超低能耗建筑节能技术应用与模拟验证

超低能耗建筑是在建筑用能系统上大幅度降低照明、空调、供暖等系统消耗量，通过相关方案和优化技术提高能源设备和系统的节能率。随着迈入“十四五”规划时期，绿色生态城区建设要求也随着相关规划政策的更新而逐步提升绿色生态要求，如超低能耗建筑发展、城市数字化转型、屋顶分布式光伏开发试点等等。因超低能耗建筑能够极大降低建筑碳排放，在“双碳”目标的基础下，此方法是建筑领域达到“碳达峰”及“碳中和”的关键途径。

1 超低能耗建筑现状

超低能耗建筑作为先进建筑节能理念，正在被多位研究学者和国家积极倡导。自 2010 年开始，住房和城乡建设部汲取德国的被动房理念，在不同地区建设超低能耗建筑示范项目，获得了良好的示范效果和应用成果。2014 年，张小玲博士为中国被动房的结构提出了五个被动式建筑设计原则术语：紧凑型、无热桥、自然通风、自然采光以及气密性设置[1]。2019 年，四川大学锦城学院李莹和李茜提出目前我国对被动房建筑认知不足，实际施工时设计和施工标准无法达到标准[2]。苏媛等人分析日本既有绿色节能建筑改造技术，总结日本既有绿色节能建筑发展模式，为我国构建绿色节能建筑改造提供借鉴[3]。

推广超低能耗建筑技术的运用是上海市在建筑领域实现“双碳”战略的一项核心举措，上海市松江区自从超低能耗建筑节能相关技术导则颁布以来，属地管理部门一直致力于推广超低能耗建筑在新建建筑领域的运用。超低能耗建筑作为一项仍未被广泛应用的技术在市场化的推进中仍有一定阻碍，超低能耗技术在新建建筑中的运用会增加项目的建设成本和延长项目的建设周期。在松江区属地管理部门的积极筹划和宣传以及大力的鼓励支持，上海市松江区某住宅项目目前已经通过相关技术评审。作为松江区首个超低能耗建筑，按照松江新城建设全新的发展定位和发展理念，实现了超低能耗技术的应用，完成了属地区域新领域的突破。本文将会深入分析该项目的技术路线和技术难点，为同类新建建筑在超低能耗技术的运用上提供参考。

2 案例简介与节能技术应用分析

上海市松江区某住宅项目规划用地面积 73 516.10 m2，总建筑面积为 146 191.74 m2，容积率为 1.2，绿地率为 35%。其中，21 号、22 号、24～30 号楼为本文的节能技术分析和模拟对象：共计 9 栋单体建筑，合计 490 户，建筑面积为 44 739.58 m2。

2.1 围护结构技术设计

建筑围护结构性能改善是减少空调供冷、暖负荷的关键路径，能够极大地提高建筑物室内的健康舒适性[4]。为满足超低能耗建筑的高标准气密性要求，本项目以控制建筑的整体气密性为设计目标，如表1 所示。气密层为墙体内侧抹灰层。整个建筑和每个家庭类型都有一个不间断完整的气密层、覆盖所有采暖范围；通常外门窗洞口与墙体连接处是整个建筑气密性较为薄弱的环节。针对这一部分，本项目在室内采用了防水隔汽膜、室外采用防水透气膜进行了差异化处理。在管道穿越建筑主体处，为了进一步提升建筑气密性，本项目还在管道穿越建筑结构墙体处的缝隙进行了沥青油麻填充并用密封胶密封处理。本项目地处夏热冬冷区域，屋顶受到太阳辐射较显著，屋顶节能会有效地降低空调耗能，改善室内热环境，影响室内外热对流及辐射的能力。屋顶保温材料选用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板(XPS)，传热系数为 0.29 W/(m2·K)。外墙保温是超低能耗建筑围护结构的重要措施之一[5]，住宅外墙的平均传热系数为 0.390 4～ 0.391 2 W/( m2·K)，采用保温与结构一体化措施，结合装配式建筑的需求，项目户型PC墙体采用硅墨烯反打保温外墙系统，非 PC 墙体采用现浇混凝土硅墨烯免拆保温模板一体化墙体系统。外窗和阳台玻璃门采用预埋非金属材质节能附框进行断热处理，附框采用嵌入式安装；建筑遮阳依据朝向特点采用中置活动百叶遮阳和建筑自遮阳相结合的形式设计；户门采用具有良好保温性的节能外门，气密性达 7 级。

表1 围护结构节能措施一览表

2.2 供暖空调与新风系统设计

合理设计空调与新风系统，以舒适、高效、降低能耗为目的的同时还具有节省空间，减少风口数量，优化管道布局等诸多优势[6]。本项目采用一级能效的空气源二联供机组，作为多联式空调系统室内机的冷源及低温热水辐射采暖系统的热源，满足一级能效要求。

本项目位于夏热冬冷地区，在冬季和夏季利用热回收技术可以有效降低空调运行负荷，从而实现降低能源消耗的目标。而过渡季节，充分利用自然通风又是常见的被动式节能措施，可以减少空调系统运行时间，降低能耗。综合考虑上述情况，本项目餐厅、起居室和卧室都配备了可开启的窗扇进行自然通风，同时新风机组选择了带旁路功能的热回收新风机组，焓回收效率为制冷＞65%，制热＞70%。在新鲜空气和排气管道中设置回流出口，并设置止回阀以确保建筑物的气密性。

