重慶地區(qū)超低能耗建筑技術(shù)優(yōu)化研究

周密

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400000）

1 研究背景

2022 年3 月11 日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025 年完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5 億m2以上，建設(shè)超低能耗、近零能耗建筑0.5 億m2以上，裝配式建筑占當(dāng)年城鎮(zhèn)新建建筑的比例達(dá)到30%，全國新增建筑太陽能光伏裝機(jī)容量0.5 億kW 以上，地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用面積1 億m2以上，城鎮(zhèn)建筑可再生能源替代率達(dá)到8%，建筑能耗中電力消費(fèi)比例超過55%的目標(biāo)[1]。

圍繞國家節(jié)能減碳的“3060 雙碳”政策指向，以“智創(chuàng)生態(tài)城”為建設(shè)總體目標(biāo)，項(xiàng)目以實(shí)現(xiàn)重慶市第一個國家綠建三星級項(xiàng)目（2019 版國標(biāo)）、健康建筑三星項(xiàng)目、超低能耗建筑的具體目標(biāo)；以最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為起點(diǎn)，充分體現(xiàn)綠色技術(shù)的先進(jìn)性和示范引領(lǐng)作用，積極推廣的綠色、低碳、生態(tài)、智慧、可持續(xù)的生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展理念。在本項(xiàng)目中選取的A2#樓多功能廳作為研究對象，即是在綠建三星基礎(chǔ)上實(shí)施超低能耗建筑示范。

2 現(xiàn)狀情況

重慶屬夏熱冬冷地區(qū)，亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，其氣象特點(diǎn)是：空氣濕潤，冬冷夏熱，春秋多雨，四季多霧。夏季溫度高，年平均溫度18.3℃；極端最高溫度44.0℃，極端最低溫度－1.8℃，因此建筑應(yīng)加強(qiáng)夏季隔熱的措施?？諝鉂穸却?，歷年平均相對濕度79%，最熱月平均相對濕度76%，最冷月平均相對濕度81.3%，因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮防潮措施。風(fēng)速小，全年主導(dǎo)風(fēng)向北風(fēng)，歷年平均風(fēng)速2.2m/s。因此建筑應(yīng)考慮冬季防風(fēng)，夏季和過渡季利用自然通風(fēng)。太陽輻射量一般，年平均太陽輻射量3066MJ/m2，屬于太陽能資源一般區(qū)域，對不同朝向而言，東南和西南方向太陽輻射量較高，外窗應(yīng)考慮遮陽措施，北向采光較差，建議減少遮陽措施。

本項(xiàng)目選擇A2# 樓多功能廳為超低能耗建筑示范，理由如下：較為獨(dú)立、規(guī)模較?。?118m2），建筑層數(shù)為地上一層，無地下室。建筑高度10.1m 選型緊湊，體形系數(shù)?。?.21），東西向窗墻比較小（東0.2，南0.11，西0.2，北0.42），坡屋面屋檐出挑較大形成固定外遮陽，室內(nèi)功能以會議為主，結(jié)構(gòu)類型：地上鋼結(jié)構(gòu)+屋頂木屋架。同時結(jié)合設(shè)計(jì)進(jìn)展及現(xiàn)場施工情況，對現(xiàn)有建筑進(jìn)行超低能耗建筑技術(shù)優(yōu)化需結(jié)合原有設(shè)計(jì)及施工工期成本增量等因素綜合考慮。

3 設(shè)計(jì)依據(jù)

本項(xiàng)目首先需滿足綠色建筑三星級，執(zhí)行重慶市《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ 50/T—066—2020）和國家標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）的相關(guān)要求，同時A2 多功能廳按超低能耗建筑設(shè)計(jì)，依據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51350—2019），其中能效指標(biāo)劃分為3 個等級：超低能耗建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑，具體要求詳見表1。

表1 能效指標(biāo)等級詳情

要滿足超低能耗建筑要求，建筑本體節(jié)能率應(yīng)不小于20%，建筑綜合節(jié)能率不小于50%，對可再生能源利用率沒有強(qiáng)制要求，但采用可再生能源，可提高建筑綜合節(jié)能率。

