夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

曹 倩 南京城鎮(zhèn)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司工程師

隨著我國(guó)綠色建筑的大力發(fā)展及新版本綠標(biāo)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）的實(shí)施，綠色建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的要求已提升到強(qiáng)制執(zhí)行的先決條件中，對(duì)綠色一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)綠色建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及建筑能耗提出了更高的要求，具體包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提高及建筑供暖空調(diào)負(fù)荷的降低。其中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提高要求從綠色一星級(jí)到綠色三星級(jí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)須在相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上提升5%～20%。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的提升必然帶來(lái)投資造價(jià)的大幅提升，因此如何合理地設(shè)計(jì)和提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)成了行業(yè)內(nèi)從業(yè)人員需要解決的一大難題。本文選取夏熱冬冷地區(qū)3 個(gè)綠色三星級(jí)住宅為對(duì)象進(jìn)行對(duì)比研究，探討夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升設(shè)計(jì)方案及其設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

江蘇省大部分地區(qū)處于夏熱冬冷地區(qū)，其在節(jié)能與綠色建筑發(fā)展領(lǐng)域中一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。本文選取江蘇省3 個(gè)三星級(jí)住宅項(xiàng)目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比研究，其中前2 個(gè)項(xiàng)目均位于江蘇省南通市，均為地上18 層的住宅建筑，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《江蘇省居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ32/J 71—2014）；第3 個(gè)位于江蘇省南京市，地上25 層的住宅建筑，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為江蘇省《居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB32/4066—2021）。

前兩個(gè)住宅項(xiàng)目執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)較第3 個(gè)要求相對(duì)低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率達(dá)65%以上，第3 個(gè)住宅項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率達(dá)75%以上。夏熱冬冷地區(qū)綠色住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)需在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134—2010）要求的基礎(chǔ)上提升5%～20%[1-2]。具體要求如表1 所示。夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 134-2010 第4.0.4、4.0.5 條所規(guī)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能技術(shù)要求對(duì)照表

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

2.1 項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案介紹

針對(duì)以上3 個(gè)綠色三星級(jí)住宅項(xiàng)目，對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)作詳細(xì)分析對(duì)比，具體內(nèi)容如下。

2.1.1 項(xiàng)目一圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要熱工性能

屋面采用52 mm 厚的擠塑聚苯板，傳熱系數(shù)K的取值為0.60 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=2.81。外墻主墻體采用的巖棉板厚度為30 mm、發(fā)泡水泥板＋200 mm厚的B07 級(jí)加氣混凝土砌塊，經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算傳熱系數(shù)為1.17 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=3.42。本項(xiàng)目東西向無(wú)外窗，南向窗墻比為0.46，南向推拉窗采用鋁合金單層推拉窗6 高透Low-E+12Ar+6，傳熱系數(shù)K=2.40 W/（m2·K），南向凸窗采用鋁合金平開(kāi)窗5+19A（百葉）+5 雙銀高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。北向窗墻比為0.26，北向平開(kāi)窗采用鋁合金內(nèi)平開(kāi)窗6高透Low-E+12A+6，K=2.40 W/（m2·K），北向凸窗采用鋁合金平開(kāi)窗5+19A+5 雙銀高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。南向外窗經(jīng)加權(quán)計(jì)算平均傳熱系數(shù)約等于2.20，北向外窗經(jīng)加權(quán)計(jì)算平均傳熱系數(shù)約等于2.20，且南向外窗設(shè)置陽(yáng)臺(tái)平板遮陽(yáng)和內(nèi)置遮陽(yáng)百葉。

2.1.2 項(xiàng)目二圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要熱工性能

屋面采用60 mm 厚的擠塑聚苯板，傳熱系數(shù)K的取值為0.54 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=2.96。外墻主墻體采用25 mm厚的巖棉板、發(fā)泡水泥板＋200 mm 厚的B07 級(jí)加氣混凝土砌塊，經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算傳熱系數(shù)為1.29 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=3.35。東西向無(wú)外窗，南向窗墻比為0.39，南向推拉窗采用鋁合金單層推拉窗6高透Low-E+12Ar+6，K=2.40 W/（m2·K），南向凸窗采用鋁合金平開(kāi)窗5+19A（百葉）＋5 雙銀高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。北向窗墻比為0.19，北向平開(kāi)窗采用鋁合金內(nèi)平開(kāi)窗6 高透Low-E+12A+6，傳熱系數(shù)K=2.40 W/（m2·K），北向凸窗采用鋁合金平開(kāi)窗5 ＋19A+5 雙銀高透Low-E，K=2.10 W/（m2·K）。南向外窗經(jīng)加權(quán)計(jì)算平均傳熱系數(shù)約等于2.20，北向外窗經(jīng)加權(quán)計(jì)算平均傳熱系數(shù)約等于2.20，且南向外窗設(shè)置陽(yáng)臺(tái)平板遮陽(yáng)和內(nèi)置遮陽(yáng)百葉。

