重慶地區(qū)超低能耗公共建筑設(shè)計技術(shù)研究

基于國家及地方標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，在重慶地區(qū)氣候特征及本地節(jié)能要求基礎(chǔ)上，運(yùn)用建筑節(jié)能、能耗模擬軟件，結(jié)合實際工程項目，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)、室內(nèi)物理環(huán)境優(yōu)化及可再生能源利用等方面采取主、被動技術(shù)優(yōu)化措施，充分考慮從設(shè)計到施工各項主、被動技術(shù)的可行性、實施性，為今后夏熱冬冷地區(qū)超低能耗建筑建設(shè)提供切實可行的實際工程經(jīng)驗和技術(shù)支撐。

主動技術(shù)； 被動技術(shù)； 建筑節(jié)能； 超低能耗建筑

TU201.5A

［定稿日期］2023-02-13

［基金項目］重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會綠色建筑配套能力建設(shè)項目（項目編號：2022-01-30）、中煤科工重慶設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司自立科技項目一般項目（項目編號：2022-04-44）

［作者簡介］鄔錦（1994—），女，碩士，工程師，主要從事綠色、低碳、低能耗技術(shù)研究工作。

0 引言

據(jù)《中國建筑耗能研究報告（2020）》數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建筑運(yùn)行階段化石能源消耗相關(guān)的碳排放為21億t，占全國總量的五分之一左右。因此，建筑領(lǐng)域節(jié)能減排工作更加急迫?！笆奈濉逼陂g，重慶市建筑用能總量增速放緩，但要求超低能耗建筑實現(xiàn)示范應(yīng)用，新建建筑能效水平穩(wěn)步提高，清潔及可再生能源應(yīng)用比例提高，部分領(lǐng)域用能強(qiáng)度下降，建筑能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐步清潔化、低碳化。2025年末，重慶預(yù)期新增超低能耗建筑面積30萬m2。超低能耗建筑是發(fā)展更加高效節(jié)能建筑的重要載體，是推進(jìn)建筑行業(yè)節(jié)能減排的關(guān)鍵舉措［1］。“雙碳”目標(biāo)背景下，發(fā)展超低能耗建筑也被賦予了更高的戰(zhàn)略發(fā)展定位和提速發(fā)展的要求。對標(biāo)已經(jīng)實施建筑節(jié)能75%、超低能耗建筑的北方省市和綠色建筑發(fā)展領(lǐng)先的沿海地區(qū)，重慶市發(fā)展超低能耗建筑相較較晚，可以有效借鑒北京、河北、上海、江蘇等省市的優(yōu)秀發(fā)展經(jīng)驗。建設(shè)更具節(jié)能效益的建筑，優(yōu)化建筑用能消費(fèi)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)生活方式成為了建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵內(nèi)容。

結(jié)合重慶市氣候條件和資源稟賦情況，開展超低能耗建筑工程設(shè)計的適宜技術(shù)路徑和標(biāo)準(zhǔn)體系研究，通過被動式建筑設(shè)計，最大幅度降低建筑供暖、空調(diào)、照明能耗，通過主動技術(shù)措施最大幅度提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。積極開展超低能耗建筑工程示范。旨在為下階段重慶市推廣超低能耗建筑，實現(xiàn)建筑業(yè)綠色低碳發(fā)展，提供些許參考和建議。

1 超低能耗建筑概述

超低能耗建筑是指適應(yīng)氣候特征和自然條件，采用更高保溫隔熱性能和建筑氣密性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)［1］。運(yùn)用高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境。重慶地區(qū)超低能耗建筑能效指標(biāo)要求須滿足：建筑綜合節(jié)能率不低于50%，建筑本體節(jié)能率不低于20%（表1）。

為適應(yīng)重慶夏熱冬冷、潮濕多雨、過渡季舒適的氣候特點(diǎn)，遵循被動優(yōu)先主動優(yōu)化的設(shè)計原則，因地制宜運(yùn)用主、被動技術(shù)提升新建建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能保溫性能、高效設(shè)備利用，（換氣次數(shù)N50）≤1.0—從設(shè)計階段介入降低建筑運(yùn)行能耗。

2 項目概況及技術(shù)方案

某辦公建筑位于重慶市兩江新區(qū)，該項目為三層甲類公共建筑，框架結(jié)構(gòu)，建筑面積8 600 m2。東、南、西、北外窗窗墻面積比分別為0.83、0.93、0.873、0.48，無天窗。該建筑主要功能為辦公、會議等。建筑平面布置如圖1所示。

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

屋面采用100 mm厚難燃型擠塑聚苯板保溫材料，傳熱系數(shù)為0.37 W/（m2·K）。外墻為自保溫體系，采用250 mm厚蒸壓加氣混凝土精確砌塊，熱橋部分采用50 mm厚增強(qiáng)型改性發(fā)泡水泥板A型保溫材料，綜合傳熱系數(shù)為0.80 W/（m2·K）。外窗采用隔熱鋁合金型材多腔密封，6中透光Low-E+12AR+6透明中空玻璃，綜合傳熱系數(shù)為2.1 W/（m2·K），太陽得熱系數(shù)為0.45 W/（m2·K）。

2.2 建筑物理環(huán)境優(yōu)化技術(shù)

