北京市昌平區(qū)未來科學(xué)城第二小學(xué)

本文轉(zhuǎn)自被動房網(wǎng)，作者為住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心 楊潤芳   彭夢月，原文刊載于《建設(shè)科技》2021年10月 第19期

項目概況

北京市昌平區(qū)未來科學(xué)城第二小學(xué)建設(shè)工程項目是由北京市昌平區(qū)教育委員會開發(fā)建設(shè)、北京未來科學(xué)城置地有限公司代建、中國建筑第八工程局有限公司總承包、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心提供超低能耗建筑全過程咨詢的裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗學(xué)校建筑。

項目位于北京市昌平區(qū)未來科學(xué)城英才南三街與嶺上東路交叉口，總建筑面積為28447㎡,其中14008.52㎡為超低能耗建筑示范區(qū)域，包括教學(xué)樓及辦公宿舍樓地上部分，見圖1。項目地下一層，地上四層， 首層層高5.4m，二~四層層高均為4.0m，地下1層， 層高5.0，總高度17.70m。

地下為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上為鋼結(jié)構(gòu)，裝配率為57.32%。項目于2018年4月正式啟動，2018年9月完成了北京市超低能耗示范項目的評審和公示，2020年9月通過第三方氣密性測試， 2020年10月投入運營。

圖1 項目實景圖

關(guān)鍵技術(shù)

項目整體布局采用方（各功能單體圍合）圓（中部圍合下沉庭院空間）圍合布局方式。建筑使用率高的教學(xué)樓及多功能廳和辦公宿舍樓正南北向布置，非主要功能性房間體育館及食堂沿街布置，從而提高南側(cè)房間冬季得熱，降低東西側(cè)房間夏季得熱。

通過建筑圍合中間共享空間，并由綠植、遮陽棚架強化向心空間布局，有效減少冬季西北風(fēng)侵襲。建筑設(shè)計采用了規(guī)整緊湊原則， 學(xué)校建筑避免過多凹凸變化，減少了外圍護結(jié)構(gòu)面積。

嚴格控制體形系數(shù)，教學(xué)樓、辦公宿舍樓體形系數(shù)分別為0.18和0.2。建筑立面造型設(shè)計過程中最大限度地減少西側(cè)開窗面積，有效避免西曬。在教學(xué)樓、多功能廳屋面設(shè)置天窗，進一步利于建筑利用自然采光，降低照明能耗。

項目參考《北京市超低能耗示范項目技術(shù)要點》及德國被動房研究所的推薦性指標進行設(shè)計，輔助DEST軟件、IBE軟件對建筑能耗進行計算，不斷優(yōu)化超低能耗建筑設(shè)計，最終形成了經(jīng)濟、合理、可行的技術(shù)方案， 包括高性能圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)、高性能外門窗系統(tǒng) 技術(shù)、無熱橋技術(shù)、提高建筑氣密性技術(shù)、高效熱回收 技術(shù)和可再生能源利用技術(shù)等。

項目滿足如下考核指標：

（1）供暖、空調(diào)和照明能耗（計入可再生能源貢獻）在現(xiàn)行國家標準《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB50189-2015基礎(chǔ)上降低60%以上；

（2）換氣次數(shù)N50≤0.6；

（3） 室內(nèi)環(huán)境標準達到現(xiàn)行國家標準《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012中的Ⅰ級熱舒適度。關(guān)鍵部品技術(shù)描述及指標，見表1。

表1   關(guān)鍵部品性能參數(shù)值

項目在鋼梁、柱與條板墻交界處、窗框與外墻連接部位、穿墻管與外墻連接部位等易漏氣的部位采用氣密性專用材料處理，如，鋼梁、柱與條板墻交界處通過室內(nèi)粘貼防水隔汽材料、室外粘貼防水透氣材料進行處理， 粘貼長度超出交界處的距離不小于50mm，交界處兩側(cè)的粘貼寬度均不小于30mm，條板拼縫處理方式同上， 見圖2～圖3。

