潘悅 王凌云 / PAN Yue, WANG Lingyun

摘要：焦化廠公租房項目是我國首個將超低能耗技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)相結(jié)合的住宅建筑。從戶型面積限制,、建筑朝向以及裝配式混凝土結(jié)構(gòu)入手,，本文分析了高層裝配式公租房建筑的超低能耗技術(shù)設(shè)計策略，以期為國內(nèi)超低能耗綠色建筑的發(fā)展提供借鑒,。

關(guān)鍵詞：超低能耗 裝配式 公租房

1 引言

我國正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展和全面建成小康社會的關(guān)鍵時期,，建筑節(jié)能和綠色建筑是推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、建設(shè)生態(tài)文明,、全面建成小康社會的重要舉措,。《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020）》提出了到2020年,，城鎮(zhèn)綠色建筑占新建建筑的比重要超過50%的目標(biāo),，《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》要求，要大力發(fā)展綠色建筑,，實施重點產(chǎn)業(yè)能效提升計劃等措施,，為推動城鄉(xiāng)建設(shè)工作提出了新的任務(wù)和要求,。2016年2月,，中共中央國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》指出：大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚塵污染,、縮短建造工期,、提升工程質(zhì)量?！哟笳咧С至Χ?，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%,?！茝V建筑節(jié)能技術(shù)。提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),，推廣綠色建筑和建材,。支持和鼓勵各地結(jié)合自然氣候特點，推廣應(yīng)用地源熱泵,、水源熱泵,、太陽能發(fā)電等新能源技術(shù),，發(fā)展被動式房屋等綠色節(jié)能建筑。北京市焦化廠公租房項目由北京市保障性住房建設(shè)投資中心出資建設(shè),，其中的3棟住宅樓,，作為北京市試點的第一個超低能耗建筑項目，率先實踐了裝配式建筑技術(shù)及超低能耗被動房技術(shù),。

2 項目概況

焦化廠公租房項目位于北京市朝陽區(qū)垡頭地區(qū),，用地原址為焦化廠廠區(qū)，2006年焦化廠停產(chǎn),，用地進(jìn)行無害化處理后,，政府拿出一部分用地用于保障性住房建設(shè)，其中公租房地塊規(guī)劃用地10hm2,，總建筑面積54萬m2,，其中地上建筑面積近30萬m2，建設(shè)4 646套公租房（圖1,、2）,。

作為超低能耗示范建筑的3棟公租房位于項目東區(qū)的北側(cè)，分別為17#,、21#,、22#，共560戶,，總建筑面積34 940m2,，其中地上建筑面積29 400m2，地下建筑面積5 540m2（圖3,、4）,。21#、22#公租房高度為80m,，結(jié)構(gòu)體系中水平構(gòu)件采用預(yù)制裝配式生產(chǎn),，其他部分為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。17#公租房高度為60m,，結(jié)構(gòu)體系中主要水平及豎向構(gòu)件均采用預(yù)制裝配式生產(chǎn),，是全預(yù)制裝配式混凝土建筑。

3 超低能耗公租房的特點

與普通的被動式住宅不同,，公租房是由保障房中心建設(shè)和管理,、供住房困難家庭使用的住房，具有產(chǎn)權(quán)與使用權(quán)分離的特點,。因而焦化廠超低能耗公租房項目在技術(shù)設(shè)計層面面臨諸多新課題,。

3.1 戶型面積限制

根據(jù)《北京市公共租賃住房建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》的要求，公租房的戶型面積需要控制在60m2以下，戶均人數(shù)為2.5人,。焦化廠公租房項目共有3種戶型,，分別為40m2、60m2,、60m2,。以17#公租房為例，共18層,，每層8戶,，共144戶，360人,，根據(jù)計算,，該項目戶均建筑面積僅為國內(nèi)其他超低能耗住宅的1/3～1/2。因此,，人體散熱對能耗計算的影響要比一般住宅大很多,。冬季，由于大量的人體散熱,，建筑采暖能耗需求很低,，只有不到1kWh/（m2·a），但夏季的制冷能耗達(dá)到27kWh/（m2·a）,，雖然總能耗沒有超過30kWh/（m2·a）,，但是超過了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》（以下簡稱《超低能耗導(dǎo)則》）的要求（表1）。

