寒冷地區(qū)某醫(yī)院裙房輔樓超低能耗技術(shù)應(yīng)用

方 坤，殷玉兵，2，蘇 斌，張亞麗

（1.中建中原建筑設(shè)計(jì)院有限公司，鄭州 450000；2.中國建筑第七工程局有限公司，鄭州 450000）

基于國家十四五規(guī)劃“堅(jiān)持綠色低碳發(fā)展、促進(jìn)人與自然和諧共生”和我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值”的發(fā)展目標(biāo)，各省市在編制建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展十四五發(fā)展規(guī)劃時(shí)，均將建筑能效深度提升，促進(jìn)建筑運(yùn)行“綠色化”“低碳化”納入總體目標(biāo)，將大力發(fā)展超低能耗、近零能耗、零能耗建筑，推動(dòng)政府投資項(xiàng)目率先示范，加快推進(jìn)超低能耗建筑發(fā)展，提升建筑低碳水平列為主要工作目標(biāo)。本文依托于某醫(yī)院裙房輔樓項(xiàng)目，總結(jié)超低能耗建筑關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，希望能推動(dòng)被動(dòng)式超低能耗建筑在我國的進(jìn)一步發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為孟州市婦幼保健院裙房輔樓，建筑面積為6 313.09 m2，基底面積為2 123.50 m2，地上3 層，建筑高度為16.65 m。采用框剪結(jié)構(gòu)，主要有辦公室、餐廳、資料庫房及配電室、制冷機(jī)房等配套場所。

2 能耗關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目超低能耗建筑設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1、表2。

表1 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求

表2 本項(xiàng)目能耗關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

3 設(shè)計(jì)策略

本項(xiàng)目位于河南省，屬于寒冷B 區(qū)，在滿足建筑功能設(shè)計(jì)、外立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，從綠色、節(jié)能、降碳方面進(jìn)行優(yōu)化，建筑布局為規(guī)則矩形，首層中間位置設(shè)置架空通道，形成自然通風(fēng)廊道，有利于降低過渡季建筑能耗。同時(shí)對建筑形體和立面窗墻比進(jìn)行優(yōu)化，降低建筑體形系數(shù)。以GB51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和DBJ41/T246—2021《河南省超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為設(shè)計(jì)依據(jù)，制定本項(xiàng)目超低能耗建筑室內(nèi)環(huán)境和能效指標(biāo)的性能參數(shù)要求，結(jié)合相關(guān)示范工程、本項(xiàng)目實(shí)際情況和當(dāng)?shù)卣叩纫?，形成具體的設(shè)計(jì)方案[1]。

4 主要應(yīng)用技術(shù)

4.1 屋面及外墻保溫設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目保溫材料選擇遵循經(jīng)濟(jì)適用、就地取材原則，選用市場上應(yīng)用成熟且廣泛的保溫材料。屋面保溫層采用120 mm 擠塑聚苯板，導(dǎo)熱系數(shù)0.030 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D 為0.96（R.S），修正系數(shù)α 為1.1，燃燒性能B1 級。外墻采用外保溫系統(tǒng)，保溫材料為200 mm 半硬質(zhì)礦巖棉板，導(dǎo)熱系數(shù)0.042 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D為1.16（R.S），燃燒性能A 級，修正系數(shù)α 為1.2。

屋面保溫構(gòu)造作法為先處理鋼筋混凝土屋面板，冷底子油打底，然后用輕集料混凝土按2%坡度找平，最薄處為30 mm 厚，用20 mm 厚1∶2.5 水泥砂漿找平。保溫層采用120 mm 擠塑聚苯板，保溫層上加30 mm厚細(xì)石混凝土找平層，防水層采用3 mm 厚PE 面玻纖胎改性瀝青自粘防水卷材加上4 mm 厚PE 面玻纖加強(qiáng)聚酯胎改性瀝青防水卷材，飾面層采用10 mm 厚防滑地磚鋪平拍實(shí)，用水泥砂漿填縫處理。屋面平均傳熱系數(shù)達(dá)到0.25 W/（m2·K）。出屋面風(fēng)井、煙井及雨水管等節(jié)點(diǎn)熱橋應(yīng)用靈活方式進(jìn)行處理，出屋面井道在做好基層處理之后，鋪貼一道防水卷材作為屋面隔汽層，井道與屋面板室內(nèi)連接處節(jié)點(diǎn)采用防水隔氣膜處理，保證室內(nèi)空間氣密性。保溫采用120 mm 擠塑聚苯板全貼，頂部增加30 mm 厚隔熱墊塊，使用斷熱橋錨栓進(jìn)行固定連接，最后用金屬板封蓋。屋面變形縫處應(yīng)用巖棉填實(shí)，頂部采用聚乙烯泡沫塑料棒，防水層采用兩道PE 面玻纖加強(qiáng)聚酯胎改性瀝青防水卷材，最后用0.8 mm 厚彩涂鋼板蓋縫。

