裝配式低能耗建筑在夏熱冬冷地區(qū)中的應(yīng)用
——麗水經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項(xiàng)目

作者：王紀(jì)來(lái) 上海城建建設(shè)實(shí)業(yè)(集團(tuán))有限公司 高級(jí)經(jīng)濟(jì)師

賴躍 上海城建建設(shè)實(shí)業(yè)（集團(tuán)）有限公司 工程師

1.前言

我國(guó)是能耗大國(guó)，能源短缺已成為影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及人們對(duì)居住環(huán)境質(zhì)量要求的提高，社會(huì)對(duì)能源的需求和消耗變得越來(lái)越大，而其中的建筑能耗的增加顯得尤為突出。2020 年，我國(guó)建筑運(yùn)行能耗達(dá)到了全社會(huì)總能耗的21%，建筑節(jié)能成為緩解我國(guó)能源緊缺的重要措施之一，是建設(shè)生態(tài)文明、實(shí)現(xiàn)綠色低碳的重要途徑。發(fā)達(dá)國(guó)家的長(zhǎng)期實(shí)踐表明，裝配式建筑和低能耗建筑能夠有效提高建筑能效水平，提升建筑功能品質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展前景。

裝配式建筑將大量的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行，能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升建筑工程質(zhì)量安全水平，是實(shí)現(xiàn)資源、能源可持續(xù)發(fā)展的有效建造方式。低能耗建筑，其特點(diǎn)是在顯著提高室內(nèi)環(huán)境舒適度的同時(shí)，大幅減少建筑使用能耗，降低對(duì)主動(dòng)式機(jī)械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴。

2016 年，《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》（中發(fā)〔2016〕6 號(hào)）中提出發(fā)展新型建造方式，大力推廣裝配式建筑，力爭(zhēng)用10 年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)30%；推廣建筑節(jié)能技術(shù)，鼓勵(lì)發(fā)展被動(dòng)式房屋等綠色節(jié)能建筑。2017 年，住建部出臺(tái)的《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》中強(qiáng)調(diào)裝配式建筑要與綠色建筑、超低能耗建筑等相結(jié)合，鼓勵(lì)建設(shè)綜合示范工程。正是在這種大環(huán)境下，裝配式建筑和低能耗建筑走上了我國(guó)建筑節(jié)能領(lǐng)域發(fā)展的前沿，成為降低建筑能耗的主要解決手段。

圖1.各月平均氣溫變化（2009-2018）【數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)天氣網(wǎng)】

圖2.各月平均濕度變化（2009-2018）【數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)天氣網(wǎng)】

本文以位于夏熱冬冷地區(qū)的麗水為典型研究區(qū)域，根據(jù)麗水的氣侯特征和建筑能耗情況，結(jié)合我司在麗水打造的第一個(gè)裝配式低能耗建筑—麗水經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項(xiàng)目，對(duì)裝配式低能耗建筑的建筑設(shè)計(jì)、建造技術(shù)建筑性能等各方面進(jìn)行介紹。

2.麗水地區(qū)氣候及建筑能耗特點(diǎn)

2.1 氣候條件

麗水地區(qū)為典型的夏熱冬冷氣候，需考慮冬季供暖和夏季制冷，故隔熱與保溫均應(yīng)考慮。夏季潮濕也是麗典型特征之一，在6 至9 月有較為明顯的除濕需求。

2.2 建筑能耗優(yōu)化理念

圖3 為典型夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗分布圖，描述了普通新建建筑中各個(gè)月份建筑能耗需求情況。灰色帶表示的是室內(nèi)舒適度需要的溫度區(qū)間（20～26 攝氏度），紅色區(qū)域表示的是冬季需要將室內(nèi)溫度控制在灰色舒適區(qū)域所消耗的采暖能耗，藍(lán)色區(qū)域表示的是夏季需要將室內(nèi)溫度控制在灰色舒適區(qū)域所消耗的制冷能耗。其中，3～4 月和9～10 月的區(qū)段，既無(wú)紅色區(qū)域，也無(wú)藍(lán)色區(qū)域，表示在該季節(jié)，建筑不需要任何能量補(bǔ)充，便可以滿足室內(nèi)溫度要求。

圖3.典型夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗分布圖

結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗情況，根據(jù)被動(dòng)式建筑節(jié)能理念對(duì)各個(gè)月份的建筑能耗進(jìn)行優(yōu)化，如圖4 所示。同圖3 相比，不需要能量補(bǔ)充（紅色和藍(lán)色區(qū)域）的區(qū)間已經(jīng)被大大拉長(zhǎng)，這表示經(jīng)過(guò)優(yōu)化的建筑，可以在全年大部分時(shí)間內(nèi)不需要額外的能量補(bǔ)充即可以滿足室內(nèi)的溫度要求，只有在冬、夏極端氣候條件下，需要少量的能量補(bǔ)充來(lái)滿足室內(nèi)的溫度要求。

