上海市超低能耗居住建筑技术应用及实践

李 馨，李 秋，宋璟罡（中建玖合发展集团有限公司，上海 200120）

2010 年以来，住房与城乡建设部通过示范引导，吸纳德国被动房技术理念，在不同气候区开展了一系列超低能耗建筑示范项目建设，取得了良好的应用效果；2017 年，又发布了《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》，明确提出“在全国不同气候区积极开展超低能耗建筑建设示范、近零能耗建筑示范工程试点，对超低能耗建筑、近零能耗建筑并进行了试点和推广，但存在着各地发展不均衡的问题。当前超低能耗建筑及其理念主要在北方寒冷地区和严寒地区，在示范项目、标准规范和激励政策方面均有工作推进，而上海等夏热冬冷地区超低能耗建筑发展相对滞后。随着《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》的发布，作为建筑节能的先进理念，超低能耗建筑理念正在本地区得到推广和应用。

1 上海超低能耗发展现状

1.1 上海超低能耗建筑政策

2021 年 8 月 6 日，上海市人民政府关于印发《上海市生态环境保护“十四五”规划》，指出要全面推进绿色高质量发展，提前实现碳排放达峰,要完善低能耗建筑体系、建筑能耗限额管理体系，全面推进新建建筑应用可再生能源，持续提升既有建筑能效，开展超低能耗建筑示范建设。2020 年 10 月 30 日，上海市住建委发布关于印发《关于推进本市超低能耗建筑发展的实施意见》的通知（沪建建材联〔2020〕541 号），大力推进上海市超低能耗建筑发展。2021 年 10 月 30 日，上海市住建委发布关于印发《上海市超低能耗建筑项目管理规定（暂行）》的通知（沪建建材〔2021〕114 号），规范本市超低能耗建筑项目和外墙保温一体化建筑项目的管理。一系列政策的发布，极大地推动了上海市超低能耗建筑发展。截止 2021 年 7 月 15 日，上海市 3% 容积率奖励申报评审组织共 12 个项目，11 个住宅建筑，1 个公共建筑。

上海市住建委、发改委和财政局于 2020 年 3 月发布的《上海市建筑节能和绿色建筑示范项目专项扶持办法》（沪住建规范联〔2020〕2 号）中提到，符合超低能耗建筑示范的项目补贴 300 元/m2。同时《关于推进本市超低能耗建筑发展的实施意见》（沪建建材联〔2020〕541 号）明确超低能耗建筑项目符合《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》要求，外墙传热系数≤0.4 W/（m2·K）且采用外墙保温一体化，其外墙面积可不计入容积率，但其建筑面积最高不应超过总计容建筑面积的 3%。但超低能耗建筑的激励政策只能选择财政支持和容积率计算中一项进行申报。

1.2标准规范

上海市超低能耗建筑设计主要依据《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》，采用约束性指标和推荐性指标双控的原则，其中室内环境指标、建筑能耗指标、建筑气密性指标为约束性指标，围护结构性能指标为推荐性指标并设定有限值，能源设备及系统性能指标和技术措施为推荐性指标。上海市超低能耗居住建筑设计要求如表 1 所示。

表1 上海市超低能耗居住建筑设计目标

选取《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》、上海市 DGJ 08—205—2015《居住建筑节能设计标准》、GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技术标准》等规范标准进行围护结构热工指标对比。各标准的相关指标对比如表 2 所示。

表2 居住建筑标准指标对比表

从上述指标上可以看出，超低能耗建筑不仅设置了建筑能耗的控制目标，也给出了围护结构性能指标，相对常规居住建筑节能设计，超低能耗居住建筑的外墙、屋面、外窗性能都有很大的提升。

2 上海地区超低能耗居住建筑技术路线

上海属亚热带季风性气候，春秋较短，冬夏较长，气候湿润，且夏季炎热，冬季寒冷；与德国等欧洲国家以及我国北方地区的居住建筑相比，超低能耗建筑设计应基于上海的气候特征境，从自然通风、自然采光、形体遮阳、保温隔热等方面开展气候响应设计。