外墻外保溫構(gòu)造做法為基層墻體加15 mm 厚水泥砂漿找平，然后用膠粘劑滿粘，應(yīng)用200 mm 厚半硬質(zhì)巖棉板粘貼，同時(shí)采用斷熱橋錨栓固定。巖棉板外層采用6 mm 厚中間壓入兩層耐堿玻纖網(wǎng)的抹面膠漿，飾面層為具有良好透汽性的白色和灰色真石漆涂料。外墻加權(quán)平均傳熱系數(shù)達(dá)到0.23 W/（m2·K）。女兒墻保溫應(yīng)用200 mm 厚半硬質(zhì)巖棉板全貼，屋面隔汽層采用2.5 mm 厚耐堿鋁箔面層玻纖胎自粘性改性瀝青隔氣卷材，處理延伸至外墻外保溫位置，頂部采用30 mm厚隔熱墊塊，使用斷熱橋錨栓進(jìn)行固定連接，在進(jìn)行防水層處理之后，用金屬蓋板找坡。外墻變形縫節(jié)點(diǎn)處應(yīng)用巖棉或無機(jī)纖維涂料填實(shí)，采用檔條封堵，斷熱橋錨栓固定連接，錨栓與保溫層連接點(diǎn)采用1.0 mm 鍍鋅鋼板墊層，防止形成點(diǎn)狀熱橋效應(yīng)[2]。

4.2 透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目全部采用隔熱金屬型材多腔密封鋼化真空玻璃（6 Low-E+0.4 v+6），與X 光、鉬靶相鄰的門窗為防輻射門窗。鋼化真空玻璃（6 Low-E+0.4 v+6）透明外窗（真空層厚度為0.4 mm），傳熱系數(shù)小于等于0.8 W/（m2·K），空氣滲透性能q1 小于等于1.5 m/m3·h，氣密性等級8 級，雨水滲透性能大于等于350 Pa，風(fēng)壓強(qiáng)度性能大于等于3.0 KPa，空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量大于等于35 dB。

為降低熱橋效應(yīng)，本項(xiàng)目外窗采用外掛式安裝方式，窗框內(nèi)表面與主體墻外表面平齊，使用外掛連接件固定安裝。上下窗口與主體墻連接處均設(shè)置5 mm 厚隔熱墊片，連接件與外保溫層交接處粘貼防水透氣膜，窗框與主體墻連接處粘貼防水隔氣膜，窗框內(nèi)外與主體墻、保溫層連接處均采用密封膠填充處理，保證室內(nèi)外空間的氣密性。外窗臺應(yīng)用金屬窗臺板找坡處理，板下采用預(yù)壓膨脹密封帶填充。外窗洞口上頂面采用成品塑料滴水線條設(shè)計(jì)。

4.3 新風(fēng)熱回收系統(tǒng)

本項(xiàng)目病房、休息室、大廳等采用風(fēng)機(jī)盤管加吊頂式新風(fēng)熱回收機(jī)組的形式，以滿足各個(gè)房間單獨(dú)調(diào)節(jié)、單獨(dú)控制的要求。吊頂式新風(fēng)熱回收機(jī)組吊裝于新風(fēng)機(jī)房內(nèi)或走道，周圍包隔聲板，且新風(fēng)風(fēng)管接機(jī)組處設(shè)消聲器、電動(dòng)啟閉閥。風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的回風(fēng)口設(shè)置初阻力小于50 Pa、微生物一次通過率不大于10%和顆粒物一次計(jì)重通過率不大于5%的過濾設(shè)備。新風(fēng)熱回收系統(tǒng)空氣凈化裝置對于大于等于0.5 μm 細(xì)顆粒物的一次通過計(jì)數(shù)效率宜高于80%，且不應(yīng)低于60%。