3.2 建筑朝向?qū)δ芎牡挠绊?/p>

圖1 總平面

圖2 鳥瞰

焦化廠公租房用地與化工路平行,，主要建筑沿道路進(jìn)行布置,，住宅的朝向為南偏西32°。項目的整體規(guī)劃布局使得建筑西南向在夏季和冬季的得熱均較大,，這種特點在夏季是不利因素,，在冬季又成為有利因素。因此,，夏季的制冷能耗成為需要重點考慮的因素,。經(jīng)過模擬計算,，建筑的冬季供暖需求遠(yuǎn)低于《超低能耗導(dǎo)則》規(guī)定的15kWh/（m2·a）,，但是夏季的供冷需求因為單位面積的人數(shù)及電器散熱增多等因素，超過了《超低能耗導(dǎo)則》規(guī)定的能耗指標(biāo),。

圖3 項目總平面

圖4 超低能耗公租房外觀效果

3.3 預(yù)制裝配式剪力墻體系與超低能耗技術(shù)的結(jié)合

焦化廠公租房項目首次嘗試了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)與超低能耗技術(shù)的結(jié)合,，這在業(yè)界尚無建成的先例，因而在項目過程中遇到了許多前所未有的問題,，例如,，預(yù)制夾心保溫外墻的設(shè)計、被動窗與預(yù)制外墻的安裝節(jié)點設(shè)計等。面對諸多問題,，通過與預(yù)制構(gòu)件廠,、外保溫材料廠家及外窗廠家多方的配合與討論，從而確定了可行的實施方案,。

4 超低能耗技術(shù)策略

超低能耗公租房的技術(shù)策略首先表現(xiàn)在規(guī)劃及建筑單體設(shè)計符合超低能耗建筑的技術(shù)要求,，其次是在高性能的外墻保溫系統(tǒng)、低能耗的外窗系統(tǒng),、無熱橋的設(shè)計,、卓越的氣密性和高效的熱回收系統(tǒng)等幾個方面符合超低能耗建筑的技術(shù)要求。

4.1 規(guī)劃及建筑設(shè)計

根據(jù)焦化廠公租房項目的整體規(guī)劃,，所有住宅的主朝向為南偏西32°,。在3棟公租房的能耗計算中，建筑主朝向的外墻為西向,，導(dǎo)致夏季得熱較多,、制冷能耗較高，因而在建筑外立面設(shè)計了預(yù)制陽臺作為固定外遮陽,，同時設(shè)計活動外遮陽,，既滿足了功能的需要，又有效地降低了能耗,。建筑平面采用規(guī)整緊湊的布局（圖5）,，有利于降低建筑的能耗。方案采用一層8戶的設(shè)計,，由3種戶型組成,，外立面平整，以減少外墻凹凸帶來的自遮擋及能耗損失,。

圖5 超低能耗公租房標(biāo)準(zhǔn)層平面

表1 焦化廠超低能耗公租房17#樓能耗計算結(jié)果（數(shù)據(jù)來源：馬伊碩）

1 7 #公租房 項目 計算結(jié)果熱負(fù)荷（W / m2） 6 . 4 4冷負(fù)荷（W / m2） 2 1 . 3 6熱需求（W / m2· a） 0 . 7 9冷需求（W / m2· a） 2 7 . 1 6住宅部分熱負(fù)荷（W / m2） 1 8 . 6 5冷負(fù)荷（W / m2） 4 0 . 2 3熱需求（W / m2· a） 4 . 1 8冷需求（W / m2· a） 3 7 . 6 6商業(yè)部分熱需求（W / m2· a） 1 . 1 0冷需求（W / m2· a） 2 8 . 1 2整樓

