上海市超低能耗住宅項目圍護結構設計策略探討

丁純

上海天華建筑設計有限公司 上海 200235

引言

上海作為一座超大城市，能源和環境矛盾日益突出，建筑能耗總量和能耗強度上行壓力不斷加大。推進建筑能效水平不斷提升，是上海實施綠色發展的必然選擇，也是建設生態之城的必由之路。為進一步推進本市超低能耗建筑的發展，提高建筑健康舒適水平和能源資源利用效率，近年來上海市住房城鄉建設管理委、市規劃資源局等部門接連發布了一系列的政策、指導文件等，在激勵政策的驅動下，上海市超低能耗建筑工程項目也呈現快速發展的勢頭。

本文以超低能耗住宅項目為例，分析圍護結構保溫性能（屋面保溫層厚度、外墻傳熱系數及外窗傳熱系數）對于建筑能耗的影響程度及典型冷熱橋部位達標的臨界條件，以期為后續超低能耗住宅項目的推廣提供一定的設計參考。

1 圍護結構保溫性能對于建筑能耗的影響

2019年3月，《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》（以下簡稱《導則》）提出，我市超低能耗項目屋面、外墻及外窗（透光幕墻）的傳熱系數等指標應根據性能化設計原則，通過建筑能耗計算確定，并應滿足其約束值要求。

圍護結構的保溫性能的增加，能使冬季供暖的負荷需求和能耗下降，但是夏季的供冷的節能效果也會帶來反向的負擔，加之經濟性或安全性的考慮等，其成本的投入和獲得的節能收益是否匹配也是需要關心的問題。本文基于被動式低能耗建筑模擬分析軟件PKPM-PHEnergy，對典型住宅模型進行實際測算，分析屋面、外墻及外窗保溫性能對能耗的影響程度，并給出實際項目指導性的結論或建議。

1.1 屋面保溫層厚度對于能耗的影響

1.1.1 測算原理及基本信息。不同住宅建筑產品，假定外墻及外窗傳熱系數相同的前提下，調整屋面保溫層（以XPS為例）的厚度，分析圍護結構能耗的減少值的變化，建筑產品基本信息見表1。

表1 建筑產品基本信息表（屋面保溫層厚度對于能耗的影響）

1.1.2 數據分析。

1.1.2.1 屋面傳熱系數在約束值及參考值間變化時，能耗的變化程度由高到低分別為：低層建筑＞多層建筑＞高層建筑[1]。

1.1.2.2 保溫厚度50～150mm時，能耗減少顯著；保溫厚度150～200mm時，高層建筑，能耗減少趨于平緩；低多層建筑能耗減少值亦有所減緩。

1.1.3 結論及建議。考慮能耗的變化規律、結構荷載及成本角度等因素，上海地區的高層住宅項目建議屋面保溫層的厚度控制在100～150mm之間，即屋頂傳熱系數控制在0.20～0.30W/（m2·K）之間，多低層建筑屋面保溫厚度可適當增加，但不建議超過200mm。

1.2 外墻傳熱系數對于能耗的影響

1.2.1 測算原理及基本信息。不同住宅建筑產品，假定屋面及外窗傳熱系數相同的前提下，調整外墻結構保溫一體化板中保溫層（以硅墨烯為例）的厚度，即實現外墻傳熱系數的變化，以分析圍護結構能耗減少值的變化，建筑產品基本信息見表2。

表2 建筑產品基本信息表（外墻傳熱系數對于能耗的影響）

1.2.2 數據分析。外墻保溫層厚度在130mm、135mm、150mm變化的過程中，能耗減少逐漸變緩，變化曲線見圖3。硅墨烯厚度130mm、135mm及150mm時，對應的外墻傳熱系數分別為0.40W/（m2·K）、0.38W/（m2·K）及0.35W/（m2·K）。