4 設(shè)計(jì)策略

近零能耗建筑通常采用的技術(shù)路線如下：①被動式建筑設(shè)計(jì)（自然通風(fēng)/采光、遮陽、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、氣密性等），從而降低能耗需求（供暖空調(diào)、照明）。②主動技術(shù)措施（能源設(shè)備及系統(tǒng)效率、熱回收、可再生能源），從而提供舒適環(huán)境減少能耗消耗（供暖空調(diào)、照明、生活熱水、電梯）。③建筑能效及能耗指標(biāo)驗(yàn)算建筑本體節(jié)能率、可再生能源利用率、建筑綜合節(jié)能率建筑能耗指標(biāo)綜合值、建筑等效耗電量，根據(jù)類似定位的建筑，確定項(xiàng)目各功能房間的暖通空調(diào)負(fù)荷合理需求。

為滿足項(xiàng)目超低能耗建筑要求，結(jié)合重慶市氣候特點(diǎn)，以因地制宜、低投高效、精細(xì)化設(shè)計(jì)為原則，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、能源系統(tǒng)和設(shè)備效率提升、照明系統(tǒng)、可再生能源利用等技術(shù)提出建議。具體擬采用的主要技術(shù)措施及最終設(shè)計(jì)優(yōu)化如下。

（1）屋面保溫?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)做法為100mm 擠塑聚苯板B1 級，傳熱系數(shù)0.39（平屋面）180mm 巖棉板，傳熱系數(shù)0.29（坡屋面），超低能耗建筑技術(shù)要求傳熱系數(shù)為0.15~0.35，通過綜合模擬計(jì)算不再增加屋面保溫層。

（2）外墻保溫?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)300mmB06 級蒸壓加氣混凝土砌塊（自保溫），傳熱系數(shù)0.58，超低能耗技術(shù)要求傳熱系數(shù)0.15~0.40，通過綜合模擬計(jì)算不再增加外墻保溫層。

（3）遮陽?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)采用屋檐、木格柵、窗簾，超低能耗技術(shù)要求可調(diào)節(jié)外遮陽（低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃內(nèi)置活動百葉等）結(jié)合建筑實(shí)際情況分析，增加遮陽會影響立面效果，且自身屋檐及格柵的固定遮陽條件已較好，且建筑大面積為北向玻璃幕墻，東西向和南向的窗墻比均很小，通過節(jié)能軟件模擬分析，再增加遮陽對建筑節(jié)能效果基本無影響，綜合考慮后不增加遮陽。

（4）玻璃門窗/幕墻。須滿足超低能耗建筑對夏季太陽得熱系數(shù)SHGC≤0.15，冬季太陽得熱系數(shù)≥0.40 的要求，現(xiàn)有立面及玻璃選型難以滿足規(guī)范要求，但通過性能模擬計(jì)算可以滿足本體節(jié)能率的要求；對幕墻（門窗）保溫隔熱性能提升，傳熱系數(shù)由原設(shè)計(jì)1.90W/（m2·K）提升到小于1.76W/（m2·K）的要求。同時考慮到門窗隔聲及防自爆的安全性要求，也在玻璃基本選型基礎(chǔ)上進(jìn)行了夾膠及超白玻的升級，最終擬選用外窗玻璃為三玻兩腔超白玻夾膠雙low-e 玻璃［6mm+1.52pvb+6mm（高透Low-E）+12Ar+6mm（高透Low-E）+12Ar+6mm］。

（5）氣密性。提升要求對原設(shè)計(jì)門窗氣密性進(jìn)行了提升，原門窗氣密性等級為6 級，幕墻氣密性3 級，調(diào)整后外窗氣密性等級需達(dá)到8 級，外門氣密性需達(dá)到6級，幕墻氣密性4 級。對建筑墻體的氣密性根據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51350—2019），夏熱冬冷地區(qū)氣密性無強(qiáng)制要求，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，避免了影響墻體拆改的造成不必要的損失[2]。