（1）自然通风设计：根据多数上海地区居民的生活习惯，普遍采用开窗通风的行为方式。住宅外窗开启扇设计要求通风开口面积与房间地板面积的比例应达到 8% 以上。

（2）自然采光设计：建筑主朝向应以南向或接近南向作为建筑的主朝向。住宅建筑的卧室、起居室等主要功能房间的窗地面积比应达到 1/6 以上。

（3）遮阳设计：上海全年太阳辐射强度较为均匀，太阳辐射得热对于冬季热负荷的降低有所帮助，而在夏季，宜通过合理的措施降低太阳辐射得热。因此，需结合冬夏太阳高度角的变化特点，因地制宜进行遮阳设计。

（4）除湿设计：上海地区处于沿海地区，较为湿润，特别是梅雨季节易出现返潮现象。住宅建筑中通常只能采用冷却除湿方式，由空调机组在制冷的同时进行除湿。同时应注意加强防潮设计，对无地下室的建筑地面宜考虑设置防潮层或设架空地板。

（5）隔热设计：墙外表面宜采用浅色饰面或隔热反射涂料，减少外墙吸收辐射热量；屋面隔热可采取双层通风屋面、屋顶绿化、坡屋顶、反射隔热涂料等方式；控制西向和东向的窗墙比，避免大面积开窗。

3 超低能耗居住建筑设计实践

3.1 项目概况

某住宅项目位于上海市自贸区临港新片区的顶尖科学家社区西南角，住宅建设用地面积为 70269.00 m2，规划建筑面积为 169553.07 m2，共 26 栋住宅楼，项目以上海市超低能耗建筑为目标。

3.1 围护结构设计

项目外墙的平均传热系数按照 K≤0.4W/（m2·K） 进行控制，并采用保温与结构一体化设计。结合装配式建筑的需求，本项目采用现浇混凝土免拆保温模板和装配式混凝土夹心保温剪力墙体系。外墙保温一体化系统中，1、2 层采用现浇混凝土免拆保温模板系统，采用 100 mm 硅墨烯不燃保温板作为保温材料，3 层及以上主要采用预制夹心保温体系，采用 70 mm 硬泡聚氨酯做为夹心保温材料。所用硅墨烯保温板和硬泡聚氨酯材料符合上海市《外墙保温系统及材料应用统一技术规定（暂行）》对保温材料的性能要求。

屋面为倒置式屋面，屋顶保温材料挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）。倒置式屋面保温层设计厚度按计算值增加 25%取值, 节能计算厚度为 120 mm，设计厚度为150 mm。

楼地面保温材料选用 20 mm水泥基无机保温砂浆，楼地面保温层上方设置 40 mm 细石混凝土保护层。

架空楼板上部设置 80 mm 厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（导热系数 0.030 W/（m.K），B1 级），挤塑聚苯板上部设 40 mm 细石混凝土保护层。

项目北向外窗和凸窗、南向阳台门选用三玻两腔窗户，南向和东西向外窗和凸窗设置中置百叶遮阳，传热系数 1.40 W/m2·K，玻璃自身遮阳系数 0.60， 窗框系数0.70，可见光透射比 0.60，气密性等级为 8 级，阳台门气密性等级为 7 级。外窗采用节能附框安装方式，阳台门下设置隔热垫块。

项目入户门采用高性能节能外门，户门选型满足传热系数 K≤1.8 W/（m2·K）。

3.3 建筑气密性

依据《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》，项目的气密性指标要求为：在室内外正负压差 50 Pa 的条件下，换气次数 ≤1.0 次/h，即 n 50≤1.0 次/h。基于建筑整体气密性的控制逻辑划分气密性单元，项目各户实行分户采暖与供冷，因此将建筑按每户划分一个气密性单元。因各户实行分户采暖与供冷，将建筑按每户划分一个气密性单元。项目外墙为混凝土墙，分户墙、各户靠公共区的墙内侧均设置水泥砂浆或无机保温砂浆，可构成连续的气密性。入户门及外窗与墙的连接处通过特殊构造增强气密性。

门窗部位的气密性从材料和构造方面来保障。在材料上，采用高气密性外门窗，气密性不低于 GB/T 7106—2019《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》规定的 8 级，阳台门气密性等级 ≥7 级；在构造上，外门窗采用嵌入式安装，外窗安装部位采用满足 GB/T 39866—2021《建筑门窗附框技术要求》的节能附框，阳台门安装部位采用隔热垫块。洞口的室外一侧铺贴防水透气膜，室内一侧铺贴防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽渗漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接长度符合 T/CECS 826—2021《建筑用气密性材料应用技术规程》要求，在混凝土侧 ≥50 mm，在窗框侧 ≥20 mm。

