摘 要：為解決裝配式建筑能耗大，無法滿足建筑節(jié)能建設(shè)要求的問題，本文對裝配式近零能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)進行了節(jié)能應(yīng)用設(shè)計研究。以某裝配式建筑為例，對其節(jié)能設(shè)計方法進行構(gòu)思，完成對能耗的相關(guān)測算。結(jié)合得到的測算數(shù)據(jù)，對圍護結(jié)構(gòu)中的外墻、屋面、地面和窗戶等結(jié)構(gòu)進行節(jié)能方案設(shè)計。通過最終能耗測算得出，新的設(shè)計思路不僅可以達到近零能耗的目標，還可以提高裝配式建筑的節(jié)能性，解決裝配式建筑與近零能耗建筑融合和發(fā)展的問題。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；圍護結(jié)構(gòu)；節(jié)能；保溫

中圖分類號：TU 201" " 文獻標志碼：A

裝配式建筑具有高品質(zhì)、快速、節(jié)省勞動投入、不受氣候條件制約等優(yōu)點。預制房屋建造所用的部件，例如外墻板，內(nèi)墻板等，都是在工廠內(nèi)進行工業(yè)化生產(chǎn)的[1]。采用現(xiàn)場拼裝，可大幅減少現(xiàn)澆工作量，極大地提高了裝配式住宅的總體建設(shè)效率。本項目提出適用于裝配式節(jié)能建筑的設(shè)計方法，當對其進行總體節(jié)能設(shè)計時，必須保證其熱工技術(shù)指標滿足相關(guān)文件規(guī)定。

由于能源緊缺、環(huán)境污染等問題日趨嚴峻，因此，“綠色”與“節(jié)能”已成為當今建筑設(shè)計界的研究熱點。裝配式近零能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的研究，旨在開發(fā)出更高效、更環(huán)保、更經(jīng)濟的建筑圍護結(jié)構(gòu)，以滿足人們對綠色建筑和節(jié)能建筑的需求[2]。通過裝配式近零能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的研究，可以推動綠色建筑的發(fā)展，提高建筑的能源利用效率，減少能源消耗和環(huán)境污染，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的社會做出貢獻。為深化此方面內(nèi)容的設(shè)計，全面推進裝配式結(jié)構(gòu)建筑在市場內(nèi)的建設(shè)與發(fā)展，本文將某地區(qū)示范工程作為樣板，進行近零能耗建筑的節(jié)能設(shè)計，以促進建筑業(yè)的綠色發(fā)展和節(jié)能減排。

1 案例概況

本次研究的建筑設(shè)計高度為20m，總建設(shè)面積超過5800m2，建筑工程共由4層構(gòu)成，預期此建筑建成后將用于日常辦公[3]。建筑立面示意圖如圖1所示。

2 節(jié)能設(shè)計方法構(gòu)思

為確保節(jié)能設(shè)計可以達到預期需求，分析裝配式結(jié)構(gòu)建筑中的主要參數(shù)與能耗兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，見表1。

綜合表1中的內(nèi)容，根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)建筑中的主要參數(shù)與能耗兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以采用調(diào)節(jié)建筑圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)的方式，保證裝配式建筑在建成后可以達到總體零能耗的標準，可以采用調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中其他參數(shù)的方式，調(diào)節(jié)整體能耗[4]。例如，在設(shè)計中，當外窗的傳熱系數(shù)為1W/（m2·K）時，會存在造價昂貴的問題，但此時如果采用2W/（m2·K）的外窗代替1W/（m2·K）的外窗，就會在一定程度上增加建筑的冬季采暖能耗，可以通過增加圍護結(jié)構(gòu)的整體氣密性、提高建筑太陽能總透射比等方式，解決建筑在冬季時期供暖能耗增加的問題[5]。參照這個理論，設(shè)計節(jié)能設(shè)計方案，如圖2所示。

3 圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能方案設(shè)計

3.1 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合上述得到的圍護結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，采用三明治板作為裝配式建筑的基礎(chǔ)，結(jié)合施工工藝，采用一體澆筑、預制和現(xiàn)澆結(jié)合的方式進行施工[6]。針對外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，采用外保溫構(gòu)造體系，板內(nèi)保溫材料選用厚度為100mm的聚氨酯硬泡沫保溫板。與外窗通過氣密膜解決氣密性問題的設(shè)計思路不同，當墻板拼接時處理方式更復雜。常見氣密層形式包括設(shè)置構(gòu)造柱、粘貼氣密膜、設(shè)置混凝土層等[7]。圖3為裝配式建筑外墻圍護構(gòu)造圖。