2.1.3 項(xiàng)目三圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要熱工性能

屋面采用75 mm 厚的擠塑聚苯板，傳熱系數(shù)K的取值為0.43 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=3.439。外墻主墻體應(yīng)采用厚50 mm 的復(fù)合巖棉板＋200 mm 厚的鋼筋混凝土砌塊，經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算傳熱系數(shù)為0.75 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D=3.11。南向無(wú)外窗，東向窗墻比為0.45，西向窗墻比為0.07，東西向平開(kāi)窗采用鋁合金平開(kāi)窗（34 mm 隔熱條）5Low-E+19Ar+5+12Ar+5，K=1.60 W/（m2·K）。北向窗墻比為0.18，（29 mm 隔熱條）5Low-E+12Ar+5+12Ar+5，傳熱系數(shù)K應(yīng)為1.70 W/（m2·K），東西向外窗設(shè)置陽(yáng)臺(tái)平板遮陽(yáng)和內(nèi)置遮陽(yáng)百葉。

結(jié)合綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升要求對(duì)以上3 個(gè)住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，具體內(nèi)容如表2 所示，綜合遮陽(yáng)情況如表3所示[3-5]。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)方案對(duì)比表

表3 綜合遮陽(yáng)情況變化表

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案對(duì)比分析

分析項(xiàng)目一的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案可知，項(xiàng)目一設(shè)計(jì)方案的南向窗墻比超過(guò)0.45，為滿足綠色三星提升要求提升20%，南向外窗需做到傳熱系數(shù)≤2.0 W/（m2·K）。若能將南向窗墻比控制在0.45 之內(nèi)，南向外窗傳熱系數(shù)只要做到≤2.2 W/（m2·K），便能滿足綠色三星的提升要求。若窗墻比超過(guò)0.45，實(shí)施綠色三星住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升20%，則南向外窗必須選用高性能三玻兩腔外窗，如圖1 所示外窗。由此可見(jiàn)，控制窗墻比有利于優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

圖1 三玻兩腔帶內(nèi)置遮陽(yáng)百葉外窗示意圖

對(duì)項(xiàng)目二圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案分析可知，項(xiàng)目二外窗窗墻比設(shè)計(jì)值均小于0.45，其中最大窗墻比朝向南向外窗傳熱系數(shù)控制在2.1 W/（m2·K）內(nèi)即可滿足綠色三星住宅建筑外窗傳熱系數(shù)的要求。設(shè)計(jì)方案除外墻外，其他部位均能滿足綠色三星的提升要求，因此需要增加外墻保溫厚度，將外墻保溫厚度由25 mm 提升至30 mm，外墻傳熱系數(shù)便能達(dá)到綠色三星提升要求。由此可知，合理選用外墻主墻體材料和保溫材料，更有利于外墻達(dá)到綠建提升要求。

通過(guò)分析項(xiàng)目三的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案可知，項(xiàng)目三在執(zhí)行江蘇省《居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB32/4066—2021）的基礎(chǔ)上，通過(guò)提升屋面及外墻保溫材料厚度，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)達(dá)到了0.43 W/（m2·K），外墻傳熱系數(shù)0.75 W/（m2·K）；外窗均采用鋁合金Low-E 三玻兩腔帶隔熱條密封平開(kāi)窗，其傳熱系數(shù)高達(dá)1.7 W/（m2·K），圍護(hù)結(jié)構(gòu)大大高于綠色三星圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升20%的要求。

夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑可通過(guò)合理控制窗墻比、優(yōu)選外墻墻體及保溫材料等措施，達(dá)到優(yōu)化綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的目的。江蘇省內(nèi)的住宅建筑在實(shí)施本省新的住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上可直接達(dá)到綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的提升要求。其他夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑實(shí)施綠色建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升要求時(shí)可參照江蘇省標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

由以上夏熱冬冷地區(qū)住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析可知，夏熱冬冷地區(qū)居住建筑實(shí)施綠色星級(jí)要求，優(yōu)先采用提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施需要做到以下3 點(diǎn)。一是合理控制窗墻比，有利于控制項(xiàng)目造價(jià)；二是適當(dāng)增加屋面、外墻的保溫厚度，有利于優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)；三是居住建筑在實(shí)施《居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB 32/4066—2021）的基礎(chǔ)上，圍護(hù)結(jié)構(gòu)提升可滿足綠色三星住宅建筑的要求，但仍需要合理控制窗墻比，提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)控制好項(xiàng)目造價(jià)。