裝配式低能耗建筑在夏熱冬冷地區(qū)中的應用
——麗水經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項目

作者：王紀來 上海城建建設實業(yè)(集團)有限公司 高級經(jīng)濟師

賴躍 上海城建建設實業(yè)（集團）有限公司 工程師

1.前言

我國是能耗大國，能源短缺已成為影響我國社會經(jīng)濟發(fā)展的突出問題。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進程的加快以及人們對居住環(huán)境質(zhì)量要求的提高，社會對能源的需求和消耗變得越來越大，而其中的建筑能耗的增加顯得尤為突出。2020 年，我國建筑運行能耗達到了全社會總能耗的21%，建筑節(jié)能成為緩解我國能源緊缺的重要措施之一，是建設生態(tài)文明、實現(xiàn)綠色低碳的重要途徑。發(fā)達國家的長期實踐表明，裝配式建筑和低能耗建筑能夠有效提高建筑能效水平，提升建筑功能品質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展前景。

裝配式建筑將大量的現(xiàn)場施工作業(yè)轉(zhuǎn)移到工廠進行，能夠提高勞動生產(chǎn)效率、節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升建筑工程質(zhì)量安全水平，是實現(xiàn)資源、能源可持續(xù)發(fā)展的有效建造方式。低能耗建筑，其特點是在顯著提高室內(nèi)環(huán)境舒適度的同時，大幅減少建筑使用能耗，降低對主動式機械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴。

2016 年，《中共中央、國務院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》（中發(fā)〔2016〕6 號）中提出發(fā)展新型建造方式，大力推廣裝配式建筑，力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達30%；推廣建筑節(jié)能技術(shù)，鼓勵發(fā)展被動式房屋等綠色節(jié)能建筑。2017 年，住建部出臺的《“十三五”裝配式建筑行動方案》中強調(diào)裝配式建筑要與綠色建筑、超低能耗建筑等相結(jié)合，鼓勵建設綜合示范工程。正是在這種大環(huán)境下，裝配式建筑和低能耗建筑走上了我國建筑節(jié)能領域發(fā)展的前沿，成為降低建筑能耗的主要解決手段。

圖1.各月平均氣溫變化（2009-2018）【數(shù)據(jù)來源于中國天氣網(wǎng)】

圖2.各月平均濕度變化（2009-2018）【數(shù)據(jù)來源于中國天氣網(wǎng)】

本文以位于夏熱冬冷地區(qū)的麗水為典型研究區(qū)域，根據(jù)麗水的氣侯特征和建筑能耗情況，結(jié)合我司在麗水打造的第一個裝配式低能耗建筑—麗水經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項目，對裝配式低能耗建筑的建筑設計、建造技術(shù)建筑性能等各方面進行介紹。

2.麗水地區(qū)氣候及建筑能耗特點

2.1 氣候條件

麗水地區(qū)為典型的夏熱冬冷氣候，需考慮冬季供暖和夏季制冷，故隔熱與保溫均應考慮。夏季潮濕也是麗典型特征之一，在6 至9 月有較為明顯的除濕需求。

2.2 建筑能耗優(yōu)化理念

圖3 為典型夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗分布圖，描述了普通新建建筑中各個月份建筑能耗需求情況。灰色帶表示的是室內(nèi)舒適度需要的溫度區(qū)間（20～26 攝氏度），紅色區(qū)域表示的是冬季需要將室內(nèi)溫度控制在灰色舒適區(qū)域所消耗的采暖能耗，藍色區(qū)域表示的是夏季需要將室內(nèi)溫度控制在灰色舒適區(qū)域所消耗的制冷能耗。其中，3～4 月和9～10 月的區(qū)段，既無紅色區(qū)域，也無藍色區(qū)域，表示在該季節(jié)，建筑不需要任何能量補充，便可以滿足室內(nèi)溫度要求。

圖3.典型夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗分布圖

結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)建筑能耗情況，根據(jù)被動式建筑節(jié)能理念對各個月份的建筑能耗進行優(yōu)化，如圖4 所示。同圖3 相比，不需要能量補充（紅色和藍色區(qū)域）的區(qū)間已經(jīng)被大大拉長，這表示經(jīng)過優(yōu)化的建筑，可以在全年大部分時間內(nèi)不需要額外的能量補充即可以滿足室內(nèi)的溫度要求，只有在冬、夏極端氣候條件下，需要少量的能量補充來滿足室內(nèi)的溫度要求。

