綠色科技住宅圍護結構節能優化設計

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摘要：結合工程實際，對我國夏熱冬冷地區綠色科技住宅建筑圍護結構系統的節能優化設計和施工進行了研究，并提出了相應的解決措施。示范項目的應用表明，該優化設計方案具有良好的節能效果，對類似建設項目具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：綠色科技住宅；圍護結構；節能；優化

隨著經濟的快速增長與物質消費水平的提升，住戶對于其居住的建筑空間質量和室內環境舒適度也提出了更高的要求。綠色科技住宅體系適應市場變化和需求升級，在強調環保節能和可持續性的綠色建筑理念的基礎上，圍繞建筑中人的需求，提出營造“以人為本”的健康、舒適、智慧的空間感受和生活方式。其中，提高建筑圍護結構及構件熱工性能的優化設計和施工改良，是綠色科技住宅體系建立和實現的基礎條件。從工程實踐來看，綠色科技住宅圍護結構節能的技術難點主要集中在提高其系統性和高效性等方面，具體體現在墻體保溫和節能門窗的適應性選材、氣密熱橋施工保障、綜合遮陽利用技術、土建裝修一體化以及建筑信息平臺構建等方面。南京海玥名都項目位于江蘇省南京市，屬夏熱冬冷地區，該地區夏季悶熱，冬季陰冷。因此，確保建筑外圍護結構的熱工性能是提升房屋居住空間品質的重中之重。

1綠色科技住宅圍護結構節能優化設計

1.1節能性與美觀性的綜合考量

建筑體形系數對建筑節能的影響主要體現在建筑物與室外大氣接觸的外表面積的大小。規整建筑平面設計以及減少建筑形體的凹凸變化，可以獲得較小的建筑體形系數，并在一定程度上減小建筑外表面積，從而防止不必要的傳熱損失。市場上常見的綠色住宅普遍通過減少建筑立面的異形變化，以盡可能降低建筑體形系數，因而造成建筑立面開洞形式機械平庸，缺乏韻律，失去美感。南京海玥名都綠色科技住宅項目，建筑層數均在16層以上，其中住宅單體的建筑體形系數最大值控制在0.29，低于JGJ134—2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》規定的當建筑層數≥12層、體形系數為0.35的設計限值。但是考慮到消費者對于建筑外形的審美要求和彰顯藝術品味的需求，在設計和施工中依然保留了陽臺、凸窗等造型設計，通過采用熱傳導效率較低的高性能保溫材料和根據動態節能計算加大保溫層厚度（達到100mm），同時對薄弱的關鍵位置進行加強處理，在保證該綠色建筑外圍護結構熱工性能有效性和系統性的前提下，平衡了綠色科技住宅美觀性與節能性的矛盾，營造了美觀大方、品質高端的立面造型，深受南京高端客戶的喜愛，也獲得了南京房產同行的贊譽和認可。

1.2“溫控箱”式一體化保溫系統

室內空氣密閉、室內外溫差較大、冷熱空氣頻繁接觸、材質導熱不均勻等都會在圍護結構保溫薄弱的地方產生熱橋效應，造成諸如內墻結露、霉變甚至滴水等房屋破壞，嚴重影響了住戶的居住使用和身體健康。建筑門窗通常不可避免地會存在裝配縫隙，室內外壓強差會使得空氣發生流通交換，出現熱能耗和冷能耗的損失。綠色科技住宅對熱橋控制、氣密性保障等關鍵環節的設計優化和施工管控要求的標準更高。案例項目對建筑樓棟采取整體性考量，高效節能建筑圍護體系結合屋頂嚴密熱阻隔系統，即外墻、屋頂均設厚100mm熱固型改性聚苯板增厚保溫層，“溫控箱”式傳熱阻斷方式，從樓基到樓頂形成嚴密的隔熱保溫體系。所有保溫層均包裹至陽臺內墻部位，公共區域頂面貼保溫板，與室內鄰近管井內貼保溫板，杜絕熱橋。此種方式不僅保持了住宅內部的獨立性，而且能有效防止能量流失。同時，針對綠色科技住宅屋面保溫要求高、屋面設備多、管線復雜等特點，決定采用半倒置式上人保溫屋面，即2道防水分別設在結構層上方和保溫層上方。此種方式保證了“溫控箱”式一體化保溫體系的連續性和完整性。綠色科技住宅的外墻保溫系統施工并非僅對單一的保溫板鋪貼工序進行質量控制，而是通過對外圍護體系施工的整體質量把控，將外圍護體系的整體熱工性能控制在一定數值范圍內，為綠色科技住宅打造合適的“外衣”。其外墻圍護施工包含結構墻體施工、螺桿洞封堵、副框安裝及窗邊處理、外墻粉刷、外墻保溫系統施工、外墻飾面施工。項目打破常規外圍護保溫材料厚度的限制，采用了厚100mm以上的熱固型改性聚苯板外墻保溫新技術，在施工中采取加長強化斷熱橋錨栓固定保溫板，每3層且不大于10m設置1道鍍鋅鋼托架。托架采用膨脹螺栓固定在梁、墻等混凝土構件上，膨脹螺栓水平間距不大于600mm，解決了超厚外墻保溫層易變形開裂和剝離脫落的質量隱患問題。氣密性施工包含了外墻圍護系統氣密性、樓層層間氣密性、樓層內戶內與公區氣密性三大控制板塊。建筑、裝飾技術標準制定后應選取房間試做首套樣板，對首套樣板進行氣密性試驗，驗證整體技術措施可行性。通過熱成像儀、發煙器、干冰煙霧檢測法找出漏風點位，確定關鍵工序控制點，建立管控體系。所有技術標準、保障體系確認無誤后，方可大面積施工。