（6）空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)采用全空氣系統(tǒng)，空調(diào)主機(jī)為水源熱泵機(jī)組，由能源站專項(xiàng)設(shè)計(jì)，滿足熱泵機(jī)組制冷性能系數(shù)COP≥6.0；綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV≥7.5 的要求。

（7）新風(fēng)熱回收機(jī)組。原設(shè)計(jì)未設(shè)置，根據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51350—2019）7.1.28 條要求，應(yīng)設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，新風(fēng)熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮全年運(yùn)行的合理性及可靠性。因此，必須設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。但項(xiàng)目考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求，超低能耗建筑追求整體的能效，根據(jù)測算設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)對整體的能耗貢獻(xiàn)率不大。因此，減小了新風(fēng)熱回收的設(shè)置區(qū)域和機(jī)房面積。僅在1-2 軸VIP 廳實(shí)施新風(fēng)熱回收功能，在1-2 軸一層夾層空調(diào)機(jī)房增加新風(fēng)熱回收機(jī)組。利用現(xiàn)有空調(diào)機(jī)房空間不增加其他機(jī)房面積，不增加概算，節(jié)約總成本和建設(shè)工期。在今后運(yùn)營階段，設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)也會起到示范作用，多功能廳有兩個VIP 室，左側(cè)VIP 室設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，右側(cè)VIP 室不設(shè)置新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，可以通過后續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，設(shè)置熱回收系統(tǒng)是否合理，也是對規(guī)范的驗(yàn)證和補(bǔ)充。

（8）照明系統(tǒng)。室內(nèi)照明選用調(diào)光型燈源，優(yōu)化能效與智能控制，除衛(wèi)生間由于裝飾燈帶較多，LPD 值達(dá)到現(xiàn)行值范圍，其他功能房間均滿足LPD 值達(dá)到現(xiàn)行值降低30%要求。同時考慮運(yùn)營階段經(jīng)常用到的場景，比如休息、匯報、放映、清掃等場景整體照度通常都會有比較大的降低，實(shí)際運(yùn)行能耗大約只有全亮峰值的30%~50%。

（9）可再生能源。經(jīng)多方討論，屋頂做光伏瓦對項(xiàng)目外觀效果影響較大，本項(xiàng)目已采用江水源作為可再生能源。

總體來說，對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低建筑能耗需求，主要采取的措施是加強(qiáng)屋面和外墻保溫，增加可調(diào)節(jié)外遮陽，玻璃幕墻（外窗）隔熱性能及氣密性的提升。對于能源系統(tǒng)和設(shè)備效率提升、照明系統(tǒng)，主要采取措施包括增加新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。可再生能源利用也是由于項(xiàng)目所在地設(shè)置了區(qū)域能源站，可采用江水源作為可再生能源。

5 超低能耗建筑性能設(shè)計(jì)分析

綜合考慮以上的技術(shù)優(yōu)化措施，本項(xiàng)目采用了被動式低能耗建筑模擬分析軟件PKPM-PHEnergy，對建筑的性能進(jìn)行分析，計(jì)算出建筑的各項(xiàng)能效指標(biāo)如表2 所示。

表2 建筑各項(xiàng)能效指標(biāo)計(jì)算

由上表可知，建筑綜合節(jié)能率為51.15%，建筑本體節(jié)能率（不包含可再生能源）為36.67%，滿足《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51350—2019）中的超低能耗建筑能效指標(biāo)要求。 其中設(shè)計(jì)建筑總能耗為102102.07kW·h，參考建筑209034.06kW·h，單位面積能耗36.39kW·h/m2。

通過性能設(shè)計(jì)分析，同時也對設(shè)計(jì)優(yōu)化措施提供指導(dǎo)性意見，在提高建筑被動式低能耗和設(shè)備低能耗之間取得合理經(jīng)濟(jì)的平衡。

6 超低能耗建筑評審

超低能耗建筑按評審階段劃分為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營3 個階段，各階段評審重點(diǎn)如下。

