超低能耗建筑对上海地区居住建筑设计影响分析

陆燕

上海建筑设计研究院有限公司 上海 200000

1 引言

2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2021年10月24日中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。根据意见，到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上。

根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告（2020）》统计，2018年我国建筑全生命周期碳排放占全国碳排放总量的51%，且能源消耗占比和趋势与碳排放水平一致。因此，控制和降低建筑领域的能源消耗和二氧化碳排放，对于我国早日实现碳达峰和碳中和的目标有重要意义。超低能耗建筑是近零能耗建筑的初级表现形式，其室内环境参数与近零能耗建筑相同，能效指标略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平应较国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75-2012降低50%以上[1]。因此，超低能耗建筑是实现建筑碳中和目标的重要途径。大力推动超低能耗建筑发展，加强超低能耗建筑技术手段创新，将成为建筑领域未来发展趋势。

2 超低能耗建筑与节能建筑规范指标对比分析

超低能耗设计中，遵循“被动优先，主动优化”的设计原则，以室内环境和能耗指标为约束性指标，对不同技术策略给出建议性措施，作为推荐性指标，帮助实现建筑超低能耗目标的实现。

上海位于夏热冬冷地区，需要兼顾冷、热及除湿负荷，与其他气候区的超低能耗建筑有比较显著的区别。本节通过对《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019、《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》以及《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015-2021中设计要求进行对比，寻找其中的区别与联系，为上海地区超低能耗居住建筑设计提供一些思路。

不同的室内设计温度、窗地面积比等指标要求都会对设计策略的选择及结果带来巨大影响。因此，首先从室内环境设计指标的对比，可以分析不同规范中对于室内环境要求的差别。

从表1可以看出:

表1 室内环境指标对比表[1-3]

1）在超低能耗建筑设计中，将冬季室内设计温度从18℃提高到了20℃，同时中对室内相对湿度提出了设计要求，由此带来的结果，就是相对常规节能建筑，保温对于超低能耗建筑来说更加重要，同时为了维持室内相对湿度，对于超低能耗建筑来说，合适的除湿措施也必不可少。

2）在GB/T 51350-2019中，并未对窗地面积比通风开口面积与房间地板面积比例做出限制，其与常规节能建筑要求相同，在上海超低能耗导则中，对相关参数提出了更高的要求，以便于提升居住建筑的通风及采光性能。

3）在GB/T 51350-2019中，对于气密性指标及噪声指标提出了要求，该指标在对于外窗气密性及围护结构节点处理都有更高的要求，因此从这个角度出发，超低能耗建筑应该是节点处理更完善，施工质量更优的节能建筑；

为了保证超低能耗建筑的性能，在相关规范和导则中也会有一些约束性指标的限定，这些措施体现了规范和导则对于超低能耗建筑的理解，通过对这些措施的分析，可以了解超低能耗建筑与常规建筑的区别。

《近零能耗建筑技术标准》GB-T51350-2019中要求供暖年耗热量≤10kWh/(m2.a)，供冷年耗冷量≤3.5+2.0XWDH20+2.2XDDH28 kWh/(m2.a)，《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》中对此的要求为供暖年耗热量≤8 kWh/(m2.a)，供冷年耗冷量≤25 kWh/(m2.a)，可见超低能耗建筑以年供暖空调、照明、生活热水、电梯一次能源消耗量作为最终评价指标，其中照明、生活热水以及电梯能耗与住户人数及住户的用能习惯相关，设计中需选择能效更优的设备，空调能耗受到围护结构热工性能影响较大，同时由于新风、除湿、地暖等空调措施，会对建筑层高，设备平台等产生影响，从而对建筑和结构专业带来挑战。为此，首先对超低能耗对于围护结构的影响进行分析。

超低能耗建筑以年供暖空调、照明、生活热水、电梯一次能源消耗量作为最终评价指标，因此没有给出相对于节能标准更加严格的限制性指标，只是以参考值作为一种设计指引。在《近零能耗建筑技术标准》GB-T 51350-2019中，外墙传热系数参考值0.15～0.40 W/(m2.K)，屋面传热系数参考值0.15～0.35 W/(m2.K)，外窗传热系数参考值2.0 W/(m2.K)。不过在设计中，如果不能达到参考值便难以满足超低能耗要求，因此本文对按照参考值进行设计时对建筑专业带来的影响。

