，從設計源頭事先統(tǒng)一對建筑圍護結構構件進行孔洞預留以及固定件預埋的定位和安裝，避免了在裝修施工階段隨意打槽、穿孔等行為對已有建筑墻體保溫系統(tǒng)和科技系統(tǒng)設備管線的結構性破壞。同時，土建過程的質(zhì)量控制也是施工的關鍵所在。

案例項目末端采用混凝土樓板輻射系統(tǒng)，即在混凝土樓板中預埋PE-RT管，每個空調(diào)房間設置一回路，主要通過輻射及對流進行換熱。采用內(nèi)裝飾土建一體化設計，主要體現(xiàn)在圍護結構樓板內(nèi)天棚輻射盤管預埋前的深化。管線走向的深化主要結合精裝修圖紙，避開燈具、天花板龍骨的碰撞螺栓等。吊頂施工時原則上樓板輻射區(qū)域不建議吊頂，一方面是為了確保輻射換熱效果，另一方面是防止膨脹螺栓對盤管造成損壞。如需吊頂，在預埋前需在圖紙中明確膨脹螺栓的點位，在預埋過程中根據(jù)定位點預埋φ20 mm塑料套管供今后膨脹螺栓使用。在預埋過程中實行嚴格的質(zhì)量控制。由于PE-RT材料較為柔軟，在進行盤管固定時嚴禁采用扎絲等金屬材料進行綁扎，而需采用尼龍綁扎帶進行固定，而在盤管穿梁處，應通過增加塑料套管進行保護。在動火作業(yè)過程中需對已完成的盤管采用濕石棉布覆蓋。以上措施能夠很好地防止因管材柔軟、不耐高溫所造成的質(zhì)量問題，最后在施工完成后將各回路進行連通，在混凝土澆筑前，需進行充氣打壓，確保壓力30 min內(nèi)不下降后，帶壓澆筑混凝土，并持續(xù)保壓，之后的施工階段需定期檢查保壓情況。

1.5 全產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期信息平臺支持

項目開發(fā)并運用BIM技術，開展住宅小區(qū)級的建筑信息模型化，搭建了貫穿設計、施工、質(zhì)量監(jiān)管、運維等全生命周期各個環(huán)節(jié)的信息交換平臺，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的信息技術平臺支持，最大化發(fā)揮綠色科技住宅，包括圍護結構系統(tǒng)、科技系統(tǒng)體系等在內(nèi)的綜合效能和集成優(yōu)勢。

2 綠色科技住宅項目案例實施效果

南京海玥名都綠色科技住宅項目的高效節(jié)能建筑圍護體系，可使建筑全年負荷降低22.49%，使其制冷取暖能耗大大低于傳統(tǒng)住宅，用電量是常規(guī)空調(diào)的40%～50%，完全滿足JGJ 134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定的圍護結構設計限值，遠優(yōu)于普通住宅建筑節(jié)能標準，最大限度地降低能耗。室內(nèi)環(huán)境濕熱體感良好，其參數(shù)控制可達到夏季溫度不高于26 ℃，冬季溫度不低于18 ℃，濕度范圍為30%～70%，為客戶提供了更為健康、舒適、綠色、人性化的居住體驗。

海玥名都成為江蘇省首個獲得英國BREEM綠色住宅認證的項目，同時也獲得了國家二星級綠色建筑設計標識，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

3 結語

綠色科技住宅圍護結構系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設計能為使用者提供更加健康舒適的空間環(huán)境品質(zhì)，促進居住者全面身心健康，實現(xiàn)建筑性能的全面提升，從而達到生命滋養(yǎng)、人與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

相信在不遠的將來，隨著綠色科技住宅的理念深入人心，其投入回報比和品牌忠誠度的價值會愈加顯現(xiàn)，綠色科技住宅體系及技術為打造綠色健康人居而得到更廣泛的推廣和應用。