1.3高性能保溫外窗遮陽一體化設計

設計中往往具有較高的窗墻面積比，通過增大門窗洞口采光通風的面積，來營造通透明凈的室內外空間效果，減少了日間室內人工照明量的需要。但窗墻面積比較高，使得太陽輻射大量進入室內，從而加熱室內空氣，在夏季會造成室溫過高。因此，門窗的選材和性能對科技住宅的節能設計尤為重要。而建筑遮陽也是建筑節能行之有效的措施之一。建筑遮陽系統可進行物理阻隔，有效減少輻射熱的射入，從而降低室內空氣得熱，減少空調負荷，達到節能目的；遮陽措施可以調節可見光，防止眩光和光污染，保護人體身心健康。對遮陽采光與保溫隔熱進行措施整合和優化提升，使得二者發揮協同作用，是綠色科技住宅系統品質圍護結構性能提升的關鍵。案例綠色科技住宅在高窗墻面積比的前提下，進行高性能保溫外窗遮陽一體化設計，采用中空充氬氣LowE玻璃＋節能窗框，引入中置百葉玻璃窗系統，打破市場常見綠色技術體系的設計局限和性能矛盾，順利實現了科技住宅飄窗系統。該斷熱鋁合金內置遮陽一體化窗中空玻璃系統，門窗氣密性達到6級，窗戶K值為1.95，遮陽系數為0.18，有效阻擋太陽直輻射和漫輻射，實現外窗調整采光、隔聲、保溫隔熱等多重功能。這種方法減少了外遮陽措施對外圍護結構主體構造層和保溫層的破壞，杜絕了外遮陽構件老化造成墜落的安全隱患，解決了外置遮陽難以維護而成本奇高的難題；同時倡議住戶不使用窗簾布幔等遮陽產品，減少揮發性有機化合物等對室內空氣環境的污染，遵從國內外綠色健康建筑評價體系倡議的生活方式。

1.4內裝飾土建一體化設計

近年來，從商業住宅到保障性住房，精裝修交付的要求在全國多個地區已經逐漸全面實施。綠色科技住宅集成了地源熱泵系統、置換新風、天棚/地板輻射末端等技術形式，各類管線預埋或盤結于圍護結構的樓板和墻體內部，盤管損壞后的維修成本較高。土建裝修一體化，從設計源頭事先統一對建筑圍護結構構件進行孔洞預留以及固定件預埋的定位和安裝，避免了在裝修施工階段隨意打槽、穿孔等行為對已有建筑墻體保溫系統和科技系統設備管線的結構性破壞。同時，土建過程的質量控制也是施工的關鍵所在。案例項目末端采用混凝土樓板輻射系統，即在混凝土樓板中預埋PE-RT管，每個空調房間設置一回路，主要通過輻射及對流進行換熱。采用內裝飾土建一體化設計，主要體現在圍護結構樓板內天棚輻射盤管預埋前的深化。管線走向的深化主要結合精裝修圖紙，避開燈具、天花板龍骨的碰撞螺栓等。吊頂施工時原則上樓板輻射區域不建議吊頂，一方面是為了確保輻射換熱效果，另一方面是防止膨脹螺栓對盤管造成損壞。如需吊頂，在預埋前需在圖紙中明確膨脹螺栓的點位，在預埋過程中根據定位點預埋φ20mm塑料套管供今后膨脹螺栓使用。在預埋過程中實行嚴格的質量控制。由于PE-RT材料較為柔軟，在進行盤管固定時嚴禁采用扎絲等金屬材料進行綁扎，而需采用尼龍綁扎帶進行固定，而在盤管穿梁處，應通過增加塑料套管進行保護。在動火作業過程中需對已完成的盤管采用濕石棉布覆蓋。以上措施能夠很好地防止因管材柔軟、不耐高溫所造成的質量問題，最后在施工完成后將各回路進行連通，在混凝土澆筑前，需進行充氣打壓，確保壓力30min內不下降后，帶壓澆筑混凝土，并持續保壓，之后的施工階段需定期檢查保壓情況。

1.5全產業鏈全生命周期信息平臺支持

項目開發并運用BIM技術，開展住宅小區級的建筑信息模型化，搭建了貫穿設計、施工、質量監管、運維等全生命周期各個環節的信息交換平臺，實現全產業鏈的信息技術平臺支持，最大化發揮綠色科技住宅，包括圍護結構系統、科技系統體系等在內的綜合效能和集成優勢。

2綠色科技住宅項目案例實施效果

南京海玥名都綠色科技住宅項目的高效節能建筑圍護體系，可使建筑全年負荷降低22.49%，使其制冷取暖能耗大大低于傳統住宅，用電量是常規空調的40%～50%，完全滿足JGJ134—2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》規定的圍護結構設計限值，遠優于普通住宅建筑節能標準，最大限度地降低能耗。室內環境濕熱體感良好，其參數控制可達到夏季溫度不高于26℃，冬季溫度不低于18℃，濕度范圍為30%～70%，為客戶提供了更為健康、舒適、綠色、人性化的居住體驗。海玥名都成為江蘇省首個獲得英國BREEM綠色住宅認證的項目，同時也獲得了國家二星級綠色建筑設計標識，取得了良好的社會和經濟效益。

3結語

綠色科技住宅圍護結構系統的節能優化設計能為使用者提供更加健康舒適的空間環境品質，促進居住者全面身心健康，實現建筑性能的全面提升，從而達到生命滋養、人與環境的和諧統一。相信在不遠的將來，隨著綠色科技住宅的理念深入人心，其投入回報比和品牌忠誠度的價值會愈加顯現，綠色科技住宅體系及技術為打造綠色健康人居而得到更廣泛的推廣和應用。

作者：施群 劉曦 陳棟 尹月 單位：上海建工房產有限公司