新風(fēng)熱回收系統(tǒng)采取防凍及防結(jié)霜措施，安裝溫度傳感器，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低于限定值時(shí)，開啟旁通閥門。過渡季不能滿足自然通風(fēng)的區(qū)域，均采用機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)全新風(fēng)運(yùn)行模式，直接利用天然冷源[3]。熱回收新風(fēng)機(jī)組熱回收率大于75%。室內(nèi)排風(fēng)和室外排風(fēng)在全熱交換器內(nèi)部進(jìn)行溫度和濕度的交換，在機(jī)體內(nèi)將新風(fēng)預(yù)冷或預(yù)熱，降低了空調(diào)系統(tǒng)的總負(fù)荷。向室內(nèi)提供新風(fēng)的同時(shí)，回收部分室內(nèi)排風(fēng)帶走的冷量或熱量，系統(tǒng)使用，不僅能保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，還能降低能量損耗75%以上。本建筑通過詳細(xì)送排風(fēng)量的計(jì)算，每層總的新風(fēng)量大于排風(fēng)量，可以維持微正壓，風(fēng)量計(jì)算表詳見表3。

表3 二層、三層新風(fēng)量和排風(fēng)量計(jì)算表m·3h

5 能耗模擬計(jì)算及降碳分析

本項(xiàng)目采用PKPM 綠建節(jié)能軟件進(jìn)行能耗模擬計(jì)算，建筑運(yùn)行階段各分項(xiàng)能耗計(jì)算結(jié)果見表4[4]。本工程屋頂設(shè)置太陽能生活熱水系統(tǒng)，集熱器安裝面積為8.4 m2，年最佳斜面總輻射照量取1 600 kWh/m2，年等效發(fā)電量約為39.14 kWh。設(shè)計(jì)建筑單位面積能耗8.98 kWh/m2·a，基準(zhǔn)建筑單位面積能耗18.91 kWh/m2·a。設(shè)計(jì)建筑與基準(zhǔn)建筑能耗逐月對比分析如圖1 所示。設(shè)計(jì)建筑能耗水平較國家GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上降低52.51%，滿足河南省超低能耗建筑示范項(xiàng)目的要求[5]。

圖1 設(shè)計(jì)建筑、基準(zhǔn)建筑逐月各項(xiàng)能耗圖

表4 建筑能耗計(jì)算對比表

綜上數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出設(shè)計(jì)建筑的綜合節(jié)能率和本體節(jié)能率均達(dá)到77.82%（表5），滿足GB51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和DBJ41/T246—2021《河南省超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對超低能耗建筑的要求（建筑綜合節(jié)能率大于等于50%；建筑本體節(jié)能率大于等于20%）。電力碳排放因子取全國電網(wǎng)平均值0.6101 kgCO2/kWh，基于建筑能耗數(shù)據(jù)計(jì)算得出設(shè)計(jì)建筑與參照建筑運(yùn)行階段年碳排放量分別為34587.51 kgCO2和72834.06 kgCO2。本項(xiàng)目的碳排放強(qiáng)度在GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上降低了9.93 kg－CO2/（m2·a）[6]。

表5 技術(shù)指標(biāo)審查表

6 結(jié)束語

本項(xiàng)目通過被動(dòng)式圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋效應(yīng)降低設(shè)計(jì)和主動(dòng)式能源高效利用設(shè)計(jì)，降低建筑運(yùn)行階段能耗，建筑綜合節(jié)能率和建筑本體節(jié)能率達(dá)到77.82%，建筑碳排放強(qiáng)度降低了9.93 kgCO2/（m2·a）。滿足GB51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和DBJ41/T246—2021《河南省超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對超低能耗建筑的節(jié)能率要求。本文通過該項(xiàng)目展現(xiàn)了超低能耗建筑的設(shè)計(jì)思路及技術(shù)路線，希望能推進(jìn)建筑領(lǐng)域節(jié)能降碳，助力超低能耗建筑項(xiàng)目推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量。