基于超低能耗目標的建筑設計管理要點及應用探索
—— 以臨平紅豐小學為例

錢喬峰

為應對日益嚴峻的全球氣候變化和能源危機，我國在第75 屆聯合國大會上提出，力爭2030 年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和目標。2021年，國務院印發了《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確提出要提升城鄉建設綠色低碳發展質量，促進城鄉建設和管理模式低碳轉型，積極發展節能低碳建筑，加快優化建筑用能結構。

中國的建筑節能始于1980 年代，遵循“建筑節能-綠色建筑-超低能耗和零能耗建筑”的發展路線，穩步提升建筑節能水平。目前，發展超低能耗建筑已經成為實現“雙碳”目標的重要途徑。全面推行超低能耗建筑是我國建筑節能事業未來發展的必然選擇[1]。

1 超低能耗建筑概述

超低能耗建筑是指根據當地的氣候特征和自然條件，采用保溫隔熱性能和氣密性更高的圍護結構，應用高效新風熱回收技術，充分利用可再生能源，并滿足綠色建筑基本要求的建筑。此建筑能夠最大限度地降低供暖供冷需求，以更少的能源消耗提供舒適的居住環境。根據《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019）的規定，超低能耗建筑的能耗水平應比《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2015）中的要求降低50%以上。

2 超低能耗建筑設計過程中出現的問題

超低能耗建筑的建設，經歷從設計到施工再到運行的全生命周期過程。超低能耗建筑設計是基礎性的核心工作，對設計核心問題的把控和對各相關方的體系化管理，會在很大程度上影響設計方案的合理性和設計圖紙的有效性。超低能耗建筑的設計理念與普通節能建筑的設計理念存在很大差異，導致設計過程中出現各種問題。

2.1 設計目標不明確，盲目套用設計標準

中國橫跨多個氣候分區，導致各個地區對超低能耗建筑的指標要求不一致。而且因超低能耗建筑的發展水平有差異，許多省市制定了專門的設計標準。例如，山東省發布了《被動式超低能耗居住建筑節能設計標準》（DB37/T 5074—2016），北 京 市 發布了《超低能耗居住建筑設計標準》（DB11/T 1665—2019），河北省發布了《超低能耗居住建筑節能設計標準》（DB13（J）/T8503—2022）。因此，在項目設計過程中，經常出現目標設定和標準套用錯誤的問題。

2.2 設計單位能力不充足，無統籌優化意識

超低能耗建筑的設計邏輯與傳統節能建筑不同，它受到建筑能耗指標和室內環境指標的雙重限制。傳統設計院因技術能力受限，難以落實超低能耗建筑的指標體系和技術方案，無法站在全局角度來論證和優化超低能耗建筑設計方案[2]。

2.3 各專業設計介入滯后，技術體系不合理

超低能耗建筑設計涉及建筑選址、朝向、外圍護結構、外門窗、冷熱橋處理、氣密性、可再生能源利用等。在實際項目中，超低能耗設計介入的時間晚于項目方案設計階段，導致項目在初步設計階段或施工圖設計階段，被迫采用不合理的技術，彌補方案階段的缺陷，拉高成本的同時又無法達到應有的節能效果。

2.4 方案優化不到位以及設計節點不細致

在超低能耗建筑設計階段，需考慮氣候特點和地方習慣，通過分析能耗指標、室內光環境、聲環境和自然通風氣流組織等，優化建筑方案和空間布局。但一些超低能耗建筑的設計人員在設計過程中過于追求建筑表現效果，不考慮性能要求，未按照建筑功能分區進行聲環境、光環境和風環境優化。還有部分設計人員在施工圖階段，對于關鍵節點的處理，只是簡單采用圖集中的通用節點，而未結合項目實際情況進行有針對性的優化設計[3]。本文以紅豐小學為例，聚焦超低能耗建筑設計管理，從項目前期階段、設計階段和申報階段入手，分析超低能耗建筑設計的流程與方法。

3 超低能耗建筑設計管理要點及應用—臨平紅豐小學

3.1 項目概況

項目位于浙江省杭州市臨平區國家級經濟技術開發區南部，為一所36班的普通完全小學，總用地面積為3.1 萬m2，規劃建筑面積為4.7 萬m2，其中地上建筑面積為3 萬m2，地下建筑面積為1.7 萬m2。此學校包括教學綜合用房、科技創新實驗室、校門以及車庫人行出入口等單體建筑。

3.2 項目前期準備階段

3.2.1 確認設計目標

接到設計任務后，應立刻確認超低能耗設計目標和相關的設計要求。對于集多種設計目標于一體的項目，需要統籌考慮多項標準要求，通過集成優化和多體系統籌配合，以最小的代價實現多個設計目標[4]。

紅豐小學項目按綠色建筑三星級標準設計，無裝配式建筑要求。根據《杭州市臨平區住房和城鄉建設局關于下達落實臨平區2022 年建筑節能與綠色建筑任務的通知》的要求，本項目列入2022 年超低能耗建筑計劃，應于2025 年底前獲得標識認證，認證面積不得少于1.5 萬m2。在杭州市綠色建筑與建筑節能示范項目集中審查會議上確定，將紅豐小學教學綜合用房（建筑面積約29672 m2）作為超低能耗示范面積進行申報和推進設計。