3 超低能耗建筑对建筑专业影响分析

由前所述，超低能耗建筑对室内环境要求提升，同时对建筑年耗冷量、耗热量进行了限定，为此需要采取更好的围护结构热工性能，更优的节点处理方式以及采用活动遮阳措施，来满足超低能耗建筑的要求，这对于建筑设计中建筑、结构、机电专业，都有着重大的影响。本文主要对建筑专业的影响进行分析。

3.1 外围护保温影响分析

随着装配式建筑的不断推广，居住建筑也大量使用装配式结构。根据《外墙保温系统及材料应用统一技术规定》、《预制混凝土夹心保温外墙板应用技术标准》DG/TJ 08-2158-2017和《装配式建筑预制混凝土夹心保温墙板》JC/T 2504-2019等技术要求，上海目前基本采用预制混凝土夹心保温外墙板系统、预制混凝土反打保温外墙板系统及现浇混凝土符合保温模板外墙保温系统[4]。

其中：

超低能耗建筑外墙保温主要采用60mm硬泡聚氨酯结合25mm挤塑聚苯板内保温或100mm硅墨烯结合25mm挤塑聚苯板，传热系数不大于0.4 W/(m2.K)，对于节能建筑来说，外墙保温主要采用30mm硬泡聚氨酯或50mm硅墨烯保温即可，传热系数不大于1.0 W/(m2.K)。

超低能耗建筑屋面保温主要采用100mm挤塑聚苯板保温，传热系数不大于0.3 W/(m2.K)，对于节能建筑来说，屋面保温主要采用80mm挤塑聚苯板保温，传热系数不大于0.4 W/(m2.K)。

与节能建筑相比，超低能耗建筑外保温厚度有所增加，为了控制外保温厚度需配合内保温来达到所需要的热工参数，因此在进行平面设计时，需考虑保温厚度对房间面积以及建筑间距带来的影响，同时内保温会对内装带来影响，需要在设计阶段加以考虑。

3.2 外窗影响分析

对于夏热冬冷地区建筑，建筑冷热负荷的主要来源之一是门窗，采用高性能外窗，可以显著降低建筑外窗传热负荷。不过由于Low-E玻璃遮阳系数固定，如果遮阳系数选择过低，会造成冬季太阳辐射得热明显减少，不利于冬季节能，因此活动外遮阳成为夏热冬冷地区的最优选择。

上海地区超低能耗建筑外窗的传热系数约束值为1.8W/(㎡·k)，参考值为1.4W/(㎡·k)[2]，在采用铝合金外窗时均需采用采用三玻两腔Low-E中空玻璃实现，这是建筑节能的有效方式之一，超低能耗建筑透明围护结构部分使用建筑遮阳或百叶，可以避免阳光直射，有效改善室内热环境和光环境，能够极大地提高建筑物室内的健康舒适性，同时有利于降低室内建筑负荷。

3.3 节点影响分析

（1） 外窗安装节点

超低能耗建筑的外窗安装方式主要有外挂式安装及洞内安装两种方式。

外挂式安装是建筑外门窗内表面与结构外表面齐平，门窗和结构之间的缝隙采用防水透汽和防水隔汽材料进行密封的一种安装方式。由于型材被保温材料覆盖，可以最大程度减少外窗安装热桥。下图对北京及上海市相关热桥节点进行整理，可见外挂式安装方式的节能对于夏热冬冷地区与寒冷地区并没有大的区别。

图1 外挂式外窗安装节点[2][5]

采用洞内安装方式时，由于保温无法将窗框完全包裹，必然会出现局部的热桥，因此在需要在混凝土中预埋节能附框，窗外侧与外墙齐平，窗与墙之间的缝隙采用耐候密封胶密封，最大程度地实现保温层连续变化，避免保温突变引起热桥问题。所有外门窗洞口侧边均采用现场后置保温块的方式进行处理，保证保温层连续覆盖混凝土结构并搭接至门窗框。缝隙处室外侧铺贴防水透气膜，室内侧铺贴防水隔汽膜，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应符合《建筑用气密性材料应用技术规程》T/CECS 826-2021，在混凝土侧不小于50mm，在窗框侧不小于20mm。

图2 洞内安装外窗安装节点[5]

