上海市超低能耗住宅项目围护结构设计策略探讨

丁纯

上海天华建筑设计有限公司 上海 200235

引言

上海作为一座超大城市，能源和环境矛盾日益突出，建筑能耗总量和能耗强度上行压力不断加大。推进建筑能效水平不断提升，是上海实施绿色发展的必然选择，也是建设生态之城的必由之路。为进一步推进本市超低能耗建筑的发展，提高建筑健康舒适水平和能源资源利用效率，近年来上海市住房城乡建设管理委、市规划资源局等部门接连发布了一系列的政策、指导文件等，在激励政策的驱动下，上海市超低能耗建筑工程项目也呈现快速发展的势头。

本文以超低能耗住宅项目为例，分析围护结构保温性能（屋面保温层厚度、外墙传热系数及外窗传热系数）对于建筑能耗的影响程度及典型冷热桥部位达标的临界条件，以期为后续超低能耗住宅项目的推广提供一定的设计参考。

1 围护结构保温性能对于建筑能耗的影响

2019年3月，《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》（以下简称《导则》）提出，我市超低能耗项目屋面、外墙及外窗（透光幕墙）的传热系数等指标应根据性能化设计原则，通过建筑能耗计算确定，并应满足其约束值要求。

围护结构的保温性能的增加，能使冬季供暖的负荷需求和能耗下降，但是夏季的供冷的节能效果也会带来反向的负担，加之经济性或安全性的考虑等，其成本的投入和获得的节能收益是否匹配也是需要关心的问题。本文基于被动式低能耗建筑模拟分析软件PKPM-PHEnergy，对典型住宅模型进行实际测算，分析屋面、外墙及外窗保温性能对能耗的影响程度，并给出实际项目指导性的结论或建议。

1.1 屋面保温层厚度对于能耗的影响

1.1.1 测算原理及基本信息。不同住宅建筑产品，假定外墙及外窗传热系数相同的前提下，调整屋面保温层（以XPS为例）的厚度，分析围护结构能耗的减少值的变化，建筑产品基本信息见表1。

表1 建筑产品基本信息表（屋面保温层厚度对于能耗的影响）

1.1.2 数据分析。

1.1.2.1 屋面传热系数在约束值及参考值间变化时，能耗的变化程度由高到低分别为：低层建筑＞多层建筑＞高层建筑[1]。

1.1.2.2 保温厚度50～150mm时，能耗减少显著；保温厚度150～200mm时，高层建筑，能耗减少趋于平缓；低多层建筑能耗减少值亦有所减缓。

1.1.3 结论及建议。考虑能耗的变化规律、结构荷载及成本角度等因素，上海地区的高层住宅项目建议屋面保温层的厚度控制在100～150mm之间，即屋顶传热系数控制在0.20～0.30W/（m2·K）之间，多低层建筑屋面保温厚度可适当增加，但不建议超过200mm。

1.2 外墙传热系数对于能耗的影响

1.2.1 测算原理及基本信息。不同住宅建筑产品，假定屋面及外窗传热系数相同的前提下，调整外墙结构保温一体化板中保温层（以硅墨烯为例）的厚度，即实现外墙传热系数的变化，以分析围护结构能耗减少值的变化，建筑产品基本信息见表2。

表2 建筑产品基本信息表（外墙传热系数对于能耗的影响）

1.2.2 数据分析。外墙保温层厚度在130mm、135mm、150mm变化的过程中，能耗减少逐渐变缓，变化曲线见图3。硅墨烯厚度130mm、135mm及150mm时，对应的外墙传热系数分别为0.40W/（m2·K）、0.38W/（m2·K）及0.35W/（m2·K）。

1.2.3 结论及建议。外墙传热系数的降低可一定程度的降低能耗值，但保温厚度的增加，会带来单位面积建造成本的增加（相比较常规项目，超低能耗建筑外窗及外墙的单位面积成本增量最大），外墙的安全性风险（反打、免拆模体系配套依据不健全）及得房率降低等问题。即外墙的传热系数设计在0.35～0.40 W/（m2·K）之间更加合适，若此范围内仍不能满足建筑节能保温要求，则应该寻求更高效的保温材料，而不是一味增加保温层厚度。

1.3 外窗传热系数对于能耗的影响

1.3.1 测算原理及基本信息。

1.3.1.1 不同住宅建筑产品，假定屋面及外墙传热系数相同的前提下，调整外窗的传热系数，以分析围护结构能耗的减少值变化。建筑产品基本信息见表3。

表3 建筑产品基本信息表（外窗传热系数对于能耗的影响）

1.3.1.2 不同住宅建筑产品，保证节能计算通过的前提下，外窗传热系数分别为1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）时，分析对应的外墙及屋面保温厚度的变化。建筑产品基本信息为：高层（18F、体型系数0.36）；洋房（8F、体型系数0.38）；联排（3F、体型系数0.57）；

1.3.2 数据分析。

1.3.2.1 外窗传热系数对屋面、外墙保温厚度的影响程度：高层＞洋房＞联排；外窗传热系数从1.8（W/m2·k）降至1.4（W/m2·k）时，能耗基本呈线性减少[2]。

1.3.2.2 外窗传热系数为1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）时，对应的外墙及屋面保温厚度的变化见表4。

表4 外窗传热系数对屋面、外墙保温厚度的影响程度

1.3.3 结论及建议。外窗传热系数的提高对于能耗的降低效果显著，而且外窗传热系数按照1.8（W/m2·k）设计，用屋面及外墙的保温去弥补是很难做到的。综合考虑外窗传热系数对于能耗的影响及外窗的增量成本，常规项目建议外窗传热系数按照约束值1.4（W/m2·k）设计。

2 典型冷热桥部位分析

女儿墙、阳台板及空调板等热桥部位进行保温处理，是上海市超低能耗建筑区别于常规建筑的特点之一。但这些热桥部位的保温应处理到什么程度，并没有量化的指标要求，设计及审查层面均有较大的困惑。

《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016将围护结构的节能设计目标分为不结露和基本热舒适两档要求。其中围护结构内表面不结露标准偏低，上海地区外墙按节能标准设置内、外主体保温后，混凝土冷热桥部位一般不会产生结露。本文将围护结构基本舒适度作为冷热桥处理量化分析的判定标准，保温材料以XPS为例，分析了女儿墙、阳台板及空调板处达标的临界条件[3]。

2.1 女儿墙

经计算保温高度应≥500mm，保温厚度应≥10mm。实际项目建议女儿墙保温高度应≥500mm，保温厚度应≥20mm（考虑XPS等板材的最小应用厚度）。

2.2 外挑阳台板、空调板

阳台板上下均做保温时，经计算保温长度自主体外墙向外延伸长度应≥900mm，保温厚度应≥10mm 。实际项目阳台板上下板面均应考虑保温，保温厚度应≥20mm（考虑XPS等板材的最小应用厚度），若板下保温采用反打或免拆模构造，保温厚度一般为30mm～40mm。

3 结束语

上海地区提升屋面、外墙及外窗的保温性能，使得冬季供暖的负荷需求和能耗下降，但是对于夏季供冷的节能效果不明显，综合考虑经济性或安全性等因素，建议设计遵循《导则》中提出的“要保温，但要适度”的指导原则，围绕参考值展开设计。

冷热桥部位的处理措施不宜低于《民用建筑热工设计规范》GB 50176-2016基本热舒适的要求，实际项目应结合项目自身特点、保温材料参数性能及应用厚度等选择合理、安全的冷热桥处理措施。