丁純

上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司 上海 200235

引言

上海作為一座超大城市，能源和環(huán)境矛盾日益突出，建筑能耗總量和能耗強(qiáng)度上行壓力不斷加大。推進(jìn)建筑能效水平不斷提升，是上海實(shí)施綠色發(fā)展的必然選擇，也是建設(shè)生態(tài)之城的必由之路。為進(jìn)一步推進(jìn)本市超低能耗建筑的發(fā)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(xiāng)建設(shè)管理委、市規(guī)劃資源局等部門接連發(fā)布了一系列的政策、指導(dǎo)文件等，在激勵(lì)政策的驅(qū)動(dòng)下，上海市超低能耗建筑工程項(xiàng)目也呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢(shì)頭。

本文以超低能耗住宅項(xiàng)目為例，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能（屋面保溫層厚度、外墻傳熱系數(shù)及外窗傳熱系數(shù)）對(duì)于建筑能耗的影響程度及典型冷熱橋部位達(dá)標(biāo)的臨界條件，以期為后續(xù)超低能耗住宅項(xiàng)目的推廣提供一定的設(shè)計(jì)參考。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能對(duì)于建筑能耗的影響

2019年3月，《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》）提出，我市超低能耗項(xiàng)目屋面、外墻及外窗（透光幕墻）的傳熱系數(shù)等指標(biāo)應(yīng)根據(jù)性能化設(shè)計(jì)原則，通過建筑能耗計(jì)算確定，并應(yīng)滿足其約束值要求。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能的增加，能使冬季供暖的負(fù)荷需求和能耗下降，但是夏季的供冷的節(jié)能效果也會(huì)帶來反向的負(fù)擔(dān)，加之經(jīng)濟(jì)性或安全性的考慮等，其成本的投入和獲得的節(jié)能收益是否匹配也是需要關(guān)心的問題。本文基于被動(dòng)式低能耗建筑模擬分析軟件PKPM-PHEnergy，對(duì)典型住宅模型進(jìn)行實(shí)際測(cè)算，分析屋面、外墻及外窗保溫性能對(duì)能耗的影響程度，并給出實(shí)際項(xiàng)目指導(dǎo)性的結(jié)論或建議。

1.1 屋面保溫層厚度對(duì)于能耗的影響

1.1.1 測(cè)算原理及基本信息。不同住宅建筑產(chǎn)品，假定外墻及外窗傳熱系數(shù)相同的前提下，調(diào)整屋面保溫層（以XPS為例）的厚度，分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的減少值的變化，建筑產(chǎn)品基本信息見表1。

表1 建筑產(chǎn)品基本信息表（屋面保溫層厚度對(duì)于能耗的影響）

1.1.2 數(shù)據(jù)分析。

1.1.2.1 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)在約束值及參考值間變化時(shí)，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(shí)，能耗減少顯著；保溫厚度150～200mm時(shí)，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(jié)論及建議?？紤]能耗的變化規(guī)律、結(jié)構(gòu)荷載及成本角度等因素，上海地區(qū)的高層住宅項(xiàng)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(shù)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(dāng)增加，但不建議超過200mm。

1.2 外墻傳熱系數(shù)對(duì)于能耗的影響

1.2.1 測(cè)算原理及基本信息。不同住宅建筑產(chǎn)品，假定屋面及外窗傳熱系數(shù)相同的前提下，調(diào)整外墻結(jié)構(gòu)保溫一體化板中保溫層（以硅墨烯為例）的厚度，即實(shí)現(xiàn)外墻傳熱系數(shù)的變化，以分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗減少值的變化，建筑產(chǎn)品基本信息見表2。

表2 建筑產(chǎn)品基本信息表（外墻傳熱系數(shù)對(duì)于能耗的影響）

1.2.2 數(shù)據(jù)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(shí)，對(duì)應(yīng)的外墻傳熱系數(shù)分別為0.40W/（m2·K）、0.38W/（m2·K）及0.35W/（m2·K）。

1.2.3 結(jié)論及建議。外墻傳熱系數(shù)的降低可一定程度的降低能耗值，但保溫厚度的增加，會(huì)帶來單位面積建造成本的增加（相比較常規(guī)項(xiàng)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(fēng)險(xiǎn)（反打、免拆模體系配套依據(jù)不健全）及得房率降低等問題。即外墻的傳熱系數(shù)設(shè)計(jì)在0.35～0.40 W/（m2·K）之間更加合適，若此范圍內(nèi)仍不能滿足建筑節(jié)能保溫要求，則應(yīng)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(shù)對(duì)于能耗的影響