圖4.基于被動式建筑節(jié)能理念的建筑能耗優(yōu)化

2.3 建筑能耗影響因素分析

圖5 為典型夏熱冬冷地區(qū)夏季、冬季建筑能耗影響因素分布圖。由圖可見，在夏季，50%的能耗損失由圍護結(jié)構(gòu)傳熱引起，在冬季，約30%的能耗損失由空氣滲漏引起。故為了降低能耗，建筑所考慮的優(yōu)化元素應包括建筑物體形、窗墻比、朝向、建筑外維護結(jié)構(gòu)（包括外墻、屋頂、門、窗）建筑自遮陽、空調(diào)系統(tǒng)熱回收等。

圖5.典型夏熱冬冷地區(qū)夏、冬季空調(diào)能耗的影響因素

圖6.正面效果

圖7.鳥瞰效果

圖8.建筑實況

圖9.預制構(gòu)件拆解示意

圖10.標準層結(jié)構(gòu)平面

圖11.內(nèi)部大空間

圖12.大跨度預應力雙T 板應用

圖13.施工實況

圖14.DG-700 系統(tǒng)主要部件

圖15.JTNT-C 型建筑圍護結(jié)構(gòu)檢測儀

圖16.建筑外墻外表面紅外圖譜（本項目與周邊普通建筑的對比）

3.項目概況

麗水經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新綜合體項目（下稱“項目”）總建筑面積41373 平方米，其中地上建筑面積28716 平方米，地下建筑面積12657 平方米，建筑密度33%，容積率2.8，綠地率20%，建筑高度58.3 米。主樓為地上14 層，裙房為地上4 層，在3 層與4 層通過空中連廊連接，地下為二層整體式車庫。

為了體現(xiàn)“前瞻性”、“引領性”、“示范性”，響應國家“碳達峰”、“碳中和”的戰(zhàn)略目標，本項目在建筑方案設計時，對裝配式建造和建筑節(jié)能進行了充分的考慮，目前已成為當?shù)匮b配式低能耗建筑的典范。

3.1 方案設計

項目位于石牛路與吳垵路交匯點東北側(cè)，西側(cè)石牛路為主要交通干道，是人流與車流的主要來向。新建地塊基地整體呈L 型，西側(cè)沿石牛路方向開設主要出入口。基地西側(cè)有優(yōu)越的山體景觀資源，可為高層塔樓提供絕佳的景觀視線。基地南側(cè)與周邊場地有較大高差，設計為景觀堆坡，同時開設地下車庫平進出入口。

建筑功能方面，針對項目的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)服務綜合體的特點，凸出體驗化、生活化、聚集性的理念。通過園林景觀、智能化、綠色建筑等各方面的設計，打造生態(tài)節(jié)能且高舒適性的建筑使用環(huán)境。整體的立面造型體現(xiàn)簡約、大氣、整體的效果。

3.2 結(jié)構(gòu)特點

（1）主樓采用裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要預制構(gòu)件包括預制剪力墻、預制框架梁及連梁，預制預應力空心樓板、預制鋼筋桁架疊合樓板、預制樓梯、預制女兒墻等，其中外剪力墻采用了新型門窗主框預埋的裝飾造型一體化清水預制承重墻板。裙房采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系，主要預制構(gòu)件包括預制框架柱、預制框架梁、預制外掛墻板，預制次梁、預制預應力空心樓板、預制鋼筋桁架疊合樓板、預制樓梯、預制女兒墻等，其中外掛墻板立面造型與主樓完全一致，設計及構(gòu)造上采用了非承重的形式。項目主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件及水平構(gòu)件預制部件的應用比例均超過80%，裝配率達到84%。