圖6 預(yù)制結(jié)構(gòu)外墻構(gòu)造

圖7 預(yù)制構(gòu)件

4.2 外墻保溫系統(tǒng)的設(shè)計

21#,、22#公租房是現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，采用與其他超低能耗被動式住宅相同的外保溫技術(shù),。但是,，由于建筑達(dá)到了接近80m的高度，為了減少風(fēng)壓和材料厚度對外保溫安全性的影響,，通過對多種材料進(jìn)行比較和測試,，最終選用了巖棉板復(fù)合真空絕熱板（Vacuum Insulation Panel，VIP）的方式,，大大降低了保溫層厚度,。保溫層與結(jié)構(gòu)墻體的連接采用以錨為主、粘錨結(jié)合的方式,，錨栓數(shù)量可通過計算確定,，這種技術(shù)需要預(yù)先通過相應(yīng)的試驗驗證,，然后才可在項目中實施。

17#公租房是全預(yù)制裝配式混凝土建筑,，其技術(shù)難點在于如何將超低能耗被動式技術(shù)與裝配整體式剪力墻技術(shù)結(jié)合在一起,。預(yù)制混凝土剪力墻外墻板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)、外保溫,、裝飾一體化,，不僅實現(xiàn)了裝配化施工，滿足了高層建筑外保溫系統(tǒng)的防火要求,，同時提高了建筑外圍護(hù)體系的耐久性能,。預(yù)制混凝土剪力墻外墻板由外頁板、保溫層,、內(nèi)頁墻3部分組成（圖6,、7）。內(nèi)外頁板之間由拉結(jié)件進(jìn)行連接,，根據(jù)不同地區(qū)抗震等級的設(shè)計要求,，拉結(jié)件的長度有一定限制，由此限定了保溫層的厚度,。北京地區(qū)抗震等級按8度設(shè)防考慮,，內(nèi)外頁板之間保溫層的厚度一般不能超過9cm。

根據(jù)北京市所在氣候區(qū)特點及超低能耗被動房對能耗指標(biāo)的要求,，設(shè)計外圍護(hù)的傳熱系數(shù)不能超過0.15W/（m2·K）,。通過對幾種保溫材料進(jìn)行成本與性能的對比分析，確定采用兩種保溫材料組成復(fù)合保溫層——GPS（Graphite Enhanced Polystyrene,，石墨聚苯板）和VIP,，既能滿足超低能耗的技術(shù)要求，又能滿足預(yù)制混凝土外墻板的構(gòu)造要求,。

外墻預(yù)制構(gòu)件在工廠加工時,，保溫層在模板內(nèi)按照拉結(jié)件排布鋪設(shè)，兩層保溫錯縫鋪貼,，避免了錨栓穿透VIP造成的熱損耗,，達(dá)到無熱橋的設(shè)計要求。

4.3 外窗系統(tǒng)的設(shè)計

超低能耗住宅的外窗傳熱系數(shù)要求控制在1.0W/（m2·K）以下,，外窗型材一般采用鋁包木,、鋁合金隔熱斷橋、塑鋼斷橋等,，玻璃采用三玻雙中空雙Low-E充氬氣的構(gòu)造,，玻璃間采用暖邊間隔條。窗外鋪設(shè)防水透氣膜,，窗內(nèi)鋪設(shè)防水隔汽膜，保證窗戶整體的氣密性。

以上是應(yīng)用于普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的超低能耗外窗技術(shù),。對于17#公租房設(shè)計中面臨的外窗與預(yù)制構(gòu)件連接的問題,，由于預(yù)制構(gòu)件在工廠加工完成，可以將外窗固定,、安裝,，防水隔汽膜、防水透氣膜等多道工序在工廠一并完成,。這樣既保證了外窗的保溫,、氣密、防水等性能要求,，又提高了施工效率,。需要注意的是，在構(gòu)件加工及運輸過程中,，應(yīng)做好對外窗構(gòu)件成品的保護(hù)工作,。

4.4 無熱橋的設(shè)計

超低能耗公租房設(shè)置陽臺作為遮陽措施，同時可滿足用戶的使用需求,。陽臺與每戶間設(shè)計的分隔板很好地解決了建筑水平遮陽與豎向遮陽的問題（圖8）,。

對于懸挑陽臺形成的建筑冷橋問題，通過設(shè)計與節(jié)能計算完善了相應(yīng)的構(gòu)造節(jié)點：陽臺采用梁板式結(jié)構(gòu),，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁與建筑主體相連,，預(yù)制混凝土陽臺板搭設(shè)在梁上并與建筑外墻相隔一定距離，其間鋪設(shè)外保溫材料,，確保外墻保溫系統(tǒng)的完整性,。對出挑的結(jié)構(gòu)梁部分進(jìn)行外保溫的裹敷，有效避免了冷橋區(qū)域的產(chǎn)生（圖9）,。

