北京市居住建筑工程高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計應(yīng)用

周宇辰，蔣航軍，張新賀

（中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司，北京 100048）

0 引言

我國建筑節(jié)能工作以JGJ 26—86《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》（已廢止）的頒布為起點，經(jīng)歷了30余年的發(fā)展，現(xiàn)階段節(jié)能65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已在全國普及，建筑節(jié)能工作減緩了我國建筑能耗隨城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展而持續(xù)高速增長的趨勢，并提高了人們居住、工作和生活環(huán)境質(zhì)量。

北京地區(qū)在2012年和2020年陸續(xù)出臺了DB11/891—2012《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和DB11/891—2020《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，其節(jié)能目標(biāo)（節(jié)能率）較1980年住宅標(biāo)準(zhǔn)超過75%和80%。此外，隨著《北京市超低能耗示范項目技術(shù)導(dǎo)則》（京建發(fā)〔2018〕183號）、《超低能耗居住建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB11/T 1665—2019等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實施，北京地區(qū)建筑節(jié)能水平已全國領(lǐng)先。

1 項目概況

本項目位于北京市朝陽區(qū)，總建筑面積10萬m2，其中地上建筑面積7萬m2，容積率3.0，綠地率35%，建筑密度30%。項目全部6棟住宅實施高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能策略，依據(jù)《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、施工和建設(shè)，節(jié)能率在90%以上，并滿足舒適性要求。

2 總平面設(shè)計

本項目的住宅在規(guī)劃上分為南北兩區(qū)，南區(qū)為120m2套型，樓座無周邊遮擋；北區(qū)為160m2套型，局部受南側(cè)及西側(cè)建筑的影響。項目的總平面設(shè)計在確保建筑采光、通風(fēng)等技術(shù)要求的同時，充分考慮了建筑在冬季的太陽輻射得熱。北京地區(qū)中心緯度為39°54′，一年四季的太陽光均從南向入射。在冬季，太陽運(yùn)行軌跡從東南向西南方向運(yùn)行，相對于夏季太陽高度角較低。因此，項目通過不同朝向角度對能耗影響的對比確定建筑主朝向為南偏東小于5°，有利于在冬季將更多的陽光引入室內(nèi)，以降低采暖能耗。

3 建筑單體設(shè)計

住宅套型分布如圖1～3所示。建筑形體規(guī)整，有利于降低能耗，便于節(jié)點設(shè)計。除交通核外，無凸窗、凸陽臺等凹凸變化，使建筑具有良好的外表系數(shù)。6棟住宅樓的外表系數(shù)≤0.78。套型設(shè)計功能布局分區(qū)明確，緊湊合理，流線清晰，充分利用自然采光及通風(fēng)，各套型門窗位置合理布置，便于室內(nèi)形成穿堂風(fēng)，過渡季及夏季夜間溫濕度適宜時采用自然通風(fēng)，從而有效降低空調(diào)能耗。

圖1 1號住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層平面——160m2套型組合

圖2 2號住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層平面——160m2套型組合

圖3 3～6號住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層平面——120m2套型組合

本項目的立面設(shè)計如圖4所示，在兼顧建筑風(fēng)格、舒適性和降低能耗的前提下，合理設(shè)計窗墻比，滿足《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求。東、西、南向外窗全部設(shè)置活動遮陽，盡量提高南向窗墻比，降低其他方向的窗墻比。在降低夏季制冷負(fù)荷的前提下，冬季盡量引入太陽輻射得熱。

圖4 典型立面效果

4 節(jié)能專項方案設(shè)計

4.1 圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

4.1.1 差異化的保溫厚度處理

6棟住宅樓消防高度均不大于54m，屬于二類高層住宅，外墻外保溫采用燃燒性能B1級的石墨聚苯板。

1，2號樓位于基地北側(cè)，距南側(cè)的3號樓約32m，冬季全時太陽得熱受南側(cè)建筑物影響，其采暖能耗相對基地南側(cè)的3～6號樓稍大。經(jīng)EnergyPlus（9.0.0）計算，考慮日照條件的差異性，對南北側(cè)建筑外墻保溫厚度進(jìn)行差異化處理，1～2號樓保溫厚度250mm，3～6號樓保溫厚度240mm，在達(dá)到同樣節(jié)能效果的同時兼顧項目的經(jīng)濟(jì)性原則。