3.2.2 組建工作團隊

超低能耗建筑設計技術體系是否合理會影響項目的推進，在制訂設計技術體系時，應考慮在項目投資造價、施工難易程度、施工周期是否可控及后期使用與運維是否便利等情況。

技術體系的制訂對設計單位專業性的要求較高，因此該工作通常選擇專業的咨詢機構或測評機構來協助主體設計院共同完成。紅豐小學在設計之前，通過考察和公開招標，選擇某設計研究院作為超低能耗咨詢單位，配合建設單位和主體設計院，進行超低能耗建筑技術方案的策劃、論證和標識認證工作。

3.2.3 劃分工作職責

項目工作團隊初步組建后，通過合同和會議的方式，明確各單位的工作職責，并形成會議紀要，確保后續工作的順利進行，具體為：

1）建設單位主要進行建筑設計管理工作，負責編制設計任務書，提供設計所需的項目基礎信息資料，下達工作計劃節點，組織設計過程中的審核和技術交底，確認設計階段性成果，協調各方以保證設計工作順利推進。

2）主體設計院根據咨詢單位的方案策劃和建議，確定超低能耗基本方案，完成方案設計、初步設計和施工圖設計，并在其中落實超低能耗技術措施和節點做法等，保證設計滿足超低能耗指標參數和能耗標準。

3）超低能耗咨詢單位在方案階段通過模擬計算提出優化建議，并輔助主體設計院確定規劃和建筑方案。在初步設計階段，通過模擬軟件論證并確定圍護結構等的關鍵性能參數、空調系統以及可再生能源利用方案。在施工圖階段，輔助主體設計院在圖紙上落實超低能耗技術措施和節點做法，并監測和計量建筑能耗及室內環境參數。

3.2.4 論證成本指標

學校作為政府投資項目，會受到成本限額指標的約束。滿足超低能耗建筑的設計要求，勢必會增加項目的建設成本。設計要求與成本限額的矛盾需要在可行性研究和成本估算階段加以解決。

在可行性研究申報階段，建設單位提出申請，由政府相關部門組織召開估算指標論證會，主體設計院和超低能耗咨詢單位共同匯報紅豐小學的超低能耗指標測算、具體做法、造價構成以及類似項目的造價指標情況。最終審議通過本項目的超低能耗增量指標為按照項目總建筑面積計算不超過580 元/m2。至此，項目前期準備階段的設計管理工作基本完成，明確了設計目標、工作團隊與職責以及造價控制指標。

3.3 項目設計階段

超低能耗建筑技術分為被動技術、主動技術和替代技術。以氣候適應性建筑方案的被動技術作為超低能耗設計的基石，優先采用高性能維護結構的被動技術，再輔以主動技術，尋找可再生能源替代，應為超低能耗設計的基本策略。其中，氣候適應性建筑方案屬于方案設計階段的設計內容，其他3 項為初步設計和施工圖階段的內容。

3.3.1 方案設計階段

紅豐小學的方案設計采用主體設計院與咨詢單位對接協同的模式。咨詢單位根據地塊所在的地域環境、氣候特點、區位和規劃控制指標等基本信息，提出關于結構形式、建筑朝向、體型系數及窗墻比等的建議。主體設計院在設計方案中落實咨詢單位提出的建議，并交由咨詢單位確認，或提出修改意見。

在方案設計階段，要求主體設計院在滿足常規建筑規范和規劃指標的前提下，充分考慮超低能耗建筑充分利用自然環境的要求，要求咨詢單位進行建筑室內風環境和光環境的模擬計算，優化方案的開窗位置、窗墻比和建筑入口位置等。最終確定本項目采用行列式布局，主要教學用房布置為南北朝向，南向外墻以連續的外走廊遮陽，體形系數為0.32，窗墻比為0.2。因此紅豐小學在方案設計階段比普通建筑多花費5 ～10 d。的替代技術。

由于需要進行超低能耗指標模擬計算以及方案對比、論證和優化，紅豐小學初步設計階段的設計周期明顯增加，為10 ～15 d。此階段的質量控制關鍵點在于要求咨詢單位通過方案比選和優化，確定科學合理的超低能耗指標體系，劃分建筑氣密區域范圍，明確超低能耗建筑的基礎參數，確定部品和設備的性能參數與數量。

3.3.2 初步設計階段

紅豐小學的設計方案確定后，要求主體設計院將設計成果提交給咨詢單位，由咨詢單位從累計供冷需求、累計供熱需求、冷負荷、熱負荷、一次能源消耗量、室內溫度以及地塊資源等多個維度，確定項目的設計指標參數、能源形式、系統方案及末端系統形式[5]，具體為：

