上海市超低能耗居住建筑技術應用及實踐

李 馨，李 秋，宋璟罡（中建玖合發展集團有限公司，上海 200120）

2010 年以來，住房與城鄉建設部通過示范引導，吸納德國被動房技術理念，在不同氣候區開展了一系列超低能耗建筑示范項目建設，取得了良好的應用效果；2017 年，又發布了《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》，明確提出“在全國不同氣候區積極開展超低能耗建筑建設示范、近零能耗建筑示范工程試點，對超低能耗建筑、近零能耗建筑并進行了試點和推廣，但存在著各地發展不均衡的問題。當前超低能耗建筑及其理念主要在北方寒冷地區和嚴寒地區，在示范項目、標準規范和激勵政策方面均有工作推進，而上海等夏熱冬冷地區超低能耗建筑發展相對滯后。隨著《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》的發布，作為建筑節能的先進理念，超低能耗建筑理念正在本地區得到推廣和應用。

1 上海超低能耗發展現狀

1.1 上海超低能耗建筑政策

2021 年 8 月 6 日，上海市人民政府關于印發《上海市生態環境保護“十四五”規劃》，指出要全面推進綠色高質量發展，提前實現碳排放達峰,要完善低能耗建筑體系、建筑能耗限額管理體系，全面推進新建建筑應用可再生能源，持續提升既有建筑能效，開展超低能耗建筑示范建設。2020 年 10 月 30 日，上海市住建委發布關于印發《關于推進本市超低能耗建筑發展的實施意見》的通知（滬建建材聯〔2020〕541 號），大力推進上海市超低能耗建筑發展。2021 年 10 月 30 日，上海市住建委發布關于印發《上海市超低能耗建筑項目管理規定（暫行）》的通知（滬建建材〔2021〕114 號），規范本市超低能耗建筑項目和外墻保溫一體化建筑項目的管理。一系列政策的發布，極大地推動了上海市超低能耗建筑發展。截止 2021 年 7 月 15 日，上海市 3% 容積率獎勵申報評審組織共 12 個項目，11 個住宅建筑，1 個公共建筑。

上海市住建委、發改委和財政局于 2020 年 3 月發布的《上海市建筑節能和綠色建筑示范項目專項扶持辦法》（滬住建規范聯〔2020〕2 號）中提到，符合超低能耗建筑示范的項目補貼 300 元/m2。同時《關于推進本市超低能耗建筑發展的實施意見》（滬建建材聯〔2020〕541 號）明確超低能耗建筑項目符合《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》要求，外墻傳熱系數≤0.4 W/（m2·K）且采用外墻保溫一體化，其外墻面積可不計入容積率，但其建筑面積最高不應超過總計容建筑面積的 3%。但超低能耗建筑的激勵政策只能選擇財政支持和容積率計算中一項進行申報。

1.2標準規范

上海市超低能耗建筑設計主要依據《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》，采用約束性指標和推薦性指標雙控的原則，其中室內環境指標、建筑能耗指標、建筑氣密性指標為約束性指標，圍護結構性能指標為推薦性指標并設定有限值，能源設備及系統性能指標和技術措施為推薦性指標。上海市超低能耗居住建筑設計要求如表 1 所示。

表1 上海市超低能耗居住建筑設計目標

選取《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》、上海市 DGJ 08—205—2015《居住建筑節能設計標準》、GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術標準》等規范標準進行圍護結構熱工指標對比。各標準的相關指標對比如表 2 所示。

表2 居住建筑標準指標對比表

從上述指標上可以看出，超低能耗建筑不僅設置了建筑能耗的控制目標，也給出了圍護結構性能指標，相對常規居住建筑節能設計，超低能耗居住建筑的外墻、屋面、外窗性能都有很大的提升。

2 上海地區超低能耗居住建筑技術路線

上海屬亞熱帶季風性氣候，春秋較短，冬夏較長，氣候濕潤，且夏季炎熱，冬季寒冷；與德國等歐洲國家以及我國北方地區的居住建筑相比，超低能耗建筑設計應基于上海的氣候特征境，從自然通風、自然采光、形體遮陽、保溫隔熱等方面開展氣候響應設計。

（1）自然通風設計：根據多數上海地區居民的生活習慣，普遍采用開窗通風的行為方式。住宅外窗開啟扇設計要求通風開口面積與房間地板面積的比例應達到 8% 以上。

（2）自然采光設計：建筑主朝向應以南向或接近南向作為建筑的主朝向。住宅建筑的臥室、起居室等主要功能房間的窗地面積比應達到 1/6 以上。

（3）遮陽設計：上海全年太陽輻射強度較為均勻，太陽輻射得熱對于冬季熱負荷的降低有所幫助，而在夏季，宜通過合理的措施降低太陽輻射得熱。因此，需結合冬夏太陽高度角的變化特點，因地制宜進行遮陽設計。

