北京市居住建筑工程高標準節能設計應用

周宇辰，蔣航軍，張新賀

（中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100048）

0 引言

我國建筑節能工作以JGJ 26—86《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（已廢止）的頒布為起點，經歷了30余年的發展，現階段節能65%的設計標準已在全國普及，建筑節能工作減緩了我國建筑能耗隨城鎮建設發展而持續高速增長的趨勢，并提高了人們居住、工作和生活環境質量。

北京地區在2012年和2020年陸續出臺了DB11/891—2012《居住建筑節能設計標準》和DB11/891—2020《居住建筑節能設計標準》等有關節能標準，其節能目標（節能率）較1980年住宅標準超過75%和80%。此外，隨著《北京市超低能耗示范項目技術導則》（京建發〔2018〕183號）、《超低能耗居住建筑設計標準》DB11/T 1665—2019等技術標準的頒布和實施，北京地區建筑節能水平已全國領先。

1 項目概況

本項目位于北京市朝陽區，總建筑面積10萬m2，其中地上建筑面積7萬m2，容積率3.0，綠地率35%，建筑密度30%。項目全部6棟住宅實施高標準節能策略，依據《居住建筑節能設計標準》、《超低能耗居住建筑節能設計標準》等標準進行設計、施工和建設，節能率在90%以上，并滿足舒適性要求。

2 總平面設計

本項目的住宅在規劃上分為南北兩區，南區為120m2套型，樓座無周邊遮擋；北區為160m2套型，局部受南側及西側建筑的影響。項目的總平面設計在確保建筑采光、通風等技術要求的同時，充分考慮了建筑在冬季的太陽輻射得熱。北京地區中心緯度為39°54′，一年四季的太陽光均從南向入射。在冬季，太陽運行軌跡從東南向西南方向運行，相對于夏季太陽高度角較低。因此，項目通過不同朝向角度對能耗影響的對比確定建筑主朝向為南偏東小于5°，有利于在冬季將更多的陽光引入室內，以降低采暖能耗。

3 建筑單體設計

住宅套型分布如圖1～3所示。建筑形體規整，有利于降低能耗，便于節點設計。除交通核外，無凸窗、凸陽臺等凹凸變化，使建筑具有良好的外表系數。6棟住宅樓的外表系數≤0.78。套型設計功能布局分區明確，緊湊合理，流線清晰，充分利用自然采光及通風，各套型門窗位置合理布置，便于室內形成穿堂風，過渡季及夏季夜間溫濕度適宜時采用自然通風，從而有效降低空調能耗。

圖1 1號住宅樓標準層平面——160m2套型組合

圖2 2號住宅樓標準層平面——160m2套型組合

圖3 3～6號住宅樓標準層平面——120m2套型組合

本項目的立面設計如圖4所示，在兼顧建筑風格、舒適性和降低能耗的前提下，合理設計窗墻比，滿足《居住建筑節能設計標準》的要求。東、西、南向外窗全部設置活動遮陽，盡量提高南向窗墻比，降低其他方向的窗墻比。在降低夏季制冷負荷的前提下，冬季盡量引入太陽輻射得熱。

圖4 典型立面效果

4 節能專項方案設計

4.1 圍護系統設計

4.1.1 差異化的保溫厚度處理

6棟住宅樓消防高度均不大于54m，屬于二類高層住宅，外墻外保溫采用燃燒性能B1級的石墨聚苯板。

1，2號樓位于基地北側，距南側的3號樓約32m，冬季全時太陽得熱受南側建筑物影響，其采暖能耗相對基地南側的3～6號樓稍大。經EnergyPlus（9.0.0）計算，考慮日照條件的差異性，對南北側建筑外墻保溫厚度進行差異化處理，1～2號樓保溫厚度250mm，3～6號樓保溫厚度240mm，在達到同樣節能效果的同時兼顧項目的經濟性原則。

4.1.2 連續覆蓋的保溫層

區別于傳統項目（75%或80%節能），本項目所有住宅樓座的地上部分、地下夾層全部（采暖地下室）和地下層的交通核區域均設定為保溫連續覆蓋范圍（見圖5），沿這些區域外圍設置連續的保溫層。其中屋頂及露臺處設置250mm擠塑聚苯板，采暖地下室外墻與周邊土壤接觸處設置200mm擠塑聚苯板，核心筒外圍設置100mm巖棉板，核心筒底部設置150mm擠塑聚苯板，采暖地下室與其相鄰的下層房間交接處的樓板采用150mm巖棉。保溫層的連續設置有效防止了局部區域熱橋的產生。