1）組織咨詢單位圍繞建筑能耗和室內環境指標，通過能耗模擬軟件進行設計方案的定量模擬分析計算，以初步確定建筑的指標參數。在此過程中，必須充分考慮建筑的整體造價，結合相關部品和材料的價格，確定性價比較高的指標體系，如表1 所示。經核實，紅豐小學的屋面、外墻、挑空樓板以及外門窗的熱工性能均高于省標節能標準，基本符合超低能耗建筑的推薦值。通過能耗綜合計算，設計方案滿足超低能耗節能率的要求。

表1 紅豐小學圍護結構的熱工性能

2）進行無熱橋專項方案設計。無熱橋專項設計是要加強圍護結構中潛在熱橋構造的保溫和隔熱，以降低此部位的熱流通量。無熱橋設計要求圍護結構的保溫層連續。但是本項目為學校建筑，采用了大量的外挑樓板和外挑樓梯，無法使用全覆蓋連續保溫層，因此創新性地采用了“內保溫削弱熱流強度”的方式[6]。經過模擬計算，采用此方式能夠滿足無熱橋要求，如圖1 所示。

圖1 紅豐小學外走廊熱橋模擬計算效果（來源：作者自繪）

3）明確超低能耗建筑的氣密區域，并在建筑平面和剖面中做出相應標注。氣密區域的劃分方法會在一定程度上影響指標參數的制訂、施工難度和項目造價。例如，紅豐小學位于氣密區的門窗應滿足《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350—2019）的要求，采用“三玻兩腔”構造，而非氣密區門窗按照現行的節能標準要求選擇即可。紅豐小學教學樓標準層氣密區域示意圖，如圖2 所示。

圖2 紅豐小學教學樓標準層氣密區域示意圖（來源：作者自繪）

4）選擇超低能耗建筑技術。根據本項目的造價限額指標和臨平區對政府投資項目應用太陽能光伏能源的支持性文件，確定紅豐小學使用高能效空調設備、新風熱回收系統、節能燈具、室內環境檢測系統、建筑能耗檢測系統、設備監測系統以及智能照明系統的主動技術，同時采用太陽能光伏發電系統和空氣源熱泵熱水系統

3.3.3 施工圖設計階段

在施工圖設計階段，主體設計院各專業按照設計任務書的要求完成深化設計，將初步設計階段明確的超低能耗措施和要求落實在施工圖圖紙上，設計內容為：第1，確定最終的氣密區域。第2，落實關鍵節點的設計大樣，包括保溫、防水、氣密以及熱橋處理等內容。在做法描述上，明確選材類型、性能和厚度等參數（圖3）。第3，為保障超低能耗建筑的質量，采取防潮和降噪等關鍵措施，如暖通空調的降噪減震等。第4，明確光伏設備和空氣源熱泵的設置空間與設備基礎等。由咨詢單位基于施工圖進行模擬測算，確定最終的超低能耗技術指標，并協助主體設計院編制節能評估報告，以滿足施工圖審查需求。經計算，紅豐小學的綜合節能率達到82.5%。

圖3 紅豐小學部分超低能耗大樣節點（來源：作者自繪）

在施工圖設計階段，由于超低能耗建筑的要求，對外墻節點和穿孔部位進行了特殊深化設計，對機電系統進行了額外工作。同時，對于具體節點的做法，主體設計院與咨詢單位進行了多輪討論，以尋找既滿足各類規范又經濟合理的材料以及做法，導致紅豐小學的施工圖設計周期增加了15 ～20 d。

質量控制方面：第1，梳理關鍵節點的類型，常見節點可以參照設計圖集，特殊節點要充分結合項目特點進行優化；第2，要落實節點做法，明確材料的尺寸、厚度、深度、性能及施工工藝[7]，保證超低能耗設計圖紙的完整性和可施工性。

3.4 項目申報階段

施工圖編制完成后，由建設單位組織進行超低能耗標識證書申報，分為3 個步驟—第三方測評機構初審并編制申報書、專家審查會審查和中國建筑節能協會終審并頒發標識證書。第三方測評機構需要按照《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350-2019）編制測評報告，選擇符合要求的測評軟件，確保數據公正、客觀。在專家審查會階段，需要邀請建筑設計、土木工程、建筑物理、暖通空調、可再生能源、建筑電氣以及建筑智能化等專業的專家。如果要進行綠色建筑運行標識的評審，則需要額外邀請檢測計量專業的專家。由于《中國建筑節能協會近零能耗測評管理辦法》規定，測評工作是面向中國建筑節能協會會員單位展開的，因此需要申請加入中國建筑節能協會并成為會員，才能具備申請設計、施工和運行標識的資格。經過層層審查，紅豐小學于2023 年10月完成超低能耗建筑測評項目公示，于同年11 月取得超低能耗建筑設計標識證書。

4 結語

我國超低能耗建筑的規模化建設和推廣勢在必行。超低能耗建筑與傳統節能建筑的差異促使各專業從設計啟動期便介入工作。基于超低能耗建筑設計的種種問題，本文提出了超低能耗建筑項目的設計管理方法，從項目前期、項目設計和項目申報3 個階段入手，以紅豐小學為例，詳細分析了項目團隊組建、方案設計、初步設計及施工圖設計等方面的設計管理要點，提出了工作進度推進和質量保證的關鍵要素，以期為超低能耗建筑設計提供借鑒。