（2）主樓標準層為42＊42 米標準化裝配式建筑模塊，采用用12 米大跨度預應力空心樓板，整體空間無梁無柱，可對室內(nèi)空間進行任意功能模式的自由組合。

內(nèi)外筒之間由于采用大跨度預應力空心樓板，實現(xiàn)無梁樓蓋，增加建筑凈高要求；內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)隔墻，實現(xiàn)后期使用自由分隔需求。

（3）空中連廊突破性地采用了預制先張法預應力雙T板跨度為20 米。是“大跨度預應力雙T 板”于公共建筑中的首次應用。不論在設計、生產(chǎn)還是施工，此次實踐均達到一定難度。

3.2 施工優(yōu)勢

通過工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件，提升構(gòu)件質(zhì)量及安裝質(zhì)量。采用高度機械化的作業(yè)，有效提升施工效率，大幅降低人力成本，降低工人勞動強度。標準層平均6 天可完成一層。同時，施工現(xiàn)場規(guī)范化、程序化，無內(nèi)外粉刷，濕作業(yè)極少，基本不產(chǎn)生建筑垃圾，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢尤為突出。

（1）無外腳手架施工：通過外墻整體預制并巧妙設計的后澆段做法省去了外墻外模板，僅采用隨預制構(gòu)件逐層爬升的安全防護架。

（2）樓板無底模施工：通過應用密拼預應力空心板及密拼鋼筋桁架疊合樓樓板，樓板不再設置后澆段，節(jié)省了底模施工作業(yè)。

（3）無內(nèi)支撐架施工：通過在內(nèi)外預制墻體上設置牛腿，預應力空心樓板設計時考慮施工階段無支撐驗算，實現(xiàn)室內(nèi)無架施工。

（4）豎向構(gòu)件少撐施工：對于內(nèi)剪力墻中部及框架柱角部設置鋼筋螺栓連接構(gòu)造，吊裝就位后現(xiàn)行進行螺栓固定施工，使墻柱增加了固定支點，減少支撐作業(yè)量。

（5）雙T 板退臺吊裝技術(shù)：空中連廊區(qū)域空間狹小，構(gòu)件尺寸及自重大，吊車作業(yè)面小。采用從北向南逐步后退分別吊裝三層及屋面雙T 板的方法，僅用2 個吊車站位完成整個雙T 板吊裝作業(yè)。

（6）空中連廊無支撐施工：空中連廊由雙T 板及預制部分預應力框架梁兩種構(gòu)件組成，其中雙T 板為全預制構(gòu)件，與兩側(cè)主梁牛腿擱置焊接連接。預制部分預應力框架梁為疊合受力構(gòu)件，與兩側(cè)框架柱在吊裝時采用分別預留的H 型鋼連接件通過高強螺栓連接，通過預制段中的預應力鋼筋滿足施工荷載工作并保證其在施工階段不產(chǎn)生下?lián)稀Ｍㄟ^以上構(gòu)造達到了無支撐施工的要求，節(jié)省下部近20 米高的滿堂腳手架設置。

3.2 節(jié)能優(yōu)化

（1）全面采用節(jié)能門窗系統(tǒng)，通過提升門窗系統(tǒng)的光學性能、熱工性能和密封性，從而達到節(jié)能的效果。本項目整窗傳熱系數(shù)達到1.60W/m2.K，遠優(yōu)于國家現(xiàn)行標準，極大的提升了建筑的整體能耗水平。據(jù)初步分析，相較于普通建筑，單節(jié)能門窗系統(tǒng)在熱工參數(shù)上的提升，就可使建筑能耗（用電量）減少16%左右。

（2）高氣密性設計處理。夏季，氣密性差造成外部濕熱空氣滲入室內(nèi)，增加制冷能耗，同時有結(jié)露，發(fā)霉的風險，影響房屋使用功能及壽命；冬季，室內(nèi)外空氣溫差大，冷風滲透造成的熱量損失增加了供暖能耗。因此，氣密性能的好壞直接影響建筑的整體節(jié)能水平。本項目所有構(gòu)造節(jié)點（拼縫、穿墻管，門窗節(jié)點等）在深化設計中均做封堵設計。