圖5 連續保溫覆蓋范圍

4.2 高效節能外門窗設計

住宅地上及地下夾層的外窗采用木包鋁內平開復合窗（5mmLow-e+16mmAr+5mmLow-e+16mmAr+6mm），耐火完整性0.5h，整窗傳熱系數K≤0.8W/（m2·K），綜合太陽得熱系數SHGC冬季≥0.45，夏季≤0.3。外門（單元門、出屋面門）的傳熱系數K≤1.0W/（m2·K），戶門傳熱系數K≤1.5W/（m2·K）。

外門窗采用外掛式安裝，如圖6所示，門窗框內表面與基層墻體外表面齊平，門窗位于外墻外保溫層內。外門窗與基層墻體的連接件均采用隔熱墊片和斷橋錨栓等處理措施。門窗框與門窗扇間采用3道耐久性良好的密封材料密封，每個開啟門窗扇至少設3個鎖點，門窗與洞口之間采用氣密膠帶連接，保證建筑整體氣密性。外窗上口設滴水，下口設金屬窗臺板。

圖6 外窗安裝構造

4.3 無熱橋設計

4.3.1 女兒墻與挑檐節點

女兒墻與挑檐雖未與頂層采暖房間直接接觸，但如果不加保溫防護，會形成局部熱橋，影響樓棟能耗和頂層房間舒適度。挑檐距采暖房間較遠，經計算采用100mm擠塑聚苯板覆蓋。而女兒墻內側采用150mm擠塑聚苯板，屋頂部位與采暖房間直接相鄰則需要完整的保溫厚度，本項目選用250mm擠塑聚苯板。女兒墻的上部、內側全部包裹在防水層保溫層內。女兒墻上部安裝2mm厚金屬蓋板，并向內傾斜，兩側向下延伸至少150mm，設滴水，加強密封，防止雨水滲入保溫層，提高系統的耐候性（見圖7）。

圖7 女兒墻和挑檐節點

4.3.2 空調板節點

空調板部位是住宅建筑中容易形成冷橋的重點部位。本項目對空調板其中一邊實現結構斷板，使外保溫連續。挑出構件進行完整的保溫鋪設，經計算設置100mm厚聚苯板包裹整個空調板挑出構件。墻面保溫直接與空調板保溫相連，實現無熱橋設計。欄桿通過隔熱墊片與建筑主體相連，避免熱橋。

4.3.3 地下夾層窗井斷熱橋節點

由于窗井內部直接接觸室外環境，同時窗井底板結構的阻斷使地下外墻保溫無法連續從而形成熱橋區域，因此本項目采用將地下外墻保溫層在窗井底板上下延長1m的做法降低熱量傳遞（見圖8）。

圖8 地下夾層窗井斷熱橋節點

4.3.4 與主體相鄰的地下進風井

通過風井地上結構與主體建筑脫離從而有效避免熱橋的產生，同時因為結構脫離保證了主體結構外保溫的連續性。在地下部分風井結構直接與主體結構相連，因此對風井的擋土墻兩側設置保溫，從而隔斷熱橋（見圖 9）。

圖9 與主體相鄰的地下進風井節點

4.3.5 風管穿外墻節點

穿墻管是外墻的一個熱工薄弱環節，容易造成較大的熱橋效應和較差的氣密性結果。風管穿外墻做法按圖10進行設計。管道與孔洞或套管間填充發泡聚氨酯，待發泡聚氨酯干燥后，將突出于墻體表面的發泡聚氨酯切除，基墻兩側粘貼防水透汽膜（外）和防水隔汽膜（內）。

圖10 風管穿外墻節點

4.4 氣密性設計

建筑物氣密性是影響建筑供暖能耗和空調能耗的重要因素，良好的氣密性可以減少冬季冷風滲透，降低夏季非受控通風導致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發霉、結露和損壞，減少室外噪聲和室外空氣污染等不良因素對室內環境的影響，提高居住者的生活品質。

