寒冷地区超低能耗建筑设计实例分析

寒冷地区超低能耗建筑设计实例分析

尹志芳刘月

北京建筑材料科学研究总院有限公司北京市100041

摘要：超低能耗建筑是以优良的外围护系统、高效的热回收新风系统、通过无热桥设计保证建筑良好的气密性，通过可再生能源利用减少能源消耗，并提供舒适室内环境的建筑。在寒冷地区，冬季采暖能耗在全年能耗中往往占有很高的比例，而超低能耗建筑能够通过优良的外围护结构以及系统的无热桥设计，提高建筑围护结构的保温性能，同时充分利用建筑内部得热，设计新风热回收系统，充分利用室内余热从而降低建筑冬季采暖能耗。本文结合超低能耗建筑设计实例，分析各系统特点及设计要求，可以为寒冷地区超低能耗居住建筑的设计提供参考。

关键词：超低能耗；高效保温围护结构；无热桥设计；能耗模拟

1、建筑概况

本项目坐落于河北省唐山市丰润区，属于寒冷B区。超低能耗样板间建筑面积215.4m2，地上一层，一梯两户，分左右对称，南北通透，每户约107.15m2。项目户型呈追字型，南北实际长度为14.6m，东西宽7.75m，体形系数0.59。各户型包括三室两厅一厨一卫，北侧有三个窗户，分别在厨房、客厅及书房，南侧两扇窗户，分别位于主卧与阳台南侧。

2、建筑设计方案

超低能耗建筑的设计方案包括外围护结构、新风热回收系统以及细部无热桥设计、能源及室内环境监测系统设计等。在寒冷地区，外围护结构的保温性能对实现超低能耗建筑的要求极为重要，在本项目中采用了两种外墙系统方案：一种采用加气墙板，另一种采用钢边框大板。

2.1外墙系统

（1）外墙采用加气墙板：

加气墙板外墙采用150mm厚板材+220mm厚挤塑聚苯板，聚苯板分两层安装，层间设岩棉防火隔离带处理。满足超低能耗外墙K值要求计算如下：

150mm厚外墙ALC板+220厚挤塑聚苯板保温传热系数计算：

B05级砂加气ALC板材导热系数检测值0.11w/(m?k)；

加气板材，修正系数可取1.15；

挤塑聚苯板导热系数0.03w/(m?k)，选用厚度150mm，修正系数取1.15；

内外换热系数0.158w/(m2?k)；

K值计算式：K=1/{0.158+0.15/（0.11*1.15）+0.22/（0.03*1.15）}=0.13

计算所得K值为0.13w/(m2?k)；满足超低能耗建筑外墙设计要求。

板与板之间缝隙安装时采用专用粘接剂挤实（饱和度不小于80%），外打胶密封，外侧再进行嵌缝剂嵌缝封堵，外饰面装修时建议采用专用抹灰砂浆进行抹灰，厚度3~5mm封闭板材表面气孔，同时达到墙面气密性要求。

加气板材的连接方式，外墙采用钢管锚方式进行安装，内墙板采用上下U型卡进行安装。

（2）外墙采用钢边框大板：

板材总厚度380mm，自外而内分别为10mm皮料（水泥砂浆）、220mm石墨聚苯板、15mm皮料（水泥砂浆）、120mm砂浆聚苯颗粒芯料、15mm皮料（水泥砂浆），苯板以下为厚度150mm的钢边框板，钢边框宽度140mm。

钢边框板分为墙体部位和围护部位，墙体部位包含钢边框板和保温层，围护部位只包含保温层以及上下各10mm皮料保护层，按照墙体部位和围护部位面积比例9:1计算，板材的传热系数为0.142w/(m2?k)。

自保温板材共分为两部分：1.墙体部分；2.围护部分（含钢边框），其中墙体部分按照占总面积90%计算，围护部分按照10%计算。分别对围护部分和墙体部分分别计算热阻和传热系数，综合钢边框大板传热系数计算如下：

表2.1墙体传热系数计算

注：（1）板材内、外表面换热阻未考虑在内；

（2）钢边框部位热阻较低，将其纳入围护部分计算，且未考虑其热阻数值；

2.2新风系统

本项目建筑套内面积80平米，换气次数取0.5次/h，计算新风量120m3/h；冷负荷取20w/m2，计算负荷1.6kW。

设备选型为康舒家CHM120CA26H00R(L)S00，设备安装在厨房，吊顶内6面都铺贴50mm厚的消音棉。主卧、次卧、书房各布置1个直径100的圆形风口，风量80m3/h；客厅布置一个200*120mm的方形百叶风口，风量160m3/h；

卫生间及餐厅位置各放置1个直径100的圆形排风口，风量60m3/h；循环风口250*160mm方形百叶，风量280m3/h；放置在入户玄关位置处；厨房补风与设备新风共用一个引风口，厨房补风为300*300电动方形百叶风口；设备室外侧管道保温厚度为50mm，室内送风管道保温厚度为20mm。

2.3能源监测

根据《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）》及《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2016相关要求，本项目中超低能耗监测系统中的能耗监测系统包括供电监测和用能监测两大功能。

其中的供电监测指的是国家电网的电力对房间的供电网络，即AW源供电网络（简称为房间总计量）；而用电监测指的是配电箱内的8个用电回路。设计采用：照明电能耗为1路总计量，BM-63/C16/1P的照明回路1路；动力电能耗分常规动力与专用动力区，常用动力区包含的回路为BMN-40L/C16/30mA插座回路2路与BMN-40L/C16/30mA遮阳帘接收器电源回路1路，共计3个回路。专用动力区包含的回路为：BMN-40L/C20/30mA厨房专用插座回路1路、BMN-40L/C20/30mA主卫生间插座回路1路、BMN-40L/C20/30mA太阳能热水器专用回路1路，共计3个回路。空调电耗为1路总计量，主要为BM-63/C20/1P新风空调系统回路1路。

以上能回路计量设备采用专用的基于RS-486通讯协议的智能远传单相直入式电表。根据设计规范与设计要求，能耗监测子系统对房间的用电进行了分类分项，把用用电类型分为照明用电能耗、动力用电能耗、空调用电能耗等三个分项，其中动力用电能耗分为常规动力用电能耗与专用动力用电能耗。数据采集频率以小时为单位，数据粒度则以小数点后2位为参考。

2.4环境监测

本项目以东西对称的两套南北向的三室两厅一厨一卫构成。环境监测主要分为室内监测与室外监测。室内环境监测：在室内安装一套用于采集室内温度、湿度、光照度、噪音、PM2.5、PM10、TVOC、CO2等环境数据的设备，用于采集室内环境数据。室外环境监测：在室外安装一台小型气像站，用于监测室外环境中的温度、湿度、风力、风速、太阳辐照指数，负氧离子、CO2、PM2.5、噪音等元素。

3、项目能耗模拟

本项目在设计前期，采用BEED建筑能耗模拟软件，对建筑能耗进行模拟，模拟计算条件及设置分别如下表所示。

表3.1建筑围护结构信息

在满足参数要求的基础上，按照模拟计算可知，本项目能够达到超低能耗居住建筑的性能指标要求。

参考文献

[1]被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）2015.

[2]被动式低能耗居住建筑节能设计标准DB13（J）/T177-2015[S].