上海市超低能耗居住建筑技術(shù)應(yīng)用及實(shí)踐

李 馨，李 秋，宋璟罡（中建玖合發(fā)展集團(tuán)有限公司，上海 200120）

2010 年以來，住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部通過示范引導(dǎo)，吸納德國(guó)被動(dòng)房技術(shù)理念，在不同氣候區(qū)開展了一系列超低能耗建筑示范項(xiàng)目建設(shè)，取得了良好的應(yīng)用效果；2017 年，又發(fā)布了《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，明確提出“在全國(guó)不同氣候區(qū)積極開展超低能耗建筑建設(shè)示范、近零能耗建筑示范工程試點(diǎn)，對(duì)超低能耗建筑、近零能耗建筑并進(jìn)行了試點(diǎn)和推廣，但存在著各地發(fā)展不均衡的問題。當(dāng)前超低能耗建筑及其理念主要在北方寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)，在示范項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和激勵(lì)政策方面均有工作推進(jìn)，而上海等夏熱冬冷地區(qū)超低能耗建筑發(fā)展相對(duì)滯后。隨著《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》的發(fā)布，作為建筑節(jié)能的先進(jìn)理念，超低能耗建筑理念正在本地區(qū)得到推廣和應(yīng)用。

1 上海超低能耗發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 上海超低能耗建筑政策

2021 年 8 月 6 日，上海市人民政府關(guān)于印發(fā)《上海市生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》，指出要全面推進(jìn)綠色高質(zhì)量發(fā)展，提前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰,要完善低能耗建筑體系、建筑能耗限額管理體系，全面推進(jìn)新建建筑應(yīng)用可再生能源，持續(xù)提升既有建筑能效，開展超低能耗建筑示范建設(shè)。2020 年 10 月 30 日，上海市住建委發(fā)布關(guān)于印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)本市超低能耗建筑發(fā)展的實(shí)施意見》的通知（滬建建材聯(lián)〔2020〕541 號(hào)），大力推進(jìn)上海市超低能耗建筑發(fā)展。2021 年 10 月 30 日，上海市住建委發(fā)布關(guān)于印發(fā)《上海市超低能耗建筑項(xiàng)目管理規(guī)定（暫行）》的通知（滬建建材〔2021〕114 號(hào)），規(guī)范本市超低能耗建筑項(xiàng)目和外墻保溫一體化建筑項(xiàng)目的管理。一系列政策的發(fā)布，極大地推動(dòng)了上海市超低能耗建筑發(fā)展。截止 2021 年 7 月 15 日，上海市 3% 容積率獎(jiǎng)勵(lì)申報(bào)評(píng)審組織共 12 個(gè)項(xiàng)目，11 個(gè)住宅建筑，1 個(gè)公共建筑。

上海市住建委、發(fā)改委和財(cái)政局于 2020 年 3 月發(fā)布的《上海市建筑節(jié)能和綠色建筑示范項(xiàng)目專項(xiàng)扶持辦法》（滬住建規(guī)范聯(lián)〔2020〕2 號(hào)）中提到，符合超低能耗建筑示范的項(xiàng)目補(bǔ)貼 300 元/m2。同時(shí)《關(guān)于推進(jìn)本市超低能耗建筑發(fā)展的實(shí)施意見》（滬建建材聯(lián)〔2020〕541 號(hào)）明確超低能耗建筑項(xiàng)目符合《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》要求，外墻傳熱系數(shù)≤0.4 W/（m2·K）且采用外墻保溫一體化，其外墻面積可不計(jì)入容積率，但其建筑面積最高不應(yīng)超過總計(jì)容建筑面積的 3%。但超低能耗建筑的激勵(lì)政策只能選擇財(cái)政支持和容積率計(jì)算中一項(xiàng)進(jìn)行申報(bào)。

1.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

上海市超低能耗建筑設(shè)計(jì)主要依據(jù)《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，采用約束性指標(biāo)和推薦性指標(biāo)雙控的原則，其中室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)、建筑能耗指標(biāo)、建筑氣密性指標(biāo)為約束性指標(biāo)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)為推薦性指標(biāo)并設(shè)定有限值，能源設(shè)備及系統(tǒng)性能指標(biāo)和技術(shù)措施為推薦性指標(biāo)。上海市超低能耗居住建筑設(shè)計(jì)要求如表 1 所示。

表1 上海市超低能耗居住建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)

