高層病房樓超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)措施的研究

郭芳慧

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司 運行管理部，河南 鄭州 450007)

超低能耗建筑主要是指適應(yīng)氣候特征和場地條件，利用被動式設(shè)計，降低建筑冷熱需求并提升主動式能源系統(tǒng)的能效，達(dá)到超低能耗指標(biāo)要求的建筑。對于超低能耗公共建筑，其建筑能耗水平應(yīng)比國家標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的參數(shù)降低50%以上，以室內(nèi)環(huán)境參數(shù)及能效指標(biāo)為約束性指標(biāo)，以圍護(hù)結(jié)構(gòu)、能源設(shè)備和系統(tǒng)等的性能參數(shù)為推薦性指標(biāo)，同時要求進(jìn)行建筑全裝修。

超低能耗建筑具有更加節(jié)能、更安靜舒適、更高空氣品質(zhì)和建筑質(zhì)量等特點，通常采用保溫隔熱性能更高的非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)、保溫隔熱性能和氣密性能更高的外窗，并通過無熱橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工技術(shù)來提高建筑整體的氣密性、新風(fēng)熱回收效率和可再生能源的利用率等。對于超低能耗的高層病房樓，應(yīng)通過對方案-施工圖設(shè)計階段、采購-施工階段和后期運營階段的監(jiān)督把控，達(dá)到超低能耗建筑技術(shù)在工程建設(shè)全過程的廣泛應(yīng)用。

1 高層病房樓工程概況及超低能耗約束性指標(biāo)

高層病房樓超低能耗建筑項目位于鄭州市。整體建筑為框剪結(jié)構(gòu)，地上22層、地下3層，總建筑面積61 362.63 m2。超低能耗設(shè)計范圍為地上部分(包含地上地下連通的樓梯間、電梯井、管井)，包括手術(shù)部、ICU(Intensive Care Unit)、消毒供應(yīng)中心、靜脈配置中心、遠(yuǎn)程會診中心等職能科室用房，以及病房、藥房、倒班宿舍，共計42 037.42 m2。

超低能耗建筑約束性指標(biāo)包括室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)和超低能耗公共建筑能效指標(biāo)兩部分[2]。其室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)如表1所示，超低能耗公共建筑能效指標(biāo)如表2所示。

表1 超低能耗建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)

表2 超低能耗公共建筑能效指標(biāo)

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計技術(shù)

2.1 外 墻

外墻裝飾層為干掛石材，基層墻體為表觀密度(指材料的質(zhì)量與表觀體積之比)不小于500 kg/m3的蒸壓加氣混凝土砌塊，保溫層為230 mm厚的雙層巖棉板。外墻整體傳熱系數(shù)K值為0.2 W/(m2·K)。巖棉保溫層采用錯縫粘結(jié)方式連續(xù)鋪貼，用托架和斷熱橋錨栓固定，并在保溫層外側(cè)3～6 mm厚抹面砂漿處壓入兩層耐堿玻纖網(wǎng)布。外墻節(jié)點如圖1所示。

圖1 外墻節(jié)點詳圖

2.2 屋 面

屋面裝飾層為地磚或水泥砂漿，保溫層為200 mm厚的雙層擠塑聚苯板。屋面整體傳熱系數(shù)K值為0.2 W/(m2·K)。擠塑聚苯板保溫層采用錯縫粘結(jié)方式鋪貼，且與外墻保溫層連接。屋面保溫層靠近室外一側(cè)設(shè)置防水層，保溫層下設(shè)置隔汽層。屋面節(jié)點如圖2所示。

圖2 屋面節(jié)點詳圖

2.3 女兒墻

女兒墻保溫層采用230 mm厚的雙層巖棉板，通過錯縫粘結(jié)方式連續(xù)鋪貼，用斷熱橋錨栓固定,并在保溫層外側(cè)3～6 mm厚的抹面砂漿處壓入兩層耐堿玻纖網(wǎng)布。女兒墻頂部設(shè)置金屬蓋板[3]。女兒墻節(jié)點如圖3所示。