（4）除濕設計：上海地區處于沿海地區，較為濕潤，特別是梅雨季節易出現返潮現象。住宅建筑中通常只能采用冷卻除濕方式，由空調機組在制冷的同時進行除濕。同時應注意加強防潮設計，對無地下室的建筑地面宜考慮設置防潮層或設架空地板。

（5）隔熱設計：墻外表面宜采用淺色飾面或隔熱反射涂料，減少外墻吸收輻射熱量；屋面隔熱可采取雙層通風屋面、屋頂綠化、坡屋頂、反射隔熱涂料等方式；控制西向和東向的窗墻比，避免大面積開窗。

3 超低能耗居住建筑設計實踐

3.1 項目概況

某住宅項目位于上海市自貿區臨港新片區的頂尖科學家社區西南角，住宅建設用地面積為 70269.00 m2，規劃建筑面積為 169553.07 m2，共 26 棟住宅樓，項目以上海市超低能耗建筑為目標。

3.1 圍護結構設計

項目外墻的平均傳熱系數按照 K≤0.4W/（m2·K） 進行控制，并采用保溫與結構一體化設計。結合裝配式建筑的需求，本項目采用現澆混凝土免拆保溫模板和裝配式混凝土夾心保溫剪力墻體系。外墻保溫一體化系統中，1、2 層采用現澆混凝土免拆保溫模板系統，采用 100 mm 硅墨烯不燃保溫板作為保溫材料，3 層及以上主要采用預制夾心保溫體系，采用 70 mm 硬泡聚氨酯做為夾心保溫材料。所用硅墨烯保溫板和硬泡聚氨酯材料符合上海市《外墻保溫系統及材料應用統一技術規定（暫行）》對保溫材料的性能要求。

屋面為倒置式屋面，屋頂保溫材料擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）。倒置式屋面保溫層設計厚度按計算值增加 25%取值, 節能計算厚度為 120 mm，設計厚度為150 mm。

樓地面保溫材料選用 20 mm水泥基無機保溫砂漿，樓地面保溫層上方設置 40 mm 細石混凝土保護層。

架空樓板上部設置 80 mm 厚擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（導熱系數 0.030 W/（m.K），B1 級），擠塑聚苯板上部設 40 mm 細石混凝土保護層。

項目北向外窗和凸窗、南向陽臺門選用三玻兩腔窗戶，南向和東西向外窗和凸窗設置中置百葉遮陽，傳熱系數 1.40 W/m2·K，玻璃自身遮陽系數 0.60， 窗框系數0.70，可見光透射比 0.60，氣密性等級為 8 級，陽臺門氣密性等級為 7 級。外窗采用節能附框安裝方式，陽臺門下設置隔熱墊塊。

項目入戶門采用高性能節能外門，戶門選型滿足傳熱系數 K≤1.8 W/（m2·K）。

3.3 建筑氣密性

依據《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》，項目的氣密性指標要求為：在室內外正負壓差 50 Pa 的條件下，換氣次數 ≤1.0 次/h，即 n 50≤1.0 次/h。基于建筑整體氣密性的控制邏輯劃分氣密性單元，項目各戶實行分戶采暖與供冷，因此將建筑按每戶劃分一個氣密性單元。因各戶實行分戶采暖與供冷，將建筑按每戶劃分一個氣密性單元。項目外墻為混凝土墻，分戶墻、各戶靠公共區的墻內側均設置水泥砂漿或無機保溫砂漿，可構成連續的氣密性。入戶門及外窗與墻的連接處通過特殊構造增強氣密性。

門窗部位的氣密性從材料和構造方面來保障。在材料上，采用高氣密性外門窗，氣密性不低于 GB/T 7106—2019《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》規定的 8 級，陽臺門氣密性等級 ≥7 級；在構造上，外門窗采用嵌入式安裝，外窗安裝部位采用滿足 GB/T 39866—2021《建筑門窗附框技術要求》的節能附框，陽臺門安裝部位采用隔熱墊塊。洞口的室外一側鋪貼防水透氣膜，室內一側鋪貼防水隔汽膜，以防止薄弱部位的水汽滲漏。防水透汽膜和隔汽膜的搭接長度符合 T/CECS 826—2021《建筑用氣密性材料應用技術規程》要求，在混凝土側 ≥50 mm，在窗框側 ≥20 mm。