選取《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》、上海市 DGJ 08—205—2015《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工指標(biāo)對(duì)比。各標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)指標(biāo)對(duì)比如表 2 所示。

表2 居住建筑標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)比表

從上述指標(biāo)上可以看出，超低能耗建筑不僅設(shè)置了建筑能耗的控制目標(biāo)，也給出了圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，相對(duì)常規(guī)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，超低能耗居住建筑的外墻、屋面、外窗性能都有很大的提升。

2 上海地區(qū)超低能耗居住建筑技術(shù)路線

上海屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，春秋較短，冬夏較長(zhǎng)，氣候濕潤(rùn)，且夏季炎熱，冬季寒冷；與德國(guó)等歐洲國(guó)家以及我國(guó)北方地區(qū)的居住建筑相比，超低能耗建筑設(shè)計(jì)應(yīng)基于上海的氣候特征境，從自然通風(fēng)、自然采光、形體遮陽、保溫隔熱等方面開展氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)。

（1）自然通風(fēng)設(shè)計(jì)：根據(jù)多數(shù)上海地區(qū)居民的生活習(xí)慣，普遍采用開窗通風(fēng)的行為方式。住宅外窗開啟扇設(shè)計(jì)要求通風(fēng)開口面積與房間地板面積的比例應(yīng)達(dá)到 8% 以上。

（2）自然采光設(shè)計(jì)：建筑主朝向應(yīng)以南向或接近南向作為建筑的主朝向。住宅建筑的臥室、起居室等主要功能房間的窗地面積比應(yīng)達(dá)到 1/6 以上。

（3）遮陽設(shè)計(jì)：上海全年太陽輻射強(qiáng)度較為均勻，太陽輻射得熱對(duì)于冬季熱負(fù)荷的降低有所幫助，而在夏季，宜通過合理的措施降低太陽輻射得熱。因此，需結(jié)合冬夏太陽高度角的變化特點(diǎn)，因地制宜進(jìn)行遮陽設(shè)計(jì)。

（4）除濕設(shè)計(jì)：上海地區(qū)處于沿海地區(qū)，較為濕潤(rùn)，特別是梅雨季節(jié)易出現(xiàn)返潮現(xiàn)象。住宅建筑中通常只能采用冷卻除濕方式，由空調(diào)機(jī)組在制冷的同時(shí)進(jìn)行除濕。同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)防潮設(shè)計(jì)，對(duì)無地下室的建筑地面宜考慮設(shè)置防潮層或設(shè)架空地板。

（5）隔熱設(shè)計(jì)：墻外表面宜采用淺色飾面或隔熱反射涂料，減少外墻吸收輻射熱量；屋面隔熱可采取雙層通風(fēng)屋面、屋頂綠化、坡屋頂、反射隔熱涂料等方式；控制西向和東向的窗墻比，避免大面積開窗。

3 超低能耗居住建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐

3.1 項(xiàng)目概況

某住宅項(xiàng)目位于上海市自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)的頂尖科學(xué)家社區(qū)西南角，住宅建設(shè)用地面積為 70269.00 m2，規(guī)劃建筑面積為 169553.07 m2，共 26 棟住宅樓，項(xiàng)目以上海市超低能耗建筑為目標(biāo)。

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目外墻的平均傳熱系數(shù)按照 K≤0.4W/（m2·K） 進(jìn)行控制，并采用保溫與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)。結(jié)合裝配式建筑的需求，本項(xiàng)目采用現(xiàn)澆混凝土免拆保溫模板和裝配式混凝土夾心保溫剪力墻體系。外墻保溫一體化系統(tǒng)中，1、2 層采用現(xiàn)澆混凝土免拆保溫模板系統(tǒng)，采用 100 mm 硅墨烯不燃保溫板作為保溫材料，3 層及以上主要采用預(yù)制夾心保溫體系，采用 70 mm 硬泡聚氨酯做為夾心保溫材料。所用硅墨烯保溫板和硬泡聚氨酯材料符合上海市《外墻保溫系統(tǒng)及材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定（暫行）》對(duì)保溫材料的性能要求。

屋面為倒置式屋面，屋頂保溫材料擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）。倒置式屋面保溫層設(shè)計(jì)厚度按計(jì)算值增加 25%取值, 節(jié)能計(jì)算厚度為 120 mm，設(shè)計(jì)厚度為150 mm。