2.3 电气节能设计

在节能减排的形势下，LED 灯具的使用为照明设计提供了一种新的途径，是实现建筑节能减排目标的重要途径之一[7]。本项目照明系统全部使用 LED 灯具，全屋的照明功率密度均以小于 3.5 W/ m2的标准进行设计。电梯采用高效节能马达的 VVVF 低能耗变频变压曳引机，能耗较低，有助于降低经营成本，减少项目碳排放。

2.4 生活热水供应系统设计

空气源热泵用途广泛、安全环保、科技节能、运行费用低，2014 年以来，诸多地区逐渐将空气源热泵纳入清洁能源范畴[6]。不同于传统居住建筑采用燃气式热水器，本项目为所有住户配备了空气源热泵热水机组，可再生能源利用率达100%。同时为了确保项目所在地冬季极端气候下的热水供应，所配备的空气源热泵机组具备辅助电加热功能。生活热水设计标准为：用水量为 40 L/(人·d)（60 ℃ 热水），计算冷水温度夏季 15 ℃、冬季 5 ℃。设备安装于设备平台或阳台，有墙体结构隔音，同时风口向外安装，设减震垫，可有效控制设备噪声。

3 综合效益分析

3.1 能耗分析

本项目采用《超低能耗建筑标准化配套工具应用》课题成果软件进行模拟分析。表2 为模拟计算结果。

表2 模拟计算结果 单位： kWh / (m2·a)

由表2 模拟计算结果可知，全年每平方米累计耗热、耗冷量以及一次能源消耗量均满足《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》的指标要求。上海目前新建建筑一次能源消耗量为 100 kWh/(m²·a) ，本项目一次能源消耗量≤60 kWh/(m²·a) ，按照上海市现行节能设计标准 DGJ 08-205-2015《居住建筑节能设计标准》，本项目共 9 栋楼，总计能耗约 298.77 万 kWh，按照超低能耗建筑方案进行设计，本项目能源消耗为 179.26 万 kWh。因此，本项目预期每年可节约用电 119.51 万 kWh，即节约标准煤 344.18 t，减少碳排放 501.94 t。由此可见，建设超低能耗建筑是建筑领域实现碳达峰和碳中和的重要途径。

3.2 社会效益分析

上海市人民政府印发的《上海市碳达峰实施方案》中明确指出，到 2025 年，五个新城、临港新片区、长三角生态绿色一体化发展示范区、崇明世界级生态岛等重点区域在开展规模化超低能耗建筑示范的基础上，全面执行超低能耗建筑标准。到 2030 年，全市新建民用建筑全面执行超低能耗建筑标准。

目前松江区作为上海五大新城之一，正在积极努力开展规模化超低能耗建筑示范建设的推进工作。超低能耗建筑在建设过程中技术路线的适用性，在全生命周期中的经济性和实用性，在市场中的认可度依然存疑。本项目作为松江区第一个通过评审的超低能耗建筑项目有很高的示范意义和参考作用。

与目前的节能建筑相比，超低能耗建筑可节能 50% 以上[8]。当前，超低能耗建筑作为低能耗、高舒适、经济性的建筑技术已广泛被国际认可，能够最大限度地降低对能源消耗的依赖。如果未来按照超低能耗建筑标准建造新建筑，社会终端能耗可节省 40%，可大幅度缓解能源短缺。而超低能耗建筑在降低能耗的同时，必然会降低温室气体排放量，是实现 2030 年碳达峰的有力支撑。

2020 年 6 月，松江新城国际生态商务区（核心区）作为松江区第一个绿色生态城区试点，通过了技术审查，获得上海市绿色生态城区试点称号。2022 年松江区积极响应上海市住建委号召，将上海科技影都（华阳湖）作为第二轮绿色生态城区试点区域。该区域规划中提出：超低能耗建筑占新建建筑比例达 29.13%。本项目采用的外墙保温一体化、高性能节能外窗、一级能效多联机空调、LED 灯具、空气源热泵等均是当前比较成熟的产品和技术，具有较强的可复制性和推广性，建成后不仅比一般普通住宅节约能耗，还给居民带来优于普通建筑的室内舒适环境，为松江区绿色生态城区中超低能耗建筑的建设提供了可靠的案例。

在建设规模、常住人口两项指标上面，松江区在五大新城中位居首位，这对实现大规模节能减排有重要意义，并且超低能耗建筑“零”的突破，也是松江区探索建设新城绿色低碳试点区的先手棋。

4 结 语

本文对于上海市松江区某住宅项目的节能设计和综合效益的分析，可作为松江超低能耗建筑设计与建设的案例参考，助力于松江绿色生态城区的建设。松江新城国际生态商务区目前处于建设阶段，第二轮生态城区的建设计划也在持续推进中，超低能耗建筑推广建设有助于实现加快建设空间布局合理、生态环境品质优良、资源集约节约利用、自然和谐共生的绿色生态城区。