圖3 女兒墻節(jié)點詳圖

2.4 地下室的頂板、外墻

地下室頂板下方的保溫層采用170 mm厚的雙層巖棉板，通過錯縫粘結(jié)方式連續(xù)鋪貼，用斷熱橋錨栓固定，并在保溫層外側(cè)3～6 mm厚的抗裂砂漿處壓入一層耐堿玻纖網(wǎng)布。保溫材料需從地下室頂板向地下室外墻內(nèi)側(cè)延伸，延伸長度與地下室外墻外側(cè)保溫層向下延伸的長度保持一致。地下室外墻外側(cè)保溫層為230 mm厚的雙層巖棉板(燃燒性能A級)，采用錯縫粘結(jié)方式連續(xù)鋪貼，用斷熱橋錨栓固定，并在保溫層外側(cè)3～6 mm厚的抹面砂漿處壓入兩層耐堿玻纖網(wǎng)布。保溫材料應(yīng)向上延伸鋪設(shè)至室外地坪以上500 mm 處，向下延伸鋪設(shè)至室外地坪以下1 m處。地下室的頂板、外墻節(jié)點如圖4所示。

圖4 地下室的頂板、外墻節(jié)點詳圖

2.5 采暖與非采暖空間隔墻

采暖與非采暖空間隔墻下方的保溫層采用30 mm 厚的?；⒅楸厣皾{(燃燒性能A級)，并在保溫層外側(cè)3～5 mm厚的抗裂砂漿處壓入一層耐堿玻纖網(wǎng)布。采暖與非采暖空間隔墻節(jié)點如圖5所示。

圖5 采暖與非采暖空間隔墻節(jié)點詳圖

2.6 雨 篷

混凝土雨篷保溫層采用30 mm厚的真空絕熱板(燃燒性能A級)，并在保溫層外側(cè)鋪設(shè)防水層；在輕鋼玻璃雨篷支架與外墻連接處，采用隔熱墊片、預(yù)壓膨脹密封帶和硅酮密封膠等來減少傳熱損失[4]。

3 門窗、外遮陽設(shè)計技術(shù)

外窗采用鋁包木窗(5+12A+5雙銀Low-E+V+5)，傳熱系數(shù)K值為1.0 W/(m2·K)；外門采用定制氣密門，傳熱系數(shù)K值為1.0 W/(m2·K)。局部內(nèi)門采用定制氣密防火門，外門窗緊貼結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)安裝，外門窗框與結(jié)構(gòu)墻體間的接縫為防水隔汽膜、防水透汽膜和專用粘結(jié)劑組成的門窗洞口密封系統(tǒng)。外窗臺安裝不銹鋼窗臺板，當(dāng)窗框下口具備安裝不銹鋼窗臺板條件時，不銹鋼窗臺板固定在窗框下框上；當(dāng)窗框下口不具備安裝不銹鋼窗臺板條件時，通常將不銹鋼窗臺板鋪設(shè)于窗框下部的隔熱墊塊上。外窗節(jié)點如圖6所示。

圖6 外窗節(jié)點詳圖

建筑南立面外窗采用電動可調(diào)卷包式遮陽卷簾[4]，可調(diào)節(jié)光線角度和入射通光量，以保障南立面外窗太陽得熱系數(shù)(SHGC)設(shè)計值在夏季時不大于0.30，抗風(fēng)性不低于8級蒲福風(fēng)。外遮陽與外墻保溫層連接處采用隔熱墊片和預(yù)壓膨脹密封帶，以減少傳熱損失。

4 建筑氣密性保障設(shè)計技術(shù)

4.1 墻體氣密層

砌塊墻體內(nèi)表面涂抹厚度≥15 mm的水泥砂漿，與鋼筋混凝土屋面板、樓板或地面交接，形成完整的閉合氣密區(qū)，而鋼筋混凝土墻體自身即可作為氣密層。

4.2 變形縫

外墻和屋面變形縫均采用厚度與縫寬相同的巖棉(燃燒性能A級)填實，外側(cè)裝飾采用1.2 mm厚的鋁合金板[4]。外墻變形縫節(jié)點和屋面變形縫節(jié)點分別見圖7、圖8。

圖7 外墻變形縫節(jié)點詳圖

圖8 屋面變形縫節(jié)點詳圖

4.3 管線穿外墻、樓板孔洞

管道、電線穿外墻處的縫隙采用聚氨酯發(fā)泡劑填實，孔洞室外側(cè)采用預(yù)壓膨脹密封帶和硅酮密封膠；室內(nèi)穿樓板管道與樓板開洞交接處縫隙采用巖棉填實[4]。