穿墙套管之间的缝隙采用硅酮密封胶封堵，外侧用盖板遮挡。室内侧采用防水隔汽膜粘贴，室外侧采用防水透汽膜粘贴。隔汽膜与透汽膜在管道和墙体上的搭接长度均≥50 mm。对于出屋面管道，套管和管道之间的缝隙用聚合物砂浆灌缝封堵，室内侧则粘贴防水隔汽膜。

3.4 无热桥设计

为控制热桥效应，外围护结构的保温层连续完整，并对阳台、设备平台、女儿墙等部位进行热桥处理。

阳台及设备平台均采用 20 mm 挤塑聚苯板对上板面进行包覆，均采用 30 mm 硅墨烯作为保温层对下板面进行包覆，保温层延伸长度与平台出挑深度相同。

本项目屋面采用倒置式做法，屋面防水层延续到女儿墙顶部。为避免出现结构性热桥，女儿墙与屋面连接处的保温层连续完整，屋面保温层延续到女儿墙顶部，增加保温层搭接长度，以减小热桥产生的范围。女儿墙部位安装护栏，护栏通过 10 mm 厚的隔热垫片与主体结构进行断热桥处理。

3.5 机电系统

各住宅楼每户设置变频多联式空调系统，按照APF≥4.5 进行选型。各住宅楼每户设置户式全热交换新风系统，新风机组风量可调节，其中标准风量满足按户总人数计算的人均 30 m3/h 需求，最大新风量满足各房间同时使用需求。新风系统选用带全热交换、净化、除湿等功能的机组，制冷工况焓效率达到 65% 以上，供热工况焓效率达到70% 以上，新风系统的单位风量耗功率 ≤0.45 W/（m3/h）。

照明灯具采用高光效的节能 LED 灯具，各房间的设计照明功率密度按 GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中不高于住宅目标值的 70% 进行设计。照明控制结合住宅建筑使用情况，户内采用就地控制，以满足住户的个性习惯与个体差异性要求，走廊、楼梯间采用声光感应控制，门厅、电梯厅采用就地控制并预留 BA 集中控制接口，车库等公共场所的照明采用集中控制。

生活热水采用太阳能热水＋燃气热水炉的组合式热水供应方式。太阳能热水系统采用集中集热分户储热的系统形式，集热器集中布置在各栋楼的屋面，太阳能板采用平板式，商品房按照每户 2 m2进行设置，太阳能供热不足的部分由各户内的燃气热水炉提供。商品房按照 50% 户数设计安装太阳能热水系统，燃气热水炉采用一级能效燃气热水炉。

3.6 能耗模拟分析

采用被动式低能耗建筑模拟分析软件 PKPM-PHEnergy建立超低能耗建筑模拟分析，对建筑年供暖空调、照明、生活热水、电梯一次能源消耗量进行模拟分析。

房间人员、设备、照明内扰参照《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》设置，见表 3 。

表3 房间人员、设备、照明内扰设置

按设置供暖和空气调节计算。供暖期为 12 月 1 日到次年 2 月 28 日，空调期为 6 月 1 日到 8 月31 日。供暖空调系统的日运行时间如表 4 所示。

表4 供暖空调系统的日运行时间

设计建筑的人员逐时在室率、照明时刻开关表、电气设备逐时使用率均参照JGJ/T 449—2018《民用建筑绿色性能计算标准》附录 C 设置。见表 5～表 7。

表5 照明开关时间 单位：%

表6 人员在室率 单位：%

表7 设备使用率 单位：%

分析模型中建筑围护结构热工、多联机系统、新风机组、电梯、太阳能热水系统等参数均按设计参数设置。经模拟分析，各栋楼一次能源消耗量为 52.83～59.08 kWh/m2·a ，均满足《上海市超低能耗建筑技术导则》（试行）的要求。

4 结 语

近年来，上海市大力推动建筑领域节能降碳，并出台了多项政策标准推动超低能耗建筑发展。上海地区推动超低能耗建筑发展，应考虑其地理位置、气象条件及居民生活习惯等多方面因素，选择适宜的技术路线及策略。通过超低能耗建筑的设计实践，为类似超低能耗居住建筑的设计提供相关经验与借鉴。相信随着技术的发展和政策的支持，上海地区建设超低能耗建筑的理念和实践将得到快速的发展和应用。