確定不同圍護層相應(yīng)的厚度、導熱系數(shù)以及傳熱系數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)，見表2。

結(jié)合熱工測算，裝配式建筑外墻圍護構(gòu)造的整體傳熱系數(shù)為0.15W/（㎡·K），熱流密度為4.52W/㎡，不存在熱橋，且室內(nèi)不會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

3.2 屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計

以上所述的裝配式建筑，其屋頂部分為外保溫，部分為預制，以樓板結(jié)構(gòu)為主。對保溫層材料的選擇來說，選用厚度180mm的擠塑聚苯板[8]。屋面構(gòu)造從內(nèi)到外依次為：鋼筋混凝土2400、水泥砂漿找平層、SBS防水卷材、擠塑聚苯板、SBS防水卷材、細石混凝土、面層。同樣按照上述邏輯，記錄各結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，見表3。

對其進行熱工測算，得出屋面的傳熱系數(shù)為0.16W/（m2·K），熱流密度為5.03W/㎡，不存在熱橋現(xiàn)象，并且不會造成室內(nèi)凝露問題產(chǎn)生。

3.3 地面結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計裝配式建筑地面，保溫結(jié)構(gòu)也是一樣的，部分是預制的，保溫層、防水層、找平層都是在現(xiàn)場預制的。絕熱層選擇了厚250mm的泡沫玻璃板作為隔熱層。地面構(gòu)造從上到下依次為面層、水泥砂漿找平層、PE輕質(zhì)泡沫層、SBS防水卷材層、鋼筋混凝土層、泡沫玻璃板層、細石混凝土2400、砂石排水層、PP過濾紙、土壤。針對裝配式建筑地面主體結(jié)構(gòu)，對其相關(guān)參數(shù)進行記錄，見表4。

對其進行熱工測算，得出地面的傳熱系數(shù)為0.17 W/m2·K，熱流密度為4.25W/m2，同樣不存在熱橋現(xiàn)象，并且不會造成室內(nèi)凝露問題產(chǎn)生。

3.4 窗戶結(jié)構(gòu)設(shè)計

對裝配式建筑窗戶結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，外窗采用PA斷橋鋁合金，雙玻中空單層Low-E，所述玻璃和所述隔離層的厚度為6mm+12mm+6mm。裝配式近零能耗建筑需要保證外窗的氣密性良好，氣密性包括窗體自身氣密性和環(huán)繞窗體連接位置的氣密性。針對這兩部分氣密性要求，采用三層高強度的密封材料，達到8級以上、防水4級以上的氣密性。對長期暴露在太陽照射環(huán)境下的外窗來說，應(yīng)當選擇具備優(yōu)質(zhì)氣密性的材料，從而避免外窗老化、開裂、失去彈性等問題。為保證環(huán)繞窗體連接位置的氣密性，采用具有優(yōu)良耐久性能的防水隔汽膜及不透蒸汽的薄膜對其進行密封。根據(jù)上述論述，確定外窗基本結(jié)構(gòu)。具體傳熱參數(shù)見表5。

安裝外窗結(jié)構(gòu)需要結(jié)合上述傳熱性能。一般情況下，外窗都要安裝在隔熱材料里面，根據(jù)窗戶的位置是在隔熱材料上還是在外面，可以分成兩種情況。PHII通常將外窗安裝在構(gòu)件保溫層內(nèi)的，在裝配式建筑中，這種安裝方式對預制構(gòu)件的施工造成了很大的損害，而且施工不便，在建造過程中需要大量拆除和修補，外立面、隔熱、防水等都不能達到預期的效果。只有做好隔熱層間的銜接，才能使外窗不同安裝形式對熱工性能的影響接近。與將外窗設(shè)置在保溫層外相比，將外窗設(shè)置在構(gòu)件的隔熱層外能夠有效地防止或者減少預制構(gòu)件損傷，并且更有利于裝配式建筑的施工。因此，采用將外窗安裝在構(gòu)件保溫層外的安裝方式。

