夏热冬冷地区绿色住宅建筑围护结构设计探讨

曹 倩 南京城镇建筑设计咨询有限公司工程师

随着我国绿色建筑的大力发展及新版本绿标《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2019）的实施，绿色建筑对围护结构的要求已提升到强制执行的先决条件中，对绿色一星级、二星级、三星级绿色建筑的围护结构及建筑能耗提出了更高的要求，具体包括围护结构热工性能的提高及建筑供暖空调负荷的降低。其中，围护结构热工性能的提高要求从绿色一星级到绿色三星级围护结构须在相应标准要求的基础上提升5%～20%。围护结构的提升必然带来投资造价的大幅提升，因此如何合理地设计和提升围护结构成了行业内从业人员需要解决的一大难题。本文选取夏热冬冷地区3 个绿色三星级住宅为对象进行对比研究，探讨夏热冬冷地区绿色住宅建筑围护结构提升设计方案及其设计中的难点与关键点。

1 项目概况

江苏省大部分地区处于夏热冬冷地区，其在节能与绿色建筑发展领域中一直处于国内领先水平。本文选取江苏省3 个三星级住宅项目的围护结构设计方案进行对比研究，其中前2 个项目均位于江苏省南通市，均为地上18 层的住宅建筑，执行标准为《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》（DGJ32/J 71—2014）；第3 个位于江苏省南京市，地上25 层的住宅建筑，执行标准为江苏省《居住建筑热环境和节能设计标准》（DB32/4066—2021）。

前两个住宅项目执行的标准较第3 个要求相对低，围护结构节能率达65%以上，第3 个住宅项目围护结构节能率达75%以上。夏热冬冷地区绿色住宅建筑围护结构需在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2010）要求的基础上提升5%～20%[1-2]。具体要求如表1 所示。夏热冬冷地区的住宅建筑对应标准是行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2010 第4.0.4、4.0.5 条所规定的围护结构传热系数、遮阳系数。

表1 围护结构热工性能技术要求对照表

2 围护结构设计方案对比分析

2.1 项目围护结构方案介绍

针对以上3 个绿色三星级住宅项目，对其围护结构方案设计作详细分析对比，具体内容如下。

2.1.1 项目一围护结构的主要热工性能

屋面采用52 mm 厚的挤塑聚苯板，传热系数K的取值为0.60 W/（m2·K），热惰性指标D=2.81。外墙主墙体采用的岩棉板厚度为30 mm、发泡水泥板＋200 mm厚的B07 级加气混凝土砌块，经加权平均计算传热系数为1.17 W/（m2·K），热惰性指标D=3.42。本项目东西向无外窗，南向窗墙比为0.46，南向推拉窗采用铝合金单层推拉窗6 高透Low-E+12Ar+6，传热系数K=2.40 W/（m2·K），南向凸窗采用铝合金平开窗5+19A（百叶）+5 双银高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。北向窗墙比为0.26，北向平开窗采用铝合金内平开窗6高透Low-E+12A+6，K=2.40 W/（m2·K），北向凸窗采用铝合金平开窗5+19A+5 双银高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。南向外窗经加权计算平均传热系数约等于2.20，北向外窗经加权计算平均传热系数约等于2.20，且南向外窗设置阳台平板遮阳和内置遮阳百叶。

2.1.2 项目二围护结构的主要热工性能

屋面采用60 mm 厚的挤塑聚苯板，传热系数K的取值为0.54 W/（m2·K），热惰性指标D=2.96。外墙主墙体采用25 mm厚的岩棉板、发泡水泥板＋200 mm 厚的B07 级加气混凝土砌块，经加权平均计算传热系数为1.29 W/（m2·K），热惰性指标D=3.35。东西向无外窗，南向窗墙比为0.39，南向推拉窗采用铝合金单层推拉窗6高透Low-E+12Ar+6，K=2.40 W/（m2·K），南向凸窗采用铝合金平开窗5+19A（百叶）＋5 双银高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。北向窗墙比为0.19，北向平开窗采用铝合金内平开窗6 高透Low-E+12A+6，传热系数K=2.40 W/（m2·K），北向凸窗采用铝合金平开窗5 ＋19A+5 双银高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。南向外窗经加权计算平均传热系数约等于2.20，北向外窗经加权计算平均传热系数约等于2.20，且南向外窗设置阳台平板遮阳和内置遮阳百叶。