4.4 外墻開關(guān)和接線盒

當(dāng)外墻開關(guān)和接線盒位于現(xiàn)澆鋼筋混凝土處時，應(yīng)直接進(jìn)行預(yù)埋澆筑；當(dāng)它們位于砌體墻時，須預(yù)留孔位。安裝線盒時先用石膏灰漿封堵孔位，再將線盒底座嵌入孔位，并對電線套管與接線盒連接處的縫隙采用硅酮密封膠進(jìn)行密封[4]。開關(guān)及接線盒節(jié)點做法如圖9所示。

圖9 開關(guān)及接線盒節(jié)點詳圖

5 能源設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

5.1 暖通供熱供冷系統(tǒng)

本文根據(jù)項目所處環(huán)境，按寒冷地區(qū)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行全年負(fù)荷計算，并分析全年分時負(fù)荷分布規(guī)律，制定夏季制冷機(jī)和水泵配置方案，設(shè)計兩大兩小高效磁懸浮冷機(jī)+部分熱回收系統(tǒng)來滿足夏季冷熱需求[5]，其他季節(jié)則采用兩大一小風(fēng)冷全工況主機(jī)來滿足凈化區(qū)的使用要求；輸送水泵采用變頻水泵，風(fēng)機(jī)采用一級能效數(shù)字化調(diào)速風(fēng)機(jī)；新風(fēng)再熱系統(tǒng)采用制冷熱回收熱源及風(fēng)冷熱回收熱源。大冷機(jī)與小冷機(jī)可獨立或聯(lián)合運行，以滿足初夏節(jié)能運行要求。系統(tǒng)在夏季時普通區(qū)按大機(jī)高水溫運行，潔凈區(qū)按小機(jī)低水溫運行。中央制冷機(jī)房的夏季綜合性能指數(shù)(Coefficent of Performance,COP)大于5.1。

5.2 新風(fēng)熱回收及通風(fēng)系統(tǒng)

門診、急診病房常規(guī)區(qū)域采用二管制風(fēng)機(jī)盤管+4管新風(fēng)系統(tǒng)+排風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)空調(diào)機(jī)組設(shè)預(yù)熱段+G4+F7+低阻高效H11型空氣過濾器+分體式熱回收裝置+表冷段+加熱段+凈化水噴霧加濕器+直流無刷送風(fēng)機(jī)+排風(fēng)進(jìn)口設(shè)置F7空氣過濾器+分體式熱回收裝置+直流無刷排風(fēng)機(jī)。新排風(fēng)顯熱回收效率大于75%。新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置新風(fēng)旁通管，以便在室外溫濕度適宜時，新風(fēng)過濾后不經(jīng)過熱回收裝置而進(jìn)入室內(nèi)。每個房間都設(shè)有新風(fēng)送風(fēng)模塊和排風(fēng)模塊，保證醫(yī)生辦公區(qū)(護(hù)士站等潔凈區(qū))正壓、病房區(qū)(污染區(qū)域)微負(fù)壓。

5.3 監(jiān)測與控制系統(tǒng)

所設(shè)置室內(nèi)能耗監(jiān)測計量系統(tǒng)能通過采集器或集中器采集能耗數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至能源管理中心，實現(xiàn)對用能的監(jiān)測、計量、計費、付費和統(tǒng)計查詢等。整個系統(tǒng)采用分層分布式,包括站控管理層、通信層及設(shè)備層。站控管理層設(shè)有工業(yè)級監(jiān)控主機(jī)、顯示器、打印機(jī)及UPS電源等設(shè)備；通信層包括工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器及通信管理機(jī)；設(shè)備層主要為監(jiān)測和采集現(xiàn)場信號的儀表。所設(shè)計高層病房樓共有71塊水表、1塊蒸汽表、19塊氧氣表需要計量。各個帶 RS485通信接口的智能儀表需通過屏蔽通信線來連接(手拉手式連接)，并在分別連接至通信管理機(jī)或規(guī)約轉(zhuǎn)換器后，通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)和監(jiān)控主機(jī)，進(jìn)行組網(wǎng)。

6 結(jié) 語

本文確定的設(shè)計方案和技術(shù)措施，使高層病房樓超低能耗建筑達(dá)到了《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51350-2019)的相關(guān)要求，為超低能耗建筑技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。隨著建筑節(jié)能降碳技術(shù)水平的不斷提升，超低能耗建筑技術(shù)會不斷更新，只有對超低能耗建筑技術(shù)持續(xù)研究，才能助力我國碳達(dá)峰、碳中和的生態(tài)文明建設(shè)。