（1）設(shè)計(jì)階段：測評時間節(jié)點(diǎn)為施工圖審查合格，測評重點(diǎn)內(nèi)容為核查圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及做法和采取的節(jié)能措施；核算建筑本體節(jié)能率、可再生能源利用率和建筑綜合節(jié)能率，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機(jī)構(gòu)，最終結(jié)果形式為中國建筑節(jié)能協(xié)會網(wǎng)上公示。

（2）施工階段：測評時間節(jié)點(diǎn)為竣工驗(yàn)收前，測評重點(diǎn)為建筑氣密性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性、新風(fēng)熱回收裝置性能、保溫材料、門窗等性能檢測，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機(jī)構(gòu)，最終結(jié)果形式為中國建筑節(jié)能協(xié)會網(wǎng)上公示。

（3）施工階段：測評時間節(jié)點(diǎn)為運(yùn)行1 年后，以1年為一個周期，測評重點(diǎn)為室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測和運(yùn)營能效指標(biāo)評估，測評單位為第三方近零能耗建筑測評機(jī)構(gòu)，最終結(jié)果形式為中國建筑節(jié)能協(xié)會網(wǎng)上公示。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，現(xiàn)考慮設(shè)計(jì)階段和施工階段評審，由于A2 多功能廳項(xiàng)目的商業(yè)運(yùn)營模式還不太明確，項(xiàng)目運(yùn)營一段時間后，可根據(jù)建筑能耗監(jiān)控的數(shù)據(jù)再判斷是否滿足運(yùn)營階段評審的要求。

目前重慶市建委支持建設(shè)單位進(jìn)行超低能耗建筑的申報，但建委不參與評審過程或推薦，由中國節(jié)能協(xié)會認(rèn)定的第三方近零能耗建筑由測評機(jī)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)上資料審查，并組織專家上會評審，中國建筑節(jié)能協(xié)會只對評審結(jié)果進(jìn)行公示和授牌。本EPC 項(xiàng)目參建各方經(jīng)過多次討論和對比超低能耗技術(shù)方案和施工階段技術(shù)可實(shí)施性，通過提高門窗氣密性、優(yōu)化空調(diào)能耗需求和照明設(shè)計(jì)、優(yōu)化新風(fēng)回用系統(tǒng)設(shè)備位置及設(shè)計(jì)（不再新增設(shè)備房）等措施，通過PKPM 軟件對建筑能耗性能進(jìn)行分析計(jì)算，最終滿足了超低能耗建筑設(shè)計(jì)階段的評審要求。在施工階段申報單位牽頭完成超低能耗建筑的運(yùn)營評審前的所有資料匯總和整理工作，由第三方檢測單位進(jìn)行實(shí)地檢測，并組織多名專家進(jìn)行施工階段評審，在中國節(jié)能協(xié)會官網(wǎng)上公示結(jié)果后頒發(fā)施工標(biāo)識。

7 結(jié)語

提高建筑節(jié)能水平，超低能耗建筑正式進(jìn)入了大規(guī)模推廣階段，逐步啟動實(shí)施我國新建民用建筑能效“小步快跑”提升計(jì)劃，分階段、分類型、分氣候區(qū)提高城鎮(zhèn)新建民用建筑節(jié)能強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目研究提升建筑能效的技術(shù)措施及流程，具備實(shí)操性，同時順應(yīng)發(fā)展要求重點(diǎn)提高建筑門窗等關(guān)鍵部品節(jié)能性能要求。對于超低能耗建筑，因地制宜采取技術(shù)措施，通過性能分析再進(jìn)行優(yōu)化。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工過程中，對于超低能耗建筑的第三方評審單位及測評工作提前介入，進(jìn)一步確認(rèn)了設(shè)計(jì)所采取的技術(shù)措施，也需要設(shè)計(jì)與施工聯(lián)動，充分論證設(shè)計(jì)對施工的影響，滿足評審的要求，便于取得設(shè)計(jì)、施工超低能耗建筑認(rèn)證。本項(xiàng)目作為夏熱冬冷地區(qū)的近零能耗建筑的先行示范，提供參考與借鑒意義。