对于免拆模保温墙体上开窗，保温块采用厚度不小于30mm 的硅墨烯不燃保温块（条），若门窗框厚度有限无法做到30mm，则局部采用保温砂浆等材料进行处理。对于夹心保温墙体上开窗，考虑到上海地区潮湿多雨多台风的季候，保留混凝土封边以增强洞口防水可靠性。

（2） 热桥节点处理

超低能耗项目在每个细节上热桥处理，对于建筑师的把控非常重要。

穿墙管道和出屋面管道处。建议采用套管预埋方式，套管与管道之间的缝隙采用50mm 厚岩棉保温材料填实。对于出屋面管道，管道在室外侧采用50mm 厚XPS 保温材料包裹，屋面防水层上翻并延伸至防水盖板下方；室内侧采用不小于30mm 厚的岩棉保温材料包裹，向室内延伸不小于500mm，室内侧采用防水隔汽膜粘贴，室外侧采用防水透汽膜粘贴。对于出屋面管道，套管和管道之间的缝隙用沥青麻丝灌封并用建筑密封膏在上部封堵，室内侧粘贴防水隔汽膜。隔汽膜在管道和墙体上的搭接长度均不小于50mm。

预制夹心保温墙板拼接部位。包括竖向缝、水平缝。其中竖向缝通过混凝土后浇带与两侧预制墙板进行无缝紧密连接，依靠混凝土自身形成气密层；外叶板之间采用聚乙烯棒和耐候密封胶进行封堵。水平缝通过混凝土灌浆料填缝和专用高强度砂浆封堵，室内侧设置无机保温膏料气密层，室外侧在上下外叶板之间填塞聚乙烯棒并用耐候密封胶封堵。

阳台及设备平台热桥。需要考虑到到平台上下板均瑶采用保温材料覆盖，形成完整的保温一体化系统，例如版下可以采用硅墨烯保温一体化板，阳台板上铺贴挤塑聚苯保温板，设备平台板板上采用20mm 无机保温砂浆,保温长度需注意与挑板出挑深度相同。

女儿墙和挑檐部分热桥。需要注意将保温材料（类似厚硅墨烯免拆保温模板一体化系）包裹并延长一段长度至女儿墙边，女儿墙靠近屋面的内侧采用与屋面等厚的挤塑聚苯板进行保温，屋面防水层沿女儿墙上翻延伸至防水板下方。穿女儿墙或穿屋面的雨水口洞口内、管道外侧采用聚氨酯发泡剂填缝，屋面侧用无机保温砂浆进行找坡过度，以减小热桥的影响。

预制墙板拼接部位热桥。当现浇与预制直接的链接部分，对于竖向缝，采用A级保温材料进行防火封边并用聚氨酯发泡剂填缝，再浇筑后浇带，使得墙板之间保温层连续，避免热桥，接缝处用PE 棒和密封胶进行防水处理。对于水平缝，在上下保温层之间填塞B1 级橡塑保温柔性材料，与上下封边的保温材料相接，接缝处用PE 棒和密封胶进行防水处理。预制夹心保温墙板与现浇免拆模外墙交接处，在平面上主要位于转角部位，夹心保温墙板与免拆模外墙成90°直角相交。接缝处填塞PE 垫片或采用聚氨酯或泡沫胶填缝，具有吸收保温层形变的作用。在竖直方向上，预制层夹心保温墙板与现浇层免拆模墙体交接处、与现浇免拆模交接处，接缝处填塞B1级橡塑保温柔性材料，预制层和现浇层的保温厚度差通过现浇混凝土墙体调节，保温外侧统一设置网格布抗裂层，以保持外立面平整。

4 结论

超低能耗建筑对建筑围护结构，气密性分区，构造节点都有较大影响，这些因素与施工质量相结合，才能实现超低能耗建筑设计目标的效果，因此在超低能耗施工中，需要注意的事项建筑龙头的设计师们需要落实。

超低能耗建筑转向施工方案的制定和交底很关键，同时每次的现场巡场需要严格按照上会后的具体方案严格要求施工落实，并且关键部品部件设备进场要提醒业主现场抽样复验工作，确保关键部品部件设备进场的质量，同时对于这些设备现场的成品保护，合理组织和安排存放位置需要注意。对于隐蔽工程的组织和验收做到及时发现问题及时提出处理办法，并对相关关键工艺到场留影像资料并存档。