（3）基于裝配式結(jié)構(gòu)的斷橋節(jié)點處理。預制墻板及構(gòu)件拼裝節(jié)點，門窗安裝節(jié)點，進出建筑物的管道，外圍護結(jié)構(gòu)的保溫層確保連續(xù)完整，采用無冷橋處理技術(shù)，避免室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象。

（4）創(chuàng)新性地將混凝土外墻板與鋁合金固定窗框、微通風窗開啟扇、開啟扇遮擋板和通風通道整體澆筑、一體成型。該體系擁有裝配式建筑的施工便捷、大尺寸無格擋窗帶來良好的視野和透光等優(yōu)點，既滿足建筑及暖通設計中自然通風需求，也使建筑立面簡潔完整，實現(xiàn)建筑降低碳排放目的的同時，也提高了室內(nèi)舒適性，享有“會呼吸的幕墻”之美譽。同時，采用微通風形式，大幅縮短空調(diào)使用季，顯著降低春、秋過渡季節(jié)的建筑能耗。

4.建筑性能測試

通過對熱環(huán)境綜合指標、建筑外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)、整體氣密性、建筑物耗冷量指標的測試分析該項目節(jié)能效果。

4.1 整體氣密性

整體氣密性測試采用DG-700 氣密性測試系統(tǒng)，主要包括明尼阿波利斯鼓風門系統(tǒng)（3 型）、DG-700 數(shù)字式壓力表、風扇控制器、TECTITE 軟件及其他相關(guān)配件。

整體氣密性測試采用負壓檢測法。負壓檢測是指通過鼓風機朝房間外鼓風，使得房間內(nèi)壓力下降，從而使房間內(nèi)外產(chǎn)生壓力差的一種檢測方法，其優(yōu)點是受外界干擾小，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

實測標準層單層平均每小時換氣次數(shù)0.35，優(yōu)于被動房0.6 的設計要求，建筑整體氣密性能優(yōu)異。

4.2 外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測采用國產(chǎn)JTNT-C 型建筑圍護結(jié)構(gòu)檢測儀，包括熱流計、溫度傳感器等有關(guān)配件。

實測外墻墻體內(nèi)、外表溫度及對應位置熱流，計算得出傳熱系數(shù)為0.335，與外墻理論傳熱系數(shù)0.35 接近，墻體的實際保溫隔熱能力優(yōu)異。

紅外觀測建筑外墻，無明顯色溫差異，建筑整體的氣密性、保溫隔熱性優(yōu)異，蓄熱能力強。

4.3 溫度場

采用JTNT-C 型建筑圍護結(jié)構(gòu)檢測儀記錄圍護墻、板內(nèi)表面溫度，溫濕度記錄儀室內(nèi)空氣溫度。通過下載儀器中記錄存儲的數(shù)據(jù)，查看溫度歷史數(shù)據(jù)和曲線，統(tǒng)計不同時間段的各個檢測點的溫度差值，從而判定溫度場的分布情況。

在外部氣溫39℃，無暖通系統(tǒng)，門窗關(guān)閉的情況下，所有檢測點溫度差均不大于2C°，室內(nèi)溫度場穩(wěn)定、均勻，室內(nèi)熱輻射少，舒適度高。

5.總結(jié)

（1）裝配式低能耗建筑結(jié)合了裝配式建筑和低能耗建筑二者的優(yōu)勢，能夠很好滿足夏熱冬冷地區(qū)苛刻的氣候條件，有效提高建筑建造及運營全過程能效水平，提升建筑功能品質(zhì)。

（2）大開間、可自由分隔的預制結(jié)構(gòu)體系，使得同一建筑內(nèi)滿足不同的功能需求成為可能。根據(jù)功能的不同，可通過節(jié)能門窗系統(tǒng)、新風空調(diào)系統(tǒng)等的合理配置，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，以更少的能源消耗提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。

（3）裝配式低能耗建筑符合我國建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向，對推進我國綠色建筑、綠色施工的發(fā)展具有重要的促進作用，對于新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如部件和配套件的生產(chǎn)、全裝修材料的生產(chǎn)、生產(chǎn)部件和配套件的裝備設備的生產(chǎn)、構(gòu)件運輸物流業(yè)、建筑“互聯(lián)網(wǎng)+”、建筑信息化等也有極大的推動作用。