場地周邊為多層辦公樓，通過建筑周邊風(fēng)環(huán)境模擬，優(yōu)化場地設(shè)施位置、朝向及通風(fēng)開窗面積等。冬季建筑防風(fēng)，有效減少氣流滲透，降低采暖能耗，而夏季與過渡季節(jié)的自然通風(fēng)則能降低建筑空調(diào)能耗。重慶地區(qū)的冬季、夏季風(fēng)向均為西北風(fēng)，過渡季主要風(fēng)向是西北偏北風(fēng)。本項目建筑在南、北向設(shè)有主要出入口，因此，在過渡季，自然風(fēng)可直接進(jìn)入室內(nèi)，同時建筑內(nèi)部通透性較好隔斷少，極易形成穿堂風(fēng)。同時，建筑的設(shè)計保留了一定的窗墻比，自然通風(fēng)房間可開啟外窗凈面積不得小于房間地板面積的4%，滿足建筑內(nèi)部自然通風(fēng)的舒適性要求。

結(jié)合建筑朝向、日照條件，通過外墻大量采用透明采光外窗、西側(cè)外墻主出入口側(cè)采用大量落地窗增加室內(nèi)采光面積（圖2）。室內(nèi)主要功能空間至少60%面積比例區(qū)域，其采光照度值不低于300 lx 的小時數(shù)平均不少于4 h/d。

空調(diào)采用多聯(lián)機(jī)，空調(diào)形式采用風(fēng)管式室內(nèi)機(jī)、獨(dú)立新風(fēng)高性能新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，保障室內(nèi)溫濕度、新風(fēng)量、空氣質(zhì)量等。建筑照明采用一級節(jié)能燈具，衛(wèi)生間采用一級節(jié)水器具等，從而降低建筑使用過程中的能源消耗。

3 技術(shù)方案優(yōu)化分析

3.1 原方案技術(shù)分析

原建筑技術(shù)方案中屋面、外墻均滿足GB 55015-2021《建筑節(jié)能與能源利用通用規(guī)范》（以下簡稱《通用規(guī)范》）中夏熱冬冷地區(qū)甲類公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能限值要求，外窗超過限值規(guī)定，但通過計算滿足要求，建筑節(jié)能率為50.23%，滿足重慶地方規(guī)范的節(jié)能要求，在不利用可再生能情況下，建筑本體節(jié)能率、綜合節(jié)能率達(dá)到40.72%，滿足GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《近零能耗標(biāo)準(zhǔn)》）規(guī)定的“超低建筑能耗本體節(jié)能率不低于20%的指標(biāo)要求，但不滿足“綜合節(jié)能率不低于50%”的要求。本建筑綜合能耗為73.65 kwh/（m2·a），主要涉及建筑照明、空調(diào)及供暖、電梯能耗（圖3）。

3.2 方案技術(shù)優(yōu)化分析

本項目運(yùn)用被動技術(shù)優(yōu)先主動技術(shù)優(yōu)化的設(shè)計原則，采用重慶地區(qū)常規(guī)保溫材料打造超低能耗建筑。該項目原方案電氣設(shè)備、暖通空調(diào)設(shè)備、新風(fēng)設(shè)備等的設(shè)置，均滿足《近零能耗標(biāo)準(zhǔn)》中室內(nèi)環(huán)境參數(shù)要求，因此在技術(shù)方案優(yōu)化中，重點(diǎn)針對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升對建筑能耗影響進(jìn)行分析［2-6］。

在原方案技術(shù)基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及利用可再生能源滿足超低能耗建筑要求［7-10］（表2）。

該項目原方案設(shè)計充分考慮建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，保溫性能較好，但若要滿足超低能耗建筑指標(biāo)要求，需增設(shè)350 m2太陽能光伏。通過幾種方案優(yōu)化對比分析（圖4），在達(dá)到《通用規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求情況下，即可滿足超低能耗本體節(jié)能要求。在一定條件下，增加保溫材料厚度可提升建筑節(jié)能率，但厚度超過保溫限值后，保溫材料增厚對建筑保溫性能無明顯優(yōu)勢。在重慶地區(qū)，光照條件不佳的情況下，可考慮提升建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能并結(jié)合少量的太陽能光伏，以此達(dá)到超低能耗建筑要求。因此，綜合考慮重慶日照條件、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升、建筑綜合能耗以及建筑運(yùn)行碳排放（圖5），方案一的技術(shù)措施更經(jīng)濟(jì)適用。

4 結(jié)論及展望

綜合考慮建筑場地風(fēng)光熱條件，優(yōu)化建筑朝向、窗墻面積比，采取無熱橋處理措施，因地制宜采用主被動技術(shù)降低建筑能耗及碳排放。

（1）重慶地區(qū)甲類公共建筑滿足GB 55015-2021《建筑節(jié)能與能源利用通用規(guī)范》情況下，即可滿足GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中超低能耗本體節(jié)能指標(biāo)要求，但均需增加可再生能源利用，考慮重慶光照條件，除太陽能光伏利用外，可因地制宜采用空氣源、水源等。

（2）可結(jié)合重慶地區(qū)地理、氣候、光照條件等，增加天然采光、自然通風(fēng)措施，可降低過渡季建筑能耗。

（3）在建造過程中還可采用綠色建造、裝配式建造方式，提高建設(shè)效率，減少建設(shè)周期，降低施工污染。設(shè)計階段考慮智能化技術(shù)，增加后期運(yùn)維階段智能化管控，形成智能化運(yùn)維低碳智慧可視化場景體驗，直觀了解建筑運(yùn)維能耗、碳排，為低碳理念宣傳提供平臺。

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