4.1.2 連續(xù)覆蓋的保溫層

區(qū)別于傳統(tǒng)項目（75%或80%節(jié)能），本項目所有住宅樓座的地上部分、地下夾層全部（采暖地下室）和地下層的交通核區(qū)域均設(shè)定為保溫連續(xù)覆蓋范圍（見圖5），沿這些區(qū)域外圍設(shè)置連續(xù)的保溫層。其中屋頂及露臺處設(shè)置250mm擠塑聚苯板，采暖地下室外墻與周邊土壤接觸處設(shè)置200mm擠塑聚苯板，核心筒外圍設(shè)置100mm巖棉板，核心筒底部設(shè)置150mm擠塑聚苯板，采暖地下室與其相鄰的下層房間交接處的樓板采用150mm巖棉。保溫層的連續(xù)設(shè)置有效防止了局部區(qū)域熱橋的產(chǎn)生。

圖5 連續(xù)保溫覆蓋范圍

4.2 高效節(jié)能外門窗設(shè)計

住宅地上及地下夾層的外窗采用木包鋁內(nèi)平開復(fù)合窗（5mmLow-e+16mmAr+5mmLow-e+16mmAr+6mm），耐火完整性0.5h，整窗傳熱系數(shù)K≤0.8W/（m2·K），綜合太陽得熱系數(shù)SHGC冬季≥0.45，夏季≤0.3。外門（單元門、出屋面門）的傳熱系數(shù)K≤1.0W/（m2·K），戶門傳熱系數(shù)K≤1.5W/（m2·K）。

外門窗采用外掛式安裝，如圖6所示，門窗框內(nèi)表面與基層墻體外表面齊平，門窗位于外墻外保溫層內(nèi)。外門窗與基層墻體的連接件均采用隔熱墊片和斷橋錨栓等處理措施。門窗框與門窗扇間采用3道耐久性良好的密封材料密封，每個開啟門窗扇至少設(shè)3個鎖點，門窗與洞口之間采用氣密膠帶連接，保證建筑整體氣密性。外窗上口設(shè)滴水，下口設(shè)金屬窗臺板。

圖6 外窗安裝構(gòu)造

4.3 無熱橋設(shè)計

4.3.1 女兒墻與挑檐節(jié)點

女兒墻與挑檐雖未與頂層采暖房間直接接觸，但如果不加保溫防護(hù)，會形成局部熱橋，影響樓棟能耗和頂層房間舒適度。挑檐距采暖房間較遠(yuǎn)，經(jīng)計算采用100mm擠塑聚苯板覆蓋。而女兒墻內(nèi)側(cè)采用150mm擠塑聚苯板，屋頂部位與采暖房間直接相鄰則需要完整的保溫厚度，本項目選用250mm擠塑聚苯板。女兒墻的上部、內(nèi)側(cè)全部包裹在防水層保溫層內(nèi)。女兒墻上部安裝2mm厚金屬蓋板，并向內(nèi)傾斜，兩側(cè)向下延伸至少150mm，設(shè)滴水，加強(qiáng)密封，防止雨水滲入保溫層，提高系統(tǒng)的耐候性（見圖7）。

圖7 女兒墻和挑檐節(jié)點

4.3.2 空調(diào)板節(jié)點

空調(diào)板部位是住宅建筑中容易形成冷橋的重點部位。本項目對空調(diào)板其中一邊實現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷板，使外保溫連續(xù)。挑出構(gòu)件進(jìn)行完整的保溫鋪設(shè)，經(jīng)計算設(shè)置100mm厚聚苯板包裹整個空調(diào)板挑出構(gòu)件。墻面保溫直接與空調(diào)板保溫相連，實現(xiàn)無熱橋設(shè)計。欄桿通過隔熱墊片與建筑主體相連，避免熱橋。

