牟麒羽，李一田，蘇圣媛，楊成港，石俊龍

（吉林省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院（吉林省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心），吉林 長春 130011）

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的日益推進(jìn)，我國建筑行業(yè)在迎接新發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)，特別在我國嚴(yán)寒地帶，由于冬季采暖所產(chǎn)生的大量能源消耗及霧霾、酸雨等環(huán)境問題，在很大程度上危害到人們的日常生活，因此建筑節(jié)能減排成為新的城市建設(shè)要求。為遵循可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，超低能耗建筑憑借著低運(yùn)行成本、高舒適的特點(diǎn)得到了國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。農(nóng)村建筑以自建為主，相對(duì)城鎮(zhèn)建筑能源消耗更大。吉林省大部分農(nóng)宅采暖以燃煤為主，能源消耗高且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能較差，冬季室內(nèi)溫度偏低，居住舒適性較差。嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗農(nóng)宅應(yīng)用的研究和實(shí)踐，對(duì)降低農(nóng)宅的能耗、改善農(nóng)村居住建筑環(huán)境具有重要意義。

1 傳統(tǒng)節(jié)能建筑與超低能耗建筑

目前，我國大多數(shù)設(shè)計(jì)沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，即依照現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)規(guī)范和建筑設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以我國現(xiàn)行的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189—2015和各氣候區(qū)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為例，規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了建筑、暖通及電氣專業(yè)的節(jié)能性能指標(biāo)，包括熱工參數(shù)限值，空調(diào)系統(tǒng)形式及設(shè)備能效限值等[1]。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了滿足室內(nèi)舒適性要求通常利用自然通風(fēng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)建筑室內(nèi)環(huán)境的改善。在具體設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者通過合理的朝向與布局設(shè)計(jì)、利用浮力通風(fēng)和讓氣流容易流動(dòng)以增加建筑工程自然通風(fēng)效果，減少設(shè)備的使用。同時(shí)在現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者通常從傳統(tǒng)建筑自然通風(fēng)的設(shè)計(jì)技術(shù)、遮陽防曬及材料的合理選擇等方面入手，以實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能減排[2]。

2 工程建設(shè)概況

本工程為吉林省科技廳《嚴(yán)寒地區(qū)（吉林省）超低能耗農(nóng)宅關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》示范項(xiàng)目，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51350—2019對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗農(nóng)宅進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目位于公主嶺市雙青湖，面積約為104.42 m2，地上1層，層高3.5 m（項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)及平面圖見圖1~圖2）。項(xiàng)目以綠色可持續(xù)發(fā)展為建筑設(shè)計(jì)策略，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可再生能源利用、高效新風(fēng)回收系統(tǒng)等方面提升農(nóng)宅建筑節(jié)能，在滿足使用舒適性的同時(shí)降低建筑運(yùn)行能源消耗，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。

圖1 示范工程現(xiàn)場(chǎng)圖（圖片來源：作者自攝）

圖2 示范工程平面圖（圖片來源：設(shè)計(jì)圖紙）

超低能耗建筑在創(chuàng)造更舒適室內(nèi)環(huán)境的同時(shí)，其能耗較2016年建筑節(jié)能要求的標(biāo)準(zhǔn)值下降50%以上。表1為超低能耗建筑技術(shù)指標(biāo)關(guān)系、吉林省現(xiàn)行居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及本工程指標(biāo)的詳細(xì)對(duì)比。

表1 建筑能耗指標(biāo)關(guān)系對(duì)比

3 主要應(yīng)用技術(shù)

3.1 高性能外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

1）外墻

綜合嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅建筑房屋類型、施工成本、安全特性等因素，本工程采用裝配式EPS空腔模塊混凝土建筑施工工藝。此方式可有效避免外墻保溫層脫落問題的發(fā)生，在縮短施工周期的同時(shí)降低建造成本。本工程的裝配式EPS空腔模塊的主要構(gòu)造為：內(nèi)壁為60 mm厚EPS保溫板，外壁為160 mm厚EPS保溫板，內(nèi)灌為130 mm厚C20發(fā)泡混凝土。裝配式EPS模塊內(nèi)外兩側(cè)加涂20 mm厚的聚苯顆粒保溫砂漿，外墻整體傳熱系數(shù)為0.15 W/（m2·k），施工現(xiàn)場(chǎng)見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)（圖片來源：作者自攝）

2）屋面及地面

本工程屋面保溫做法（由上到下）：20 mm厚石灰砂漿隔離層+8 mm厚自粘性防水卷材+20 mm厚水泥砂漿找平層+50 mm厚水泥膨脹珍珠巖+40 mm厚發(fā)泡混凝土+最薄處180 mm厚XPS保溫板+120 mm厚鋼筋混凝土屋面。屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.15 W/（m2·k）。

地面保溫做法（由上到下）：20 mm厚1:3干硬水泥砂漿結(jié)合層+120 mm鋼筋混凝土+130 mm厚XPS保溫板。地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.13 W/（m2·k）。