穿墻套管之間的縫隙采用硅酮密封膠封堵，外側用蓋板遮擋。室內側采用防水隔汽膜粘貼，室外側采用防水透汽膜粘貼。隔汽膜與透汽膜在管道和墻體上的搭接長度均≥50 mm。對于出屋面管道，套管和管道之間的縫隙用聚合物砂漿灌縫封堵，室內側則粘貼防水隔汽膜。

3.4 無熱橋設計

為控制熱橋效應，外圍護結構的保溫層連續完整，并對陽臺、設備平臺、女兒墻等部位進行熱橋處理。

陽臺及設備平臺均采用 20 mm 擠塑聚苯板對上板面進行包覆，均采用 30 mm 硅墨烯作為保溫層對下板面進行包覆，保溫層延伸長度與平臺出挑深度相同。

本項目屋面采用倒置式做法，屋面防水層延續到女兒墻頂部。為避免出現結構性熱橋，女兒墻與屋面連接處的保溫層連續完整，屋面保溫層延續到女兒墻頂部，增加保溫層搭接長度，以減小熱橋產生的范圍。女兒墻部位安裝護欄，護欄通過 10 mm 厚的隔熱墊片與主體結構進行斷熱橋處理。

3.5 機電系統

各住宅樓每戶設置變頻多聯式空調系統，按照APF≥4.5 進行選型。各住宅樓每戶設置戶式全熱交換新風系統，新風機組風量可調節，其中標準風量滿足按戶總人數計算的人均 30 m3/h 需求，最大新風量滿足各房間同時使用需求。新風系統選用帶全熱交換、凈化、除濕等功能的機組，制冷工況焓效率達到 65% 以上，供熱工況焓效率達到70% 以上，新風系統的單位風量耗功率 ≤0.45 W/（m3/h）。

照明燈具采用高光效的節能 LED 燈具，各房間的設計照明功率密度按 GB 50034—2013《建筑照明設計標準》中不高于住宅目標值的 70% 進行設計。照明控制結合住宅建筑使用情況，戶內采用就地控制，以滿足住戶的個性習慣與個體差異性要求，走廊、樓梯間采用聲光感應控制，門廳、電梯廳采用就地控制并預留 BA 集中控制接口，車庫等公共場所的照明采用集中控制。

生活熱水采用太陽能熱水＋燃氣熱水爐的組合式熱水供應方式。太陽能熱水系統采用集中集熱分戶儲熱的系統形式，集熱器集中布置在各棟樓的屋面，太陽能板采用平板式，商品房按照每戶 2 m2進行設置，太陽能供熱不足的部分由各戶內的燃氣熱水爐提供。商品房按照 50% 戶數設計安裝太陽能熱水系統，燃氣熱水爐采用一級能效燃氣熱水爐。

3.6 能耗模擬分析

采用被動式低能耗建筑模擬分析軟件 PKPM-PHEnergy建立超低能耗建筑模擬分析，對建筑年供暖空調、照明、生活熱水、電梯一次能源消耗量進行模擬分析。

房間人員、設備、照明內擾參照《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》設置，見表 3 。

表3 房間人員、設備、照明內擾設置

按設置供暖和空氣調節計算。供暖期為 12 月 1 日到次年 2 月 28 日，空調期為 6 月 1 日到 8 月31 日。供暖空調系統的日運行時間如表 4 所示。

表4 供暖空調系統的日運行時間

設計建筑的人員逐時在室率、照明時刻開關表、電氣設備逐時使用率均參照JGJ/T 449—2018《民用建筑綠色性能計算標準》附錄 C 設置。見表 5～表 7。

表5 照明開關時間 單位：%

表6 人員在室率 單位：%

表7 設備使用率 單位：%

分析模型中建筑圍護結構熱工、多聯機系統、新風機組、電梯、太陽能熱水系統等參數均按設計參數設置。經模擬分析，各棟樓一次能源消耗量為 52.83～59.08 kWh/m2·a ，均滿足《上海市超低能耗建筑技術導則》（試行）的要求。

4 結 語

近年來，上海市大力推動建筑領域節能降碳，并出臺了多項政策標準推動超低能耗建筑發展。上海地區推動超低能耗建筑發展，應考慮其地理位置、氣象條件及居民生活習慣等多方面因素，選擇適宜的技術路線及策略。通過超低能耗建筑的設計實踐，為類似超低能耗居住建筑的設計提供相關經驗與借鑒。相信隨著技術的發展和政策的支持，上海地區建設超低能耗建筑的理念和實踐將得到快速的發展和應用。