本項目結構氣密層連續并包圍整個外圍護系統，地上部分全部位于氣密層之內，地下部分的夾層及交通核區域位于氣密層之內。氣密層設在熱表皮邊界內部并保證連續，最終使建筑達到N50≤0.6次/h的要求。氣密層主體由鋼筋混凝土構件、氣密性抹灰、密閉門窗等構成。不同建筑材料交界處采用氣密膠帶進行封堵，保證氣密層連續。局部管道、電線穿墻處也采用氣密性膠帶封堵。穿過氣密層的風管設置電控密封閥，僅在需要有氣流流通時開啟。

5 高效熱回收新風系統

本項目設置分戶獨立熱回收新風系統，1，2號樓每戶設計標準新風量160m3/h，3～6號樓每戶設計標準新風量120m3/h，風機單位風量耗功率耗電＜0.45W/（m3·h）。采用全熱交換風機，設計全熱回收效率≥70%（顯熱回收效率≥75%）。新風熱回收系統采取防凍措施，風機與外墻相連的新風管和排風管道采用40mm厚橡塑保溫。起居室和臥室等主要活動區為送風區，衛生間和廚房門口設回風口，過道和餐廳為過流區。

6 空調冷熱源系統

由于良好的圍護結構及氣密性設計，有效地降低了建筑的冷熱負荷需求，本項目冷熱源系統能耗顯著低于常規建筑，冬季主要依靠被動得熱和熱回收裝置，供熱負荷很小。由于北京市夏季的空調除濕需求較高，無法通過提高圍護結構性能及新風熱回收系統完全消除，且冬季需要滿足應對極端天氣下的制熱負荷，因此仍設置供冷供熱系統。本項目采用變制冷劑流量多聯分體空調系統，外機設于室外空調機位。提高制冷、制熱性能系數是降低建筑供暖、空調能耗的主要途徑之一，本項目空調機組的制冷綜合性能系數≥6.0。

7 生活熱水系統

本項目采用燃氣熱水器制備生活熱水。燃氣熱水器額定熱效率95%，不低于GB 20665—2015《家用燃氣快速熱水器和燃氣采暖爐能效限定值及能效等級》中節能等級（1級）的規定值；燃氣熱水器帶安全保護裝置。燃氣熱水器采用自平衡式，避免高溫氣體與室內空氣接觸并保證氣密性。

8 照明與其他

本項目照明設備采用高效節能燈具，并采用智能照明控制系統。公共區域采用紅外探測人體移動感應加光控延時自熄開關；地庫區域照明采用時間繼電器控制；電梯能效等級為1級；變壓器及用電設備能效等級不低于2級；循環泵、通風機等采用變頻調速控制方式。

9 可再生能源發電

本項目屋頂設置太陽能光伏板作為可再生能源利用措施，光伏板面積約每戶1.5m2。以1號樓為例，光伏面積84m2，年產電量約16 777kW·h。

10 能耗監測系統與分類計量

能耗監測選擇南側樓棟120m2套型的邊套、中間套及北側160m2套型的邊套作為3個基本套型種類，每個套型種類在高度上再分別選擇底層、頂層、中間層3種不同的位置共計9戶進行能耗監測。能耗監測范圍包含采暖、制冷、照明、插座；舒適性監測包含室內溫度、濕度、二氧化碳濃度、VOC濃度等。住宅樓及地庫公共區域對動力設備用電、照明用電進行分項計量，每個住宅樓電力柜內設置照明、動力分項計量總表并實現遠傳、地下車庫按照照明、動力分項計量要求配置配電系統及計量表具并實現遠傳。

11 建筑節能設計發展方向及意義

目前，低碳、環保、綠色、可持續發展的理念成為全社會的共識。2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的目標對建筑行業的發展提出了新的要求。據統計，建筑行業占全社會碳排放總量的22%，近5年平均增速達到6.9%。另據研究，單體建筑的全生命期中，建筑材料生產期的碳排放量占10%～30%，建造期間的碳排放約占1%，運行期間的碳排放占70%～90%，拆除期間的碳排放約1%，因此，減少運營期間能耗，降低碳排放，對實現“碳達峰”“碳中和”目標具有決定性作用。