圖4.基于被動(dòng)式建筑節(jié)能理念的建筑能耗優(yōu)化

2.3 建筑能耗影響因素分析

圖5 為典型夏熱冬冷地區(qū)夏季、冬季建筑能耗影響因素分布圖。由圖可見，在夏季，50%的能耗損失由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起，在冬季，約30%的能耗損失由空氣滲漏引起。故為了降低能耗，建筑所考慮的優(yōu)化元素應(yīng)包括建筑物體形、窗墻比、朝向、建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)（包括外墻、屋頂、門、窗）建筑自遮陽(yáng)、空調(diào)系統(tǒng)熱回收等。

圖5.典型夏熱冬冷地區(qū)夏、冬季空調(diào)能耗的影響因素

圖6.正面效果

圖7.鳥瞰效果

圖8.建筑實(shí)況

圖9.預(yù)制構(gòu)件拆解示意

圖10.標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面

圖11.內(nèi)部大空間

圖12.大跨度預(yù)應(yīng)力雙T 板應(yīng)用

圖13.施工實(shí)況

圖14.DG-700 系統(tǒng)主要部件

圖15.JTNT-C 型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀

圖16.建筑外墻外表面紅外圖譜（本項(xiàng)目與周邊普通建筑的對(duì)比）

3.項(xiàng)目概況

麗水經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項(xiàng)目（下稱“項(xiàng)目”）總建筑面積41373 平方米，其中地上建筑面積28716 平方米，地下建筑面積12657 平方米，建筑密度33%，容積率2.8，綠地率20%，建筑高度58.3 米。主樓為地上14 層，裙房為地上4 層，在3 層與4 層通過(guò)空中連廊連接，地下為二層整體式車庫(kù)。

為了體現(xiàn)“前瞻性”、“引領(lǐng)性”、“示范性”，響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰”、“碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)，本項(xiàng)目在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)裝配式建造和建筑節(jié)能進(jìn)行了充分的考慮，目前已成為當(dāng)?shù)匮b配式低能耗建筑的典范。

3.1 方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目位于石牛路與吳垵路交匯點(diǎn)東北側(cè)，西側(cè)石牛路為主要交通干道，是人流與車流的主要來(lái)向。新建地塊基地整體呈L 型，西側(cè)沿石牛路方向開設(shè)主要出入口。基地西側(cè)有優(yōu)越的山體景觀資源，可為高層塔樓提供絕佳的景觀視線。基地南側(cè)與周邊場(chǎng)地有較大高差，設(shè)計(jì)為景觀堆坡，同時(shí)開設(shè)地下車庫(kù)平進(jìn)出入口。

建筑功能方面，針對(duì)項(xiàng)目的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)服務(wù)綜合體的特點(diǎn)，凸出體驗(yàn)化、生活化、聚集性的理念。通過(guò)園林景觀、智能化、綠色建筑等各方面的設(shè)計(jì)，打造生態(tài)節(jié)能且高舒適性的建筑使用環(huán)境。整體的立面造型體現(xiàn)簡(jiǎn)約、大氣、整體的效果。

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）主樓采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制剪力墻、預(yù)制框架梁及連梁，預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心樓板、預(yù)制鋼筋桁架疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻等，其中外剪力墻采用了新型門窗主框預(yù)埋的裝飾造型一體化清水預(yù)制承重墻板。裙房采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系，主要預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制框架柱、預(yù)制框架梁、預(yù)制外掛墻板，預(yù)制次梁、預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心樓板、預(yù)制鋼筋桁架疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻等，其中外掛墻板立面造型與主樓完全一致，設(shè)計(jì)及構(gòu)造上采用了非承重的形式。項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件及水平構(gòu)件預(yù)制部件的應(yīng)用比例均超過(guò)80%，裝配率達(dá)到84%。

（2）主樓標(biāo)準(zhǔn)層為42＊42 米標(biāo)準(zhǔn)化裝配式建筑模塊，采用用12 米大跨度預(yù)應(yīng)力空心樓板，整體空間無(wú)梁無(wú)柱，可對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行任意功能模式的自由組合。

內(nèi)外筒之間由于采用大跨度預(yù)應(yīng)力空心樓板，實(shí)現(xiàn)無(wú)梁樓蓋，增加建筑凈高要求；內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)隔墻，實(shí)現(xiàn)后期使用自由分隔需求。