1.3.1 測(cè)算原理及基本信息。

1.3.1.1 不同住宅建筑產(chǎn)品，假定屋面及外墻傳熱系數(shù)相同的前提下，調(diào)整外窗的傳熱系數(shù)，以分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的減少值變化。建筑產(chǎn)品基本信息見表3。

表3 建筑產(chǎn)品基本信息表（外窗傳熱系數(shù)對(duì)于能耗的影響）

1.3.1.2 不同住宅建筑產(chǎn)品，保證節(jié)能計(jì)算通過的前提下，外窗傳熱系數(shù)分別為1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）時(shí)，分析對(duì)應(yīng)的外墻及屋面保溫厚度的變化。建筑產(chǎn)品基本信息為：高層（18F、體型系數(shù)0.36）；洋房（8F、體型系數(shù)0.38）；聯(lián)排（3F、體型系數(shù)0.57）；

1.3.2 數(shù)據(jù)分析。

1.3.2.1 外窗傳熱系數(shù)對(duì)屋面、外墻保溫厚度的影響程度：高層＞洋房＞聯(lián)排；外窗傳熱系數(shù)從1.8（W/m2·k）降至1.4（W/m2·k）時(shí)，能耗基本呈線性減少[2]。

1.3.2.2 外窗傳熱系數(shù)為1.4（W/m2·k）及1.8（W/m2·k）時(shí)，對(duì)應(yīng)的外墻及屋面保溫厚度的變化見表4。

表4 外窗傳熱系數(shù)對(duì)屋面、外墻保溫厚度的影響程度

1.3.3 結(jié)論及建議。外窗傳熱系數(shù)的提高對(duì)于能耗的降低效果顯著，而且外窗傳熱系數(shù)按照1.8（W/m2·k）設(shè)計(jì)，用屋面及外墻的保溫去彌補(bǔ)是很難做到的。綜合考慮外窗傳熱系數(shù)對(duì)于能耗的影響及外窗的增量成本，常規(guī)項(xiàng)目建議外窗傳熱系數(shù)按照約束值1.4（W/m2·k）設(shè)計(jì)。

2 典型冷熱橋部位分析

女兒墻、陽臺(tái)板及空調(diào)板等熱橋部位進(jìn)行保溫處理，是上海市超低能耗建筑區(qū)別于常規(guī)建筑的特點(diǎn)之一。但這些熱橋部位的保溫應(yīng)處理到什么程度，并沒有量化的指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)及審查層面均有較大的困惑。

《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50176-2016將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)分為不結(jié)露和基本熱舒適兩檔要求。其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面不結(jié)露標(biāo)準(zhǔn)偏低，上海地區(qū)外墻按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置內(nèi)、外主體保溫后，混凝土冷熱橋部位一般不會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。本文將圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本舒適度作為冷熱橋處理量化分析的判定標(biāo)準(zhǔn)，保溫材料以XPS為例，分析了女兒墻、陽臺(tái)板及空調(diào)板處達(dá)標(biāo)的臨界條件[3]。

2.1 女兒墻

經(jīng)計(jì)算保溫高度應(yīng)≥500mm，保溫厚度應(yīng)≥10mm。實(shí)際項(xiàng)目建議女兒墻保溫高度應(yīng)≥500mm，保溫厚度應(yīng)≥20mm（考慮XPS等板材的最小應(yīng)用厚度）。

2.2 外挑陽臺(tái)板、空調(diào)板

陽臺(tái)板上下均做保溫時(shí)，經(jīng)計(jì)算保溫長(zhǎng)度自主體外墻向外延伸長(zhǎng)度應(yīng)≥900mm，保溫厚度應(yīng)≥10mm 。實(shí)際項(xiàng)目陽臺(tái)板上下板面均應(yīng)考慮保溫，保溫厚度應(yīng)≥20mm（考慮XPS等板材的最小應(yīng)用厚度），若板下保溫采用反打或免拆模構(gòu)造，保溫厚度一般為30mm～40mm。

3 結(jié)束語

上海地區(qū)提升屋面、外墻及外窗的保溫性能，使得冬季供暖的負(fù)荷需求和能耗下降，但是對(duì)于夏季供冷的節(jié)能效果不明顯，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性或安全性等因素，建議設(shè)計(jì)遵循《導(dǎo)則》中提出的“要保溫，但要適度”的指導(dǎo)原則，圍繞參考值展開設(shè)計(jì)。

冷熱橋部位的處理措施不宜低于《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50176-2016基本熱舒適的要求，實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)、保溫材料參數(shù)性能及應(yīng)用厚度等選擇合理、安全的冷熱橋處理措施。