圖2 室內(nèi)氣密性處理

圖3 ALC條板間隙粘貼氣密性膠帶

項目主要熱橋包括外門窗洞口、女兒墻、外挑陽臺、穿圍護結(jié)構(gòu)的金屬構(gòu)件和管道等。項目對熱橋部位加強連續(xù)保溫，并采用斷熱橋構(gòu)件或結(jié)構(gòu)斷開的設(shè)計最大限度降低熱橋，例如金屬連接件的斷熱橋處理、穿外墻管道的斷熱橋處理及外挑陽臺局部進行結(jié)構(gòu)斷熱橋處理等，見圖4。

圖4 關(guān)鍵節(jié)點斷熱橋處理

本項目地處未來科學(xué)城區(qū)域能源站覆蓋范圍內(nèi)，該區(qū)域能源站采用燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)供技術(shù)， 冬季供熱采用發(fā)電余熱經(jīng)熱交換后直接進行供熱；夏季供冷利用余熱鍋爐尾部煙氣余熱驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷機組制冷，并串聯(lián)離心式制冷機組進行深冷。

末端采用風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)熱回收機組均設(shè)置低阻高效的空氣凈化裝置，采用二級過濾措施（G4+F8），有效減小霧霾天氣對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響。機組均進行消聲隔震處理，風(fēng)道和風(fēng)口設(shè)計優(yōu)化盡可能降低管道和風(fēng)口風(fēng)速，新風(fēng)出口處和排風(fēng)入口處設(shè)消聲裝置，風(fēng)機與風(fēng)管連接處采用了軟連接，進行隔振降噪，保證達到室內(nèi)環(huán)境噪聲要求。

教學(xué)樓和辦公宿舍樓采用高效新風(fēng)-排風(fēng)全熱回收模塊，教學(xué)樓的多功能廳采用帶全熱回收功能的組合式空調(diào)機組。辦公宿舍樓每層設(shè)置1臺新風(fēng)機組，共4臺,新風(fēng)量8500㎡/h，布置于各層的新風(fēng)機房內(nèi)。

教學(xué)樓分區(qū)域布置（共4臺）,新風(fēng)量51000㎡/h,將新風(fēng)機組布置于屋頂；教學(xué)樓一層的多功能廳將帶全熱回收功能 的組合式空調(diào)機組（1臺）布置于三層空調(diào)機房,新風(fēng) 量10000㎡/h。

本項目采用太陽能集熱器+空氣源熱泵進行生活熱水供應(yīng)，采用真空管式太陽能集熱器，集熱面積 180㎡，系統(tǒng)形式為開式非承壓系統(tǒng)，熱水使用范圍為宿舍樓淋浴，貯熱水箱采用2臺7.5㎡儲熱水箱（50mm厚聚氨酯保溫）。同時，項目屋面設(shè)有220㎡光伏板， 裝機量是25KW，已實現(xiàn)并網(wǎng)，見圖5。

圖5   太陽能集熱器

項目安裝了建筑能耗監(jiān)測及控制系統(tǒng)，它在管理平臺的基礎(chǔ)上，以控制為核心，對建筑內(nèi)的供熱制冷、新風(fēng)、照明、設(shè)備用電、生活熱水等能源利用及室內(nèi)溫度、空氣質(zhì)量等進行實時監(jiān)測與控制，保證舒適的建筑環(huán)境和高效的能源應(yīng)用。

系統(tǒng)首頁能夠展示建筑面積、建筑三維圖、人數(shù)、當月及去年人均能耗、單位面積能耗、當年和去年同比及環(huán)比的分類能耗等信息。系統(tǒng)包含綜合能耗展示、綜合能耗分析、報表統(tǒng)計、能耗查詢、用戶管理等功能，見圖6、圖7。

圖6   數(shù)據(jù)采集箱

圖7   能耗監(jiān)測室

節(jié)能效果

經(jīng)計算分析，項目節(jié)能率及氣密性指標均滿足《北京市超低能耗示范項目技術(shù)要點》要求，具體數(shù)據(jù)見表2。

注:①為超低能耗公共建筑供暖、空調(diào)和照明一次能源消耗量與滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》 (GB50189-2015)的參 照 建 筑 相 比 的 相 對節(jié) 能 率。②室內(nèi)外壓差50Pa的條件下，每小時的換氣次數(shù)。

與節(jié)能75%參照建筑相比，昌平未來科學(xué)城第二小學(xué)教學(xué)樓每平米每年可減少碳排量24.5kgCO2/㎡， 宿舍樓每平米每年可減少碳排放量20.2kgCO2/㎡，每年可減排二氧化碳總量為326t 。