（3）空中連廊突破性地采用了預(yù)制先張法預(yù)應(yīng)力雙T板跨度為20 米。是“大跨度預(yù)應(yīng)力雙T 板”于公共建筑中的首次應(yīng)用。不論在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)還是施工，此次實(shí)踐均達(dá)到一定難度。

3.2 施工優(yōu)勢(shì)

通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件，提升構(gòu)件質(zhì)量及安裝質(zhì)量。采用高度機(jī)械化的作業(yè)，有效提升施工效率，大幅降低人力成本，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)層平均6 天可完成一層。同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化、程序化，無(wú)內(nèi)外粉刷，濕作業(yè)極少，基本不產(chǎn)生建筑垃圾，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)尤為突出。

（1）無(wú)外腳手架施工：通過(guò)外墻整體預(yù)制并巧妙設(shè)計(jì)的后澆段做法省去了外墻外模板，僅采用隨預(yù)制構(gòu)件逐層爬升的安全防護(hù)架。

（2）樓板無(wú)底模施工：通過(guò)應(yīng)用密拼預(yù)應(yīng)力空心板及密拼鋼筋桁架疊合樓樓板，樓板不再設(shè)置后澆段，節(jié)省了底模施工作業(yè)。

（3）無(wú)內(nèi)支撐架施工：通過(guò)在內(nèi)外預(yù)制墻體上設(shè)置牛腿，預(yù)應(yīng)力空心樓板設(shè)計(jì)時(shí)考慮施工階段無(wú)支撐驗(yàn)算，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)架施工。

（4）豎向構(gòu)件少撐施工：對(duì)于內(nèi)剪力墻中部及框架柱角部設(shè)置鋼筋螺栓連接構(gòu)造，吊裝就位后現(xiàn)行進(jìn)行螺栓固定施工，使墻柱增加了固定支點(diǎn)，減少支撐作業(yè)量。

（5）雙T 板退臺(tái)吊裝技術(shù)：空中連廊區(qū)域空間狹小，構(gòu)件尺寸及自重大，吊車作業(yè)面小。采用從北向南逐步后退分別吊裝三層及屋面雙T 板的方法，僅用2 個(gè)吊車站位完成整個(gè)雙T 板吊裝作業(yè)。

（6）空中連廊無(wú)支撐施工：空中連廊由雙T 板及預(yù)制部分預(yù)應(yīng)力框架梁兩種構(gòu)件組成，其中雙T 板為全預(yù)制構(gòu)件，與兩側(cè)主梁牛腿擱置焊接連接。預(yù)制部分預(yù)應(yīng)力框架梁為疊合受力構(gòu)件，與兩側(cè)框架柱在吊裝時(shí)采用分別預(yù)留的H 型鋼連接件通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，通過(guò)預(yù)制段中的預(yù)應(yīng)力鋼筋滿足施工荷載工作并保證其在施工階段不產(chǎn)生下?lián)稀Ｍㄟ^(guò)以上構(gòu)造達(dá)到了無(wú)支撐施工的要求，節(jié)省下部近20 米高的滿堂腳手架設(shè)置。

3.2 節(jié)能優(yōu)化

（1）全面采用節(jié)能門窗系統(tǒng)，通過(guò)提升門窗系統(tǒng)的光學(xué)性能、熱工性能和密封性，從而達(dá)到節(jié)能的效果。本項(xiàng)目整窗傳熱系數(shù)達(dá)到1.60W/m2.K，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，極大的提升了建筑的整體能耗水平。據(jù)初步分析，相較于普通建筑，單節(jié)能門窗系統(tǒng)在熱工參數(shù)上的提升，就可使建筑能耗（用電量）減少16%左右。

（2）高氣密性設(shè)計(jì)處理。夏季，氣密性差造成外部濕熱空氣滲入室內(nèi)，增加制冷能耗，同時(shí)有結(jié)露，發(fā)霉的風(fēng)險(xiǎn)，影響房屋使用功能及壽命；冬季，室內(nèi)外空氣溫差大，冷風(fēng)滲透造成的熱量損失增加了供暖能耗。因此，氣密性能的好壞直接影響建筑的整體節(jié)能水平。本項(xiàng)目所有構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（拼縫、穿墻管，門窗節(jié)點(diǎn)等）在深化設(shè)計(jì)中均做封堵設(shè)計(jì)。

（3）基于裝配式結(jié)構(gòu)的斷橋節(jié)點(diǎn)處理。預(yù)制墻板及構(gòu)件拼裝節(jié)點(diǎn)，門窗安裝節(jié)點(diǎn)，進(jìn)出建筑物的管道，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫層確保連續(xù)完整，采用無(wú)冷橋處理技術(shù)，避免室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象。