樓地面保溫材料選用 20 mm水泥基無機(jī)保溫砂漿，樓地面保溫層上方設(shè)置 40 mm 細(xì)石混凝土保護(hù)層。

架空樓板上部設(shè)置 80 mm 厚擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（導(dǎo)熱系數(shù) 0.030 W/（m.K），B1 級(jí)），擠塑聚苯板上部設(shè) 40 mm 細(xì)石混凝土保護(hù)層。

項(xiàng)目北向外窗和凸窗、南向陽臺(tái)門選用三玻兩腔窗戶，南向和東西向外窗和凸窗設(shè)置中置百葉遮陽，傳熱系數(shù) 1.40 W/m2·K，玻璃自身遮陽系數(shù) 0.60， 窗框系數(shù)0.70，可見光透射比 0.60，氣密性等級(jí)為 8 級(jí)，陽臺(tái)門氣密性等級(jí)為 7 級(jí)。外窗采用節(jié)能附框安裝方式，陽臺(tái)門下設(shè)置隔熱墊塊。

項(xiàng)目入戶門采用高性能節(jié)能外門，戶門選型滿足傳熱系數(shù) K≤1.8 W/（m2·K）。

3.3 建筑氣密性

依據(jù)《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，項(xiàng)目的氣密性指標(biāo)要求為：在室內(nèi)外正負(fù)壓差 50 Pa 的條件下，換氣次數(shù) ≤1.0 次/h，即 n 50≤1.0 次/h。基于建筑整體氣密性的控制邏輯劃分氣密性單元，項(xiàng)目各戶實(shí)行分戶采暖與供冷，因此將建筑按每戶劃分一個(gè)氣密性單元。因各戶實(shí)行分戶采暖與供冷，將建筑按每戶劃分一個(gè)氣密性單元。項(xiàng)目外墻為混凝土墻，分戶墻、各戶靠公共區(qū)的墻內(nèi)側(cè)均設(shè)置水泥砂漿或無機(jī)保溫砂漿，可構(gòu)成連續(xù)的氣密性。入戶門及外窗與墻的連接處通過特殊構(gòu)造增強(qiáng)氣密性。

門窗部位的氣密性從材料和構(gòu)造方面來保障。在材料上，采用高氣密性外門窗，氣密性不低于 GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法》規(guī)定的 8 級(jí)，陽臺(tái)門氣密性等級(jí) ≥7 級(jí)；在構(gòu)造上，外門窗采用嵌入式安裝，外窗安裝部位采用滿足 GB/T 39866—2021《建筑門窗附框技術(shù)要求》的節(jié)能附框，陽臺(tái)門安裝部位采用隔熱墊塊。洞口的室外一側(cè)鋪貼防水透氣膜，室內(nèi)一側(cè)鋪貼防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽滲漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接長(zhǎng)度符合 T/CECS 826—2021《建筑用氣密性材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》要求，在混凝土側(cè) ≥50 mm，在窗框側(cè) ≥20 mm。

穿墻套管之間的縫隙采用硅酮密封膠封堵，外側(cè)用蓋板遮擋。室內(nèi)側(cè)采用防水隔汽膜粘貼，室外側(cè)采用防水透汽膜粘貼。隔汽膜與透汽膜在管道和墻體上的搭接長(zhǎng)度均≥50 mm。對(duì)于出屋面管道，套管和管道之間的縫隙用聚合物砂漿灌縫封堵，室內(nèi)側(cè)則粘貼防水隔汽膜。

3.4 無熱橋設(shè)計(jì)

為控制熱橋效應(yīng)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫層連續(xù)完整，并對(duì)陽臺(tái)、設(shè)備平臺(tái)、女兒墻等部位進(jìn)行熱橋處理。

陽臺(tái)及設(shè)備平臺(tái)均采用 20 mm 擠塑聚苯板對(duì)上板面進(jìn)行包覆，均采用 30 mm 硅墨烯作為保溫層對(duì)下板面進(jìn)行包覆，保溫層延伸長(zhǎng)度與平臺(tái)出挑深度相同。

本項(xiàng)目屋面采用倒置式做法，屋面防水層延續(xù)到女兒墻頂部。為避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性熱橋，女兒墻與屋面連接處的保溫層連續(xù)完整，屋面保溫層延續(xù)到女兒墻頂部，增加保溫層搭接長(zhǎng)度，以減小熱橋產(chǎn)生的范圍。女兒墻部位安裝護(hù)欄，護(hù)欄通過 10 mm 厚的隔熱墊片與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷熱橋處理。