2.1.3 项目三围护结构的主要热工性能

屋面采用75 mm 厚的挤塑聚苯板，传热系数K的取值为0.43 W/（m2·K），热惰性指标D=3.439。外墙主墙体应采用厚50 mm 的复合岩棉板＋200 mm 厚的钢筋混凝土砌块，经加权平均计算传热系数为0.75 W/（m2·K），热惰性指标D=3.11。南向无外窗，东向窗墙比为0.45，西向窗墙比为0.07，东西向平开窗采用铝合金平开窗（34 mm 隔热条）5Low-E+19Ar+5+12Ar+5，K=1.60 W/（m2·K）。北向窗墙比为0.18，（29 mm 隔热条）5Low-E+12Ar+5+12Ar+5，传热系数K应为1.70 W/（m2·K），东西向外窗设置阳台平板遮阳和内置遮阳百叶。

结合绿色建筑围护结构提升要求对以上3 个住宅项目设计方案进行对比分析，具体内容如表2 所示，综合遮阳情况如表3所示[3-5]。

表2 围护结构热工设计方案对比表

表3 综合遮阳情况变化表

2.2 围护结构方案对比分析

分析项目一的围护结构方案可知，项目一设计方案的南向窗墙比超过0.45，为满足绿色三星提升要求提升20%，南向外窗需做到传热系数≤2.0 W/（m2·K）。若能将南向窗墙比控制在0.45 之内，南向外窗传热系数只要做到≤2.2 W/（m2·K），便能满足绿色三星的提升要求。若窗墙比超过0.45，实施绿色三星住宅建筑围护结构提升20%，则南向外窗必须选用高性能三玻两腔外窗，如图1 所示外窗。由此可见，控制窗墙比有利于优化围护结构。

图1 三玻两腔带内置遮阳百叶外窗示意图

对项目二围护结构方案分析可知，项目二外窗窗墙比设计值均小于0.45，其中最大窗墙比朝向南向外窗传热系数控制在2.1 W/（m2·K）内即可满足绿色三星住宅建筑外窗传热系数的要求。设计方案除外墙外，其他部位均能满足绿色三星的提升要求，因此需要增加外墙保温厚度，将外墙保温厚度由25 mm 提升至30 mm，外墙传热系数便能达到绿色三星提升要求。由此可知，合理选用外墙主墙体材料和保温材料，更有利于外墙达到绿建提升要求。

通过分析项目三的围护结构方案可知，项目三在执行江苏省《居住建筑热环境和节能设计标准》（DB32/4066—2021）的基础上，通过提升屋面及外墙保温材料厚度，屋面传热系数达到了0.43 W/（m2·K），外墙传热系数0.75 W/（m2·K）；外窗均采用铝合金Low-E 三玻两腔带隔热条密封平开窗，其传热系数高达1.7 W/（m2·K），围护结构大大高于绿色三星围护结构提升20%的要求。

夏热冬冷地区的住宅建筑可通过合理控制窗墙比、优选外墙墙体及保温材料等措施，达到优化绿色建筑围护结构的目的。江苏省内的住宅建筑在实施本省新的住宅建筑节能设计标准的基础上可直接达到绿色建筑围护结构的提升要求。其他夏热冬冷地区的住宅建筑实施绿色建筑围护结构提升要求时可参照江苏省标准。

3 结语

由以上夏热冬冷地区住宅建筑围护结构设计方案分析可知，夏热冬冷地区居住建筑实施绿色星级要求，优先采用提升围护结构的技术措施需要做到以下3 点。一是合理控制窗墙比，有利于控制项目造价；二是适当增加屋面、外墙的保温厚度，有利于优化围护结构；三是居住建筑在实施《居住建筑热环境和节能设计标准》（DB 32/4066—2021）的基础上，围护结构提升可满足绿色三星住宅建筑的要求，但仍需要合理控制窗墙比，提升围护结构性能的同时控制好项目造价。