（4）創(chuàng)新性地將混凝土外墻板與鋁合金固定窗框、微通風(fēng)窗開啟扇、開啟扇遮擋板和通風(fēng)通道整體澆筑、一體成型。該體系擁有裝配式建筑的施工便捷、大尺寸無(wú)格擋窗帶來(lái)良好的視野和透光等優(yōu)點(diǎn)，既滿足建筑及暖通設(shè)計(jì)中自然通風(fēng)需求，也使建筑立面簡(jiǎn)潔完整，實(shí)現(xiàn)建筑降低碳排放目的的同時(shí)，也提高了室內(nèi)舒適性，享有“會(huì)呼吸的幕墻”之美譽(yù)。同時(shí)，采用微通風(fēng)形式，大幅縮短空調(diào)使用季，顯著降低春、秋過(guò)渡季節(jié)的建筑能耗。

4.建筑性能測(cè)試

通過(guò)對(duì)熱環(huán)境綜合指標(biāo)、建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、整體氣密性、建筑物耗冷量指標(biāo)的測(cè)試分析該項(xiàng)目節(jié)能效果。

4.1 整體氣密性

整體氣密性測(cè)試采用DG-700 氣密性測(cè)試系統(tǒng)，主要包括明尼阿波利斯鼓風(fēng)門系統(tǒng)（3 型）、DG-700 數(shù)字式壓力表、風(fēng)扇控制器、TECTITE 軟件及其他相關(guān)配件。

整體氣密性測(cè)試采用負(fù)壓檢測(cè)法。負(fù)壓檢測(cè)是指通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)朝房間外鼓風(fēng)，使得房間內(nèi)壓力下降，從而使房間內(nèi)外產(chǎn)生壓力差的一種檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)是受外界干擾小，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)層單層平均每小時(shí)換氣次數(shù)0.35，優(yōu)于被動(dòng)房0.6 的設(shè)計(jì)要求，建筑整體氣密性能優(yōu)異。

4.2 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)采用國(guó)產(chǎn)JTNT-C 型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀，包括熱流計(jì)、溫度傳感器等有關(guān)配件。

實(shí)測(cè)外墻墻體內(nèi)、外表溫度及對(duì)應(yīng)位置熱流，計(jì)算得出傳熱系數(shù)為0.335，與外墻理論傳熱系數(shù)0.35 接近，墻體的實(shí)際保溫隔熱能力優(yōu)異。

紅外觀測(cè)建筑外墻，無(wú)明顯色溫差異，建筑整體的氣密性、保溫隔熱性優(yōu)異，蓄熱能力強(qiáng)。

4.3 溫度場(chǎng)

采用JTNT-C 型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀記錄圍護(hù)墻、板內(nèi)表面溫度，溫濕度記錄儀室內(nèi)空氣溫度。通過(guò)下載儀器中記錄存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，查看溫度歷史數(shù)據(jù)和曲線，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間段的各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度差值，從而判定溫度場(chǎng)的分布情況。

在外部氣溫39℃，無(wú)暖通系統(tǒng)，門窗關(guān)閉的情況下，所有檢測(cè)點(diǎn)溫度差均不大于2C°，室內(nèi)溫度場(chǎng)穩(wěn)定、均勻，室內(nèi)熱輻射少，舒適度高。

5.總結(jié)

（1）裝配式低能耗建筑結(jié)合了裝配式建筑和低能耗建筑二者的優(yōu)勢(shì)，能夠很好滿足夏熱冬冷地區(qū)苛刻的氣候條件，有效提高建筑建造及運(yùn)營(yíng)全過(guò)程能效水平，提升建筑功能品質(zhì)。

（2）大開間、可自由分隔的預(yù)制結(jié)構(gòu)體系，使得同一建筑內(nèi)滿足不同的功能需求成為可能。根據(jù)功能的不同，可通過(guò)節(jié)能門窗系統(tǒng)、新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)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適的室內(nèi)環(huán)境。

（3）裝配式低能耗建筑符合我國(guó)建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向，對(duì)推進(jìn)我國(guó)綠色建筑、綠色施工的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用，對(duì)于新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如部件和配套件的生產(chǎn)、全裝修材料的生產(chǎn)、生產(chǎn)部件和配套件的裝備設(shè)備的生產(chǎn)、構(gòu)件運(yùn)輸物流業(yè)、建筑“互聯(lián)網(wǎng)+”、建筑信息化等也有極大的推動(dòng)作用。