1.2.3 結論及建議。外墻傳熱系數的降低可一定程度的降低能耗值，但保溫厚度的增加，會帶來單位面積建造成本的增加（相比較常規項目，超低能耗建筑外窗及外墻的單位面積成本增量最大），外墻的安全性風險（反打、免拆模體系配套依據不健全）及得房率降低等問題。即外墻的傳熱系數設計在0.35～0.40 W/（m2·K）之間更加合適，若此范圍內仍不能滿足建筑節能保溫要求，則應該尋求更高效的保溫材料，而不是一味增加保溫層厚度。

1.3 外窗傳熱系數對于能耗的影響

1.3.1 測算原理及基本信息。

1.3.1.1 不同住宅建筑產品，假定屋面及外墻傳熱系數相同的前提下，調整外窗的傳熱系數，以分析圍護結構能耗的減少值變化。建筑產品基本信息見表3。

表3 建筑產品基本信息表（外窗傳熱系數對于能耗的影響）

1.3.1.2 不同住宅建筑產品，保證節能計算通過的前提下，外窗傳熱系數分別為1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）時，分析對應的外墻及屋面保溫厚度的變化。建筑產品基本信息為：高層（18F、體型系數0.36）；洋房（8F、體型系數0.38）；聯排（3F、體型系數0.57）；

1.3.2 數據分析。

1.3.2.1 外窗傳熱系數對屋面、外墻保溫厚度的影響程度：高層＞洋房＞聯排；外窗傳熱系數從1.8（W/m2·k）降至1.4（W/m2·k）時，能耗基本呈線性減少[2]。

1.3.2.2 外窗傳熱系數為1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）時，對應的外墻及屋面保溫厚度的變化見表4。

表4 外窗傳熱系數對屋面、外墻保溫厚度的影響程度

1.3.3 結論及建議。外窗傳熱系數的提高對于能耗的降低效果顯著，而且外窗傳熱系數按照1.8（W/m2·k）設計，用屋面及外墻的保溫去彌補是很難做到的。綜合考慮外窗傳熱系數對于能耗的影響及外窗的增量成本，常規項目建議外窗傳熱系數按照約束值1.4（W/m2·k）設計。

2 典型冷熱橋部位分析

女兒墻、陽臺板及空調板等熱橋部位進行保溫處理，是上海市超低能耗建筑區別于常規建筑的特點之一。但這些熱橋部位的保溫應處理到什么程度，并沒有量化的指標要求，設計及審查層面均有較大的困惑。

《民用建筑熱工設計規范》GB 50176-2016將圍護結構的節能設計目標分為不結露和基本熱舒適兩檔要求。其中圍護結構內表面不結露標準偏低，上海地區外墻按節能標準設置內、外主體保溫后，混凝土冷熱橋部位一般不會產生結露。本文將圍護結構基本舒適度作為冷熱橋處理量化分析的判定標準，保溫材料以XPS為例，分析了女兒墻、陽臺板及空調板處達標的臨界條件[3]。

2.1 女兒墻

經計算保溫高度應≥500mm，保溫厚度應≥10mm。實際項目建議女兒墻保溫高度應≥500mm，保溫厚度應≥20mm（考慮XPS等板材的最小應用厚度）。

2.2 外挑陽臺板、空調板

陽臺板上下均做保溫時，經計算保溫長度自主體外墻向外延伸長度應≥900mm，保溫厚度應≥10mm 。實際項目陽臺板上下板面均應考慮保溫，保溫厚度應≥20mm（考慮XPS等板材的最小應用厚度），若板下保溫采用反打或免拆模構造，保溫厚度一般為30mm～40mm。

3 結束語

上海地區提升屋面、外墻及外窗的保溫性能，使得冬季供暖的負荷需求和能耗下降，但是對于夏季供冷的節能效果不明顯，綜合考慮經濟性或安全性等因素，建議設計遵循《導則》中提出的“要保溫，但要適度”的指導原則，圍繞參考值展開設計。

冷熱橋部位的處理措施不宜低于《民用建筑熱工設計規范》GB 50176-2016基本熱舒適的要求，實際項目應結合項目自身特點、保溫材料參數性能及應用厚度等選擇合理、安全的冷熱橋處理措施。