4 能耗測算

根據(jù)設(shè)計內(nèi)容可知，本次研究的建筑采用了全包裹的設(shè)計方式，設(shè)計范圍如圖4所示。

對研究中的建筑中存在熱橋的位置進行分析，見表6。

由于兩種類型熱橋?qū)ㄖw能耗的影響較為微弱，因此，在綜合測算中可以忽略。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對試點工程進行建模，使用DeST計算工程能耗，計算前，設(shè)定裝配式建筑結(jié)構(gòu)的不同參數(shù)取值，具體內(nèi)容見表7。

掌握建筑結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，按照圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能方案設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計標準，對樣板工程進行節(jié)能設(shè)計，設(shè)計后對裝配式建筑結(jié)構(gòu)中不同參數(shù)取值進行調(diào)整，見表8。

對裝配式建筑結(jié)構(gòu)中不同參數(shù)取值調(diào)整前、后各階段的熱需求與冷需求進行分析，將其作為檢驗維護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的依據(jù)，使用DeST軟件對此進行研究，具體內(nèi)容如圖5所示。

從圖中可以看出，參數(shù)取值調(diào)整前，建筑的熱需求與冷需求相對較高，而參數(shù)取值調(diào)整后，建筑的熱需求與冷需求呈現(xiàn)顯著下降趨勢，在4月與10月，建筑的熱需求與冷需求近乎為0，由此可以證明，本文設(shè)計的節(jié)能方法在應(yīng)用中可以解決建筑供冷、供熱中的高能耗問題。

5 結(jié)語

本文對裝配式近零能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計進行研究，可以得出，這種設(shè)計方法在提高建筑質(zhì)量、降低能耗、減少環(huán)境污染等方面具有顯著的優(yōu)勢。同時，裝配式建筑的發(fā)展也符合國家政策導向和市場需求，具有良好的發(fā)展前景。然而，裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計涉及多個領(lǐng)域，需要不斷進行技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，以實現(xiàn)更高效、環(huán)保、可持續(xù)的建筑發(fā)展。

未來，隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計也將不斷優(yōu)化和完善。通過引入新型材料、高效保溫技術(shù)、智能控制技術(shù)等，可以實現(xiàn)更高效、環(huán)保的建筑節(jié)能設(shè)計。與此同時，國家將繼續(xù)推出相關(guān)政策，鼓勵建筑業(yè)向工業(yè)化、裝配化、智能化方向發(fā)展。政策將更注重推動裝配式建筑及其圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，促進綠色建筑和節(jié)能減排的發(fā)展。隨著人們對建筑居住環(huán)境要求的不斷提高，越來越多的人開始向往高效、環(huán)保、節(jié)能的裝配式建筑，此類建筑在市場內(nèi)的需求也呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。與此同時，將有更多的企業(yè)加入裝配式建筑及其圍護結(jié)構(gòu)的研發(fā)和生產(chǎn)中，促進建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

裝配式近零能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計的未來發(fā)展將受到多方面的影響。只有結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新、政策推動、市場需求和產(chǎn)業(yè)升級等方面的努力，才能實現(xiàn)更高效、環(huán)保、可持續(xù)的建筑發(fā)展。

參考文獻

[1] 梁辛浩，黃宇. “碳達峰”目標下夏熱冬暖地區(qū)建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能潛力探究[J]. 建筑節(jié)能（中英文），2023，51（8）：24-31.

[2]易嘉. 綠色居住建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計前期策劃研究[J]. 低碳世界，2023，13（8）：76-78.

[3]寧荍，陳增丞. 寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅非透光圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能優(yōu)化研究[J]. 建筑技術(shù)，2023，54（14）：1711-1716.

[4]秦旖，王慧磊. 北方地區(qū)既有居住建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造分析[J]. 山西建筑，2023，49（13）：23-25.

[5]閆光樂，馮維. 寒冷地區(qū)裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)研究[J]. 廣東建材，2023，39（5）：60-62，66.

[6]余忠祥. 淺談綠色建筑的外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能控制要點[J]. 中國建筑裝飾裝修，2023（9）：134-136.

[7]陳璐，李潔，李冠男，等. 夏熱冬冷地區(qū)公共建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能敏感度研究[J]. 建筑節(jié)能（中英文），2023，51（2）：25-31.

[8]劉馨，林心童，馮國會，等. 嚴寒地區(qū)既有建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造優(yōu)化[J]. 建筑技術(shù)，2023，54（1）：78-82.