4.3.3 地下夾層窗井?dāng)酂針蚬?jié)點

由于窗井內(nèi)部直接接觸室外環(huán)境，同時窗井底板結(jié)構(gòu)的阻斷使地下外墻保溫?zé)o法連續(xù)從而形成熱橋區(qū)域，因此本項目采用將地下外墻保溫層在窗井底板上下延長1m的做法降低熱量傳遞（見圖8）。

圖8 地下夾層窗井?dāng)酂針蚬?jié)點

4.3.4 與主體相鄰的地下進(jìn)風(fēng)井

通過風(fēng)井地上結(jié)構(gòu)與主體建筑脫離從而有效避免熱橋的產(chǎn)生，同時因為結(jié)構(gòu)脫離保證了主體結(jié)構(gòu)外保溫的連續(xù)性。在地下部分風(fēng)井結(jié)構(gòu)直接與主體結(jié)構(gòu)相連，因此對風(fēng)井的擋土墻兩側(cè)設(shè)置保溫，從而隔斷熱橋（見圖 9）。

圖9 與主體相鄰的地下進(jìn)風(fēng)井節(jié)點

4.3.5 風(fēng)管穿外墻節(jié)點

穿墻管是外墻的一個熱工薄弱環(huán)節(jié)，容易造成較大的熱橋效應(yīng)和較差的氣密性結(jié)果。風(fēng)管穿外墻做法按圖10進(jìn)行設(shè)計。管道與孔洞或套管間填充發(fā)泡聚氨酯，待發(fā)泡聚氨酯干燥后，將突出于墻體表面的發(fā)泡聚氨酯切除，基墻兩側(cè)粘貼防水透汽膜（外）和防水隔汽膜（內(nèi)）。

圖10 風(fēng)管穿外墻節(jié)點

4.4 氣密性設(shè)計

建筑物氣密性是影響建筑供暖能耗和空調(diào)能耗的重要因素，良好的氣密性可以減少冬季冷風(fēng)滲透，降低夏季非受控通風(fēng)導(dǎo)致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發(fā)霉、結(jié)露和損壞，減少室外噪聲和室外空氣污染等不良因素對室內(nèi)環(huán)境的影響，提高居住者的生活品質(zhì)。

本項目結(jié)構(gòu)氣密層連續(xù)并包圍整個外圍護(hù)系統(tǒng)，地上部分全部位于氣密層之內(nèi)，地下部分的夾層及交通核區(qū)域位于氣密層之內(nèi)。氣密層設(shè)在熱表皮邊界內(nèi)部并保證連續(xù)，最終使建筑達(dá)到N50≤0.6次/h的要求。氣密層主體由鋼筋混凝土構(gòu)件、氣密性抹灰、密閉門窗等構(gòu)成。不同建筑材料交界處采用氣密膠帶進(jìn)行封堵，保證氣密層連續(xù)。局部管道、電線穿墻處也采用氣密性膠帶封堵。穿過氣密層的風(fēng)管設(shè)置電控密封閥，僅在需要有氣流流通時開啟。

5 高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)

本項目設(shè)置分戶獨(dú)立熱回收新風(fēng)系統(tǒng)，1，2號樓每戶設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)新風(fēng)量160m3/h，3～6號樓每戶設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)新風(fēng)量120m3/h，風(fēng)機(jī)單位風(fēng)量耗功率耗電＜0.45W/（m3·h）。采用全熱交換風(fēng)機(jī)，設(shè)計全熱回收效率≥70%（顯熱回收效率≥75%）。新風(fēng)熱回收系統(tǒng)采取防凍措施，風(fēng)機(jī)與外墻相連的新風(fēng)管和排風(fēng)管道采用40mm厚橡塑保溫。起居室和臥室等主要活動區(qū)為送風(fēng)區(qū)，衛(wèi)生間和廚房門口設(shè)回風(fēng)口，過道和餐廳為過流區(qū)。