項目被評為“國家“十三五”綠色建筑及建筑工業(yè) 化專項科技示范工程”、中美清潔能源聯(lián)合研究中心建筑節(jié)能合作項目“凈零能耗建筑關(guān)鍵技術(shù)研究與示范” 示范工程，入選中國施工企業(yè)管理協(xié)會評選為2020年度工程建設(shè)行業(yè)“好經(jīng)驗，好做法”優(yōu)秀案例，形成專利8項（其中發(fā)明專利3項），發(fā)表論文5篇，QC成果2項，項目管理成果2項。項目在成果創(chuàng)新轉(zhuǎn)化中， 還獲得“北京市結(jié)構(gòu)長城杯金獎”“北京市綠色安全工 地”“綠色建筑二星”等一系列獎項。

經(jīng)驗總結(jié)

超低能耗建筑是建筑行業(yè)建筑品質(zhì)的一場升級革命。超低能耗建筑項目的推廣有利于提高能源利用效率、 降低能源消耗、減少污染物排放，為我國綠色低碳發(fā)展、環(huán)境保護與節(jié)能減排起到積極推動作用。

本項目作為鋼框架裝配式結(jié)構(gòu)和超低能耗建筑結(jié)合的工程，裝配式結(jié)構(gòu)的連接安裝，連接拼縫及氣密漏點多等問題給超低能耗建筑目標的實現(xiàn)帶來很大的挑戰(zhàn)， 主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）外墻：外墻ALC板拼縫處應(yīng)與氣密膜進行有效粘貼，施工質(zhì)量及安裝效率控制難度大;狹窄空間ALC條板安裝施工效率較低，質(zhì)量控制難度大;外墻外側(cè)氣密膜粘貼精度要求高，施工操作困難，人工操作效率低。

（2）外窗：高性能外窗規(guī)格型號最大為7.2m×2.7m，整窗自重大，承重支撐體系采用鋼附框后置式固定安裝，安裝難度大；外窗與結(jié)構(gòu)（鋼附框）之間斷熱橋效果及氣密性效果保證控制難度大。

（3）屋面：保溫層施工完成后需立即進行防水層的覆蓋施工，針對超大屋面施工，短時間無法一次施工完成，質(zhì)量控制難度大；屋面女兒墻欄桿與主體結(jié)構(gòu)的 斷熱橋連接件需穿過屋面防水層，防止?jié)B漏的施工精度控制要求難度高。

(4)天窗：大跨度超長天窗施工難度大，成品安裝精度高，天窗支撐架體安裝、斷熱橋設(shè)置、保溫施工復(fù)雜，工藝實現(xiàn)難度高，見圖8。

圖8   天窗實景圖

通過本項目實施，總結(jié)以下經(jīng)驗：

（1）一體化設(shè)計是前提。從前期可行性研究方案 設(shè)計階段就需要對建筑的超低能耗設(shè)計進行系統(tǒng)性部署，施工圖設(shè)計階段更是需要圍繞關(guān)鍵技術(shù)，深化關(guān)鍵節(jié)點，繪制節(jié)點詳圖。設(shè)計環(huán)節(jié)精細化程度是決定施工環(huán)節(jié)進度、質(zhì)量和控制成本的前提。

（2）精細化施工是基礎(chǔ)。超低能耗建筑的各項專 項設(shè)計的落地，對工程建造施工水平提出了較高的要求。工程項目管理人員要對超低能耗建筑技術(shù)內(nèi)涵深入理解，才能精確地指導(dǎo)現(xiàn)場按圖紙按要求精細化施工。同時，項目管理需要不斷創(chuàng)新升級，敢于借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術(shù)力量，實現(xiàn)現(xiàn)場精細化施工的監(jiān)管與可量化施工現(xiàn)場管理評估，保證施工精細化的實現(xiàn)。

（3）合理化運營是關(guān)鍵。超低能耗建筑項目落成后，實現(xiàn)既定的超低能耗目標和效果，還有賴于建筑使用者不斷理解超低能耗建筑理念與應(yīng)用規(guī)則，科學(xué)的使用與維護，才能最終實現(xiàn)超低能耗建筑的節(jié)能與舒適的目標，享受健康幸福的居住品質(zhì)。