3）外門窗

“中國中心觀”正式形成于柯文《在中國發(fā)現(xiàn)歷史——中國中心觀在美國的興起》一書，之所以說是正式形成，是因?yàn)樵诳挛闹?，部分學(xué)者在個(gè)別問題研究上已有“中國中心觀”方面的著作。例如，孔飛力在其代表作《帝制晚期中國的叛亂及其敵人》(1970年)中指出，“在西方大規(guī)模沖擊中國之前，中國社會(huì)內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)危機(jī)，新的力量已經(jīng)在開始削弱中國傳統(tǒng)社會(huì)”。換言之，“中國中心觀”實(shí)際是美國史家群體研究中國近代史方法論和認(rèn)識(shí)論的轉(zhuǎn)變，并不是柯文一個(gè)人的觀點(diǎn)，他只是做了系統(tǒng)的總結(jié)和概括。正如柯文所言，“中國中心觀”是“70年代初逐漸發(fā)展起來的，只是迄今為止還沒有人對(duì)該趨勢(shì)做出系統(tǒng)的明確的描述而已”。

外門窗是超低能耗建筑節(jié)能的重要組成部分，其影響建筑能耗的參數(shù)主要包括傳熱系數(shù)、太陽能得熱系數(shù)及氣密性。本工程的外窗采用塑鋼86系列（5 mmLow-E+10 Ar+5 mm+10 Ar+5 mm+10 Ar+5mmLow-E）暖邊隔條，傳熱系數(shù)為1.0 W/（m2·k）；外門采用超低能耗戶門，傳熱系數(shù)為1.2 W/（m2·k），在大幅度提高室內(nèi)環(huán)境舒適性的同時(shí)，降低了建筑運(yùn)行能耗。

外窗采用外掛式安裝，預(yù)留口尺寸略小于窗外框的尺寸，外窗用角鋼固定件固定在基墻上，安裝前應(yīng)在窗框周圍貼上預(yù)壓膨脹密封膠帶，以確保外窗與墻體連接的氣密性。安裝完成后，對(duì)墻體與外門窗連接處打密封膠，并在門窗內(nèi)側(cè)粘貼防水隔氣膜，外側(cè)貼防水透氣膜。防水隔氣膜具有很好的防水隔氣效果，可有效阻止水汽侵入保溫層。

3.2 可再生能源建筑應(yīng)用

1）空氣源熱泵系統(tǒng)

本工程冷熱源選用超低溫空氣源熱泵，空氣源熱泵是基于逆卡諾循環(huán)原理的一種節(jié)能、環(huán)保型供熱技術(shù)，是利用高勢(shì)能使熱量從低勢(shì)能熱源空氣流向高勢(shì)能熱源的節(jié)能裝置，系統(tǒng)安全可靠、對(duì)環(huán)境無污染。

本工程選用的空氣源熱泵的型號(hào)為HP10，額定制熱量（7℃）10 kW，制熱輸入功率2.9 kW，可滿足冷熱負(fù)荷和熱媒溫度的要求，空氣源熱泵機(jī)組見圖4。

圖4 超低溫空氣源熱泵

2）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

本工程設(shè)置太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用多晶硅光伏組件，裝機(jī)容量4 kW，年發(fā)電量約5 000 kW·h，屋面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)見圖5。

圖5 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

3）太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)指的是通過收集太陽能量將太陽能裝置中的水進(jìn)行加熱[4]。本工程設(shè)置太陽能熱水系統(tǒng)，采用真空管型太陽能集熱器，采光面積3.2 m2，熱水量195 L，可滿足農(nóng)宅生活熱水需求。

3.3 高效的新風(fēng)回收系統(tǒng)

新風(fēng)系統(tǒng)向室內(nèi)送入清潔新風(fēng)，排出室內(nèi)污濁氣體，在降低室內(nèi)污染物濃度的同時(shí)保證了人們對(duì)舒適度的要求。但新風(fēng)系統(tǒng)在提供新風(fēng)的同時(shí)也帶來了額外的負(fù)荷[5]。因此超低能耗建筑應(yīng)當(dāng)引入高效新風(fēng)熱處理系統(tǒng)，通過利用回收排風(fēng)中的熱能來降低供熱制冷需求及減少輔助供熱制冷系統(tǒng)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)超低能耗目標(biāo)。全熱交換器見圖6。

圖6 全熱交換器

本工程設(shè)計(jì)新風(fēng)量為150 m3/h，全熱交換器熱回收效率為75%。新風(fēng)系統(tǒng)單位風(fēng)量耗功率0.43 W/（m3·h），機(jī)身需采用雙層鈑金復(fù)合消音材料，運(yùn)行安靜，室內(nèi)噪聲滿足白天≤40 dB（A），夜間≤30 dB（A）。

3.4 能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)

為了解嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)宅室內(nèi)環(huán)境和能源消耗情況，本工程設(shè)置能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)，能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要包括如下參數(shù)。

1）室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)：溫度、TVOC、相對(duì)濕度、PM2.5、甲醛、CO2等。

2）建筑能耗監(jiān)測(cè)：按采暖用電、新風(fēng)+照明+插座用電、總用電分別進(jìn)行用電量監(jiān)測(cè)。

按照《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51350—2019，嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗居住建筑供暖年耗熱量≤30 kW·h/（m2·a）。經(jīng)過綠建斯維爾軟件的計(jì)算，本項(xiàng)目供暖年耗熱量為29.96 kW·h/（m2·a），滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

綜上所述，本工程采用的高性能圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空氣源熱泵、太陽能光伏、高效新風(fēng)熱回收等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超低能耗農(nóng)宅的建設(shè)目標(biāo)。證明了嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗農(nóng)宅可為我國綠色低碳發(fā)展、環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排起到積極推動(dòng)作用。嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗農(nóng)宅的研究和實(shí)踐，在我國嚴(yán)寒地區(qū)的農(nóng)宅建筑設(shè)計(jì)中具有可推廣的應(yīng)用價(jià)值。