6 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

由于良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及氣密性設(shè)計，有效地降低了建筑的冷熱負(fù)荷需求，本項目冷熱源系統(tǒng)能耗顯著低于常規(guī)建筑，冬季主要依靠被動得熱和熱回收裝置，供熱負(fù)荷很小。由于北京市夏季的空調(diào)除濕需求較高，無法通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能及新風(fēng)熱回收系統(tǒng)完全消除，且冬季需要滿足應(yīng)對極端天氣下的制熱負(fù)荷，因此仍設(shè)置供冷供熱系統(tǒng)。本項目采用變制冷劑流量多聯(lián)分體空調(diào)系統(tǒng)，外機(jī)設(shè)于室外空調(diào)機(jī)位。提高制冷、制熱性能系數(shù)是降低建筑供暖、空調(diào)能耗的主要途徑之一，本項目空調(diào)機(jī)組的制冷綜合性能系數(shù)≥6.0。

7 生活熱水系統(tǒng)

本項目采用燃?xì)鉄崴髦苽渖顭崴?。燃?xì)鉄崴黝~定熱效率95%，不低于GB 20665—2015《家用燃?xì)饪焖贌崴骱腿細(xì)獠膳癄t能效限定值及能效等級》中節(jié)能等級（1級）的規(guī)定值；燃?xì)鉄崴鲙О踩Ｗo(hù)裝置。燃?xì)鉄崴鞑捎米云胶馐?，避免高溫氣體與室內(nèi)空氣接觸并保證氣密性。

8 照明與其他

本項目照明設(shè)備采用高效節(jié)能燈具，并采用智能照明控制系統(tǒng)。公共區(qū)域采用紅外探測人體移動感應(yīng)加光控延時自熄開關(guān)；地庫區(qū)域照明采用時間繼電器控制；電梯能效等級為1級；變壓器及用電設(shè)備能效等級不低于2級；循環(huán)泵、通風(fēng)機(jī)等采用變頻調(diào)速控制方式。

9 可再生能源發(fā)電

本項目屋頂設(shè)置太陽能光伏板作為可再生能源利用措施，光伏板面積約每戶1.5m2。以1號樓為例，光伏面積84m2，年產(chǎn)電量約16 777kW·h。

10 能耗監(jiān)測系統(tǒng)與分類計量

能耗監(jiān)測選擇南側(cè)樓棟120m2套型的邊套、中間套及北側(cè)160m2套型的邊套作為3個基本套型種類，每個套型種類在高度上再分別選擇底層、頂層、中間層3種不同的位置共計9戶進(jìn)行能耗監(jiān)測。能耗監(jiān)測范圍包含采暖、制冷、照明、插座；舒適性監(jiān)測包含室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度、VOC濃度等。住宅樓及地庫公共區(qū)域?qū)恿υO(shè)備用電、照明用電進(jìn)行分項計量，每個住宅樓電力柜內(nèi)設(shè)置照明、動力分項計量總表并實現(xiàn)遠(yuǎn)傳、地下車庫按照照明、動力分項計量要求配置配電系統(tǒng)及計量表具并實現(xiàn)遠(yuǎn)傳。

11 建筑節(jié)能設(shè)計發(fā)展方向及意義

目前，低碳、環(huán)保、綠色、可持續(xù)發(fā)展的理念成為全社會的共識。2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”的目標(biāo)對建筑行業(yè)的發(fā)展提出了新的要求。據(jù)統(tǒng)計，建筑行業(yè)占全社會碳排放總量的22%，近5年平均增速達(dá)到6.9%。另據(jù)研究，單體建筑的全生命期中，建筑材料生產(chǎn)期的碳排放量占10%～30%，建造期間的碳排放約占1%，運(yùn)行期間的碳排放占70%～90%，拆除期間的碳排放約1%，因此，減少運(yùn)營期間能耗，降低碳排放，對實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)具有決定性作用。