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【科研】上海地區(qū)居住建筑超低能耗技術(shù)路線及經(jīng)濟(jì)性2021-01-20 10:05來源：綠色建筑雜志作者：林姍，上海市建筑科學(xué)研究院有限公司
 摘要：以目前國內(nèi)外發(fā)布的超低能耗建筑技術(shù)指標(biāo)為基礎(chǔ)，研究上海地區(qū)超低能耗居住建筑的能耗特征，探尋適合上海地區(qū)居住建筑超低能耗建設(shè)的技術(shù)路線。以上海地區(qū)典型高層居住建筑為研究對象，結(jié)合DeST能耗模擬及產(chǎn)品市場調(diào)研，進(jìn)行超低能耗建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的分析。研究結(jié)果以期為上海地區(qū)居住建筑的低碳執(zhí)行提供一定助力。 關(guān)鍵詞：居住建筑；超低能耗；技術(shù)路線；經(jīng)濟(jì)性；綠色建筑 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，總體建設(shè)量及建筑使用者對舒適度的要求也在逐步提高，導(dǎo)致建筑能耗占社會總能耗的比重也在逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，2017年，建筑能耗占全國能源消費(fèi)比重21.11%；全國建筑總面積643.0億m2，城鎮(zhèn)人均居住建筑面積37.2m2；建筑碳排放CO220.44億t，占全國能源碳排放19.5%。面對建筑能耗帶來的挑戰(zhàn)，自20世紀(jì)80年代起，全國各地掀起了建筑節(jié)能的全面工作。從1986年建筑節(jié)能30%的目標(biāo)，到2005年建筑節(jié)能50%的目標(biāo)，歷經(jīng)30余年的發(fā)展，現(xiàn)階段建筑節(jié)能65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本普及。此外，德國、挪威、加拿大、美國、日本等國家相繼提出了被動房、近零能耗建筑、（凈）零能耗建筑等概念。 住建部《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年，建設(shè)超低能耗、近零能耗建筑示范項目1000萬m2以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國被動式超低能耗建筑項目199個，分布于23個省市，總建筑面積超過500萬m2，已成為全球發(fā)展最快的國家之一。由此可見，超低、近零能耗建筑契合了新時代高質(zhì)量發(fā)展理念，是進(jìn)一步推進(jìn)建筑節(jié)能和實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)鍵舉措。 近年來，被動房、近零能耗建筑在我國北方地區(qū)迅速發(fā)展。但由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)的文化和氣候差異性大，如何建立適合上海地區(qū)的超低能耗建筑技術(shù)路線及超低能耗建筑的相關(guān)經(jīng)濟(jì)性研究，成為推動上海地區(qū)超低能耗建筑建設(shè)的關(guān)鍵問題。 01 標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo) 自2015年河北省發(fā)布《被動式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》后，山東省、河南省、青海省、北京市、山東省青島市等地先后發(fā)布了地方性超低能耗建筑的相關(guān)規(guī)范。 2019年，由國家住建部、國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。2019年3月，上海市住建委發(fā)布《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》。上述標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為上海等夏熱冬冷地區(qū)的超低、近零能耗建筑提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)。 本文聚焦于上海市居住建筑，選取包括上海市地方標(biāo)準(zhǔn)DGJ08-205—2015《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》、GB/T51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》以及德國被動房在內(nèi)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指標(biāo)對比。各標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)指標(biāo)對比如表1所示。
表 1 居住建筑標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對比表 從上述對比可以看出，不論是節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)還是超低能耗、近零能耗建筑的要求，都是建立在保證一定室內(nèi)舒適性指標(biāo)的基礎(chǔ)之上?！渡虾Ｊ谐湍芎慕ㄖ夹g(shù)導(dǎo)則（試行）》、GB/T51350—2019和德國被動房均提出在室內(nèi)外正負(fù)壓差50Pa條件下的換氣次數(shù)n50比較而言，德國被動房的n50最為嚴(yán)格，為0.6次/h。另外，由于氣候條件及空調(diào)采暖方式的不同，各標(biāo)準(zhǔn)對于采暖和制冷能耗的要求也不盡相同，因此對于上海地區(qū)居住建筑的低能耗建筑技術(shù)路線研究，需建立在差異分析的基礎(chǔ)上。 02 上海地區(qū)居住建筑能耗特征及低能耗建筑技術(shù)路線 上海市位于中國南北海岸中心點(diǎn)，為長江和黃浦江入海匯合處，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛，總體氣候溫和濕潤，春秋較短，冬夏較長。與德國等歐洲國家及我國北方地區(qū)的居住建筑相比，上海地區(qū)居住建筑降低能耗需考慮以下事項。 （1）需兼顧采暖和空調(diào)能耗。