3.5 機(jī)電系統(tǒng)

各住宅樓每戶設(shè)置變頻多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)，按照APF≥4.5 進(jìn)行選型。各住宅樓每戶設(shè)置戶式全熱交換新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量可調(diào)節(jié)，其中標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量滿足按戶總?cè)藬?shù)計(jì)算的人均 30 m3/h 需求，最大新風(fēng)量滿足各房間同時(shí)使用需求。新風(fēng)系統(tǒng)選用帶全熱交換、凈化、除濕等功能的機(jī)組，制冷工況焓效率達(dá)到 65% 以上，供熱工況焓效率達(dá)到70% 以上，新風(fēng)系統(tǒng)的單位風(fēng)量耗功率 ≤0.45 W/（m3/h）。

照明燈具采用高光效的節(jié)能 LED 燈具，各房間的設(shè)計(jì)照明功率密度按 GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中不高于住宅目標(biāo)值的 70% 進(jìn)行設(shè)計(jì)。照明控制結(jié)合住宅建筑使用情況，戶內(nèi)采用就地控制，以滿足住戶的個(gè)性習(xí)慣與個(gè)體差異性要求，走廊、樓梯間采用聲光感應(yīng)控制，門廳、電梯廳采用就地控制并預(yù)留 BA 集中控制接口，車庫(kù)等公共場(chǎng)所的照明采用集中控制。

生活熱水采用太陽能熱水＋燃?xì)鉄崴疇t的組合式熱水供應(yīng)方式。太陽能熱水系統(tǒng)采用集中集熱分戶儲(chǔ)熱的系統(tǒng)形式，集熱器集中布置在各棟樓的屋面，太陽能板采用平板式，商品房按照每戶 2 m2進(jìn)行設(shè)置，太陽能供熱不足的部分由各戶內(nèi)的燃?xì)鉄崴疇t提供。商品房按照 50% 戶數(shù)設(shè)計(jì)安裝太陽能熱水系統(tǒng)，燃?xì)鉄崴疇t采用一級(jí)能效燃?xì)鉄崴疇t。

3.6 能耗模擬分析

采用被動(dòng)式低能耗建筑模擬分析軟件 PKPM-PHEnergy建立超低能耗建筑模擬分析，對(duì)建筑年供暖空調(diào)、照明、生活熱水、電梯一次能源消耗量進(jìn)行模擬分析。

房間人員、設(shè)備、照明內(nèi)擾參照《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》設(shè)置，見表 3 。

表3 房間人員、設(shè)備、照明內(nèi)擾設(shè)置

按設(shè)置供暖和空氣調(diào)節(jié)計(jì)算。供暖期為 12 月 1 日到次年 2 月 28 日，空調(diào)期為 6 月 1 日到 8 月31 日。供暖空調(diào)系統(tǒng)的日運(yùn)行時(shí)間如表 4 所示。

表4 供暖空調(diào)系統(tǒng)的日運(yùn)行時(shí)間

設(shè)計(jì)建筑的人員逐時(shí)在室率、照明時(shí)刻開關(guān)表、電氣設(shè)備逐時(shí)使用率均參照J(rèn)GJ/T 449—2018《民用建筑綠色性能計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》附錄 C 設(shè)置。見表 5～表 7。

表5 照明開關(guān)時(shí)間 單位：%

表6 人員在室率 單位：%

表7 設(shè)備使用率 單位：%

分析模型中建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)組、電梯、太陽能熱水系統(tǒng)等參數(shù)均按設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置。經(jīng)模擬分析，各棟樓一次能源消耗量為 52.83～59.08 kWh/m2·a ，均滿足《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則》（試行）的要求。

4 結(jié) 語

近年來，上海市大力推動(dòng)建筑領(lǐng)域節(jié)能降碳，并出臺(tái)了多項(xiàng)政策標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)超低能耗建筑發(fā)展。上海地區(qū)推動(dòng)超低能耗建筑發(fā)展，應(yīng)考慮其地理位置、氣象條件及居民生活習(xí)慣等多方面因素，選擇適宜的技術(shù)路線及策略。通過超低能耗建筑的設(shè)計(jì)實(shí)踐，為類似超低能耗居住建筑的設(shè)計(jì)提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與借鑒。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和政策的支持，上海地區(qū)建設(shè)超低能耗建筑的理念和實(shí)踐將得到快速的發(fā)展和應(yīng)用。