德國等歐洲國家及我國北方地區(qū)居住建筑能耗主要為采暖能耗，且多為集中供暖，再附加部分空調(diào)能耗。但是上海地區(qū)居住建筑主要包括空調(diào)制冷能耗、采暖能耗和為消除間歇用能而導(dǎo)致的冷熱負(fù)荷的能耗。 （2）需考慮除濕能耗。上海地區(qū)處于沿海地區(qū)，較為濕潤，特別是梅雨季節(jié)易出現(xiàn)返潮現(xiàn)象。與其他氣候較為干燥的地區(qū)相比，除濕能耗占比較高。在考慮除濕能耗的同時，應(yīng)注意加強(qiáng)防潮設(shè)計，對無地下室的建筑地面宜考慮設(shè)置防潮層或設(shè)架空地板。 （3）需考慮戶間傳熱。上海地區(qū)的居住建筑，獨(dú)戶住宅較少，以多層和高層居住建筑為主。因此，戶間傳熱導(dǎo)致的冷熱負(fù)荷及能耗的增加也不容忽視。近年來，分戶樓板的保溫做法在部分集中空調(diào)采暖的居住建筑中也都有采用。 （4）需考慮遮陽設(shè)計。上海全年太陽輻射強(qiáng)度較為均勻，太陽輻射得熱對于冬季熱負(fù)荷的降低有所幫助，而在夏季，宜通過合理的措施降低太陽輻射得熱，因此需結(jié)合冬夏太陽高度角的變化特點(diǎn)，因地制宜進(jìn)行遮陽設(shè)計。 （5）需考慮自然通風(fēng)設(shè)計。根據(jù)多數(shù)上海地區(qū)居民的生活習(xí)慣，開窗通風(fēng)的行為方式較為根深蒂固。合理利用過渡季的自然通風(fēng)等被動式條件，不但有利于居住者的身心舒適，還有利于建筑能耗的降低。 基于上海地區(qū)居住建筑的上述特點(diǎn)，打造超低能耗建筑可考慮如下技術(shù)路線，具體如圖1所示。
圖 1 上海地區(qū)居住建筑超低能耗建筑技術(shù)路線 03 上海地區(qū)居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫經(jīng)濟(jì)分析 通過對上海地區(qū)居住建筑能耗特點(diǎn)分析及技術(shù)路線研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能是打造超低能耗建筑的關(guān)鍵技術(shù)之一?；谏虾５貐^(qū)氣象條件、建筑特點(diǎn)，如何選取經(jīng)濟(jì)性良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料是目前亟待研究的關(guān)鍵問題之一。為解決以上問題，本文通過DeST軟件，對上海市某高層住宅進(jìn)行建模分析，比較不同傳熱系數(shù)、不同保溫材料的經(jīng)濟(jì)性。 居住建筑內(nèi)人員、設(shè)備、照明內(nèi)熱根據(jù)《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》設(shè)定如表2所示。居住建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)定為獨(dú)立空調(diào)加全新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組設(shè)置全熱回收，熱回收效率為60%。
表 2 居住建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間、房間人員、設(shè)備、照明內(nèi)熱設(shè)置
（1）外墻 外墻常用的保溫材料有泡沫玻璃、擠塑聚苯板、模塑聚苯板、石墨聚苯板和硬泡聚氨酯。根據(jù)市場調(diào)研，其成本匯總?cè)绫?所示。
表 3 上海地區(qū)超低能耗居住建筑外墻保溫成本增量匯總表 根據(jù)DeST模擬結(jié)果及上述成本調(diào)研，不同外墻保溫材料、不同傳熱系數(shù)的SIR計算值可知，隨著傳熱系數(shù)的降低，SIR值呈下降趨勢，且傳熱系數(shù)越低，SIR值下降越快。常用外墻保溫材料中，模塑聚苯板、聚氨酯保溫板、石墨聚苯板的SIR值接近且相對較高，擠塑聚苯板次之，泡沫玻璃的SIR值最低。 （2）屋面 屋面常用的保溫材料有擠塑聚苯板、石墨聚苯板、模塑聚苯板、巖棉板和巖棉帶。根據(jù)市場調(diào)研，其成本匯總?cè)绫? 所示。
表 4 上海地區(qū)超低能耗居住建筑屋面保溫成本增量匯總表 根據(jù)DeST模擬結(jié)果及上述成本調(diào)研，不同屋面保溫材料、不同傳熱系數(shù)的SIR計算值可知，隨著傳熱系數(shù)的降低，SIR值呈下降趨勢，當(dāng)屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低至0.2W/m2·K時，各保溫材料的SIR值基本接近一致。上海地區(qū)常用屋面保溫材料中擠塑聚苯板的SIR值最高，石墨聚苯板次之，巖棉帶SIR值最低。 （3）外窗 外窗常用的做法有塑鋼窗、鋁木復(fù)合窗和鋁合金窗。根據(jù)市場調(diào)研，其成本匯總?cè)绫?所示。
表 5 上海地區(qū)超低能耗居住建筑外窗系統(tǒng)成本增量匯總表 根據(jù)DeST模擬結(jié)果及上述成本調(diào)研，由不同外窗類型、不同傳熱系數(shù)的SIR計算可知，外窗隨熱工性能提升的成本增量較大，因此這部分投資收益比SIR值均較小。隨著熱工性能提高，隨著SIR值降低，曲線將會趨于平緩。 04 結(jié) 語 在建筑節(jié)能如火如荼發(fā)展的時代，降低建筑能耗已經(jīng)成為推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要舉措。歐美等發(fā)達(dá)國家及我國北方部分地區(qū)已經(jīng)出臺多項相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)，以推動超低能耗建筑發(fā)展。上海地區(qū)推動超低能耗建筑發(fā)展，應(yīng)考慮其地理位置、氣象條件及居民生活習(xí)慣等多方面因素，選擇適宜的技術(shù)路線及策略。 此外，超低能耗建筑的投入產(chǎn)出比及經(jīng)濟(jì)效益也需在建設(shè)過程中被重點(diǎn)關(guān)注。上海市住建委、發(fā)改委和財政局于2020年3月發(fā)布的《上海市建筑節(jié)能和綠色建筑示范項目專項扶持辦法》（滬住建規(guī)范聯(lián)[2020]2號）中提到，符合超低能耗建筑示范的項目，每m2補(bǔ)貼300元。相信隨著研究的深入、技術(shù)的發(fā)展和政策的支持，上海地區(qū)建設(shè)超低能耗建筑的理念和實踐將得到更大范圍的推廣和應(yīng)用。
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