圖8 預(yù)制陽臺設(shè)計

圖10 分戶式新風(fēng)系統(tǒng)

圖11 每層半集中式新風(fēng)系統(tǒng)

圖9 預(yù)制陽臺的構(gòu)造節(jié)點

4.5 氣密性設(shè)計

超低能耗建筑需要進(jìn)行氣密層的設(shè)計,，良好的氣密性可降低采暖負(fù)荷、提高室內(nèi)舒適度,、避免室內(nèi)結(jié)露發(fā)霉,、減少噪音和空氣污染，因此需要嚴(yán)格控制建筑內(nèi)外空氣的滲透,。

本項目外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了混凝土外墻,，屬于高密實度混凝土，所以無需增設(shè)抹灰層作為氣密層,。同時,，外窗的處理采用了3道耐久性好的密封材料，每個開啟扇設(shè)置至少2個鎖點,。在預(yù)制外墻構(gòu)件上,，結(jié)合室內(nèi)設(shè)計,，取消了預(yù)制外墻的電氣線盒預(yù)埋，改為設(shè)置在內(nèi)部輕質(zhì)隔墻上,。

4.6 新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計

除了建筑本身良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及氣密性外,，帶熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)也是超低能耗建筑中必不可少的技術(shù)措施。新風(fēng)系統(tǒng)既能回收建筑中排出的熱量,，還可以滿足溫濕度和CO2等指標(biāo)的要求,，提升居住空間的舒適度。

超低能耗住宅中采用的熱回收新風(fēng)系統(tǒng)一般包括3種類型：分戶式,、半集中式和集中式,。不同類型的新風(fēng)系統(tǒng)適用于不同類型的住宅，以本項目為例,，研究了兩種適合小戶型公租房的新風(fēng)系統(tǒng),。

（1）分戶式新風(fēng)系統(tǒng)

由于公租房戶型面積較小，層高僅為2.8m,，考慮到噪音以及進(jìn)排風(fēng)的要求,，新風(fēng)機(jī)的位置僅能設(shè)置在有廚房的吊頂中，這要求新風(fēng)機(jī)組的尺寸規(guī)格不得大于1 650×750×250mm（圖10）,。為減少機(jī)組運行噪聲對住戶的影響,，需降低風(fēng)管風(fēng)速，主風(fēng)管和送回風(fēng)口風(fēng)速為2～3m/s,，直風(fēng)管風(fēng)速不大于2m/s,，室內(nèi)空氣流速不大于0.15m/s。市面上尚無滿足上述需求的小機(jī)型產(chǎn)品,，必須為本項目定制研發(fā),。在與廠家設(shè)計研制新產(chǎn)品的同時，也從經(jīng)濟(jì)性,、節(jié)能性等方面對集中式新風(fēng)系統(tǒng)與分戶式新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析,。

（2）半集中式新風(fēng)系統(tǒng)

半集中式熱回收新風(fēng)系統(tǒng)由每層一臺的新風(fēng)機(jī)組提供各戶的新風(fēng)機(jī)熱回收，各戶設(shè)置一臺冷熱源一體機(jī),，根據(jù)每戶的溫度條件,，補充新風(fēng)系統(tǒng)帶來的熱損失及冬夏季的冷熱需求（圖11）。新風(fēng)一體機(jī)通過公共管道向各戶輸送新風(fēng),，統(tǒng)一通過各戶的衛(wèi)生間回風(fēng)并通過熱交換回收熱量,。

5 結(jié)語

焦化廠公租房項目是首個將超低能耗技術(shù)與高層裝配式結(jié)構(gòu)相結(jié)合的住宅建筑，在設(shè)計過程中遇到了諸多困難,，通過各方的努力提出了解決方案,。在項目后續(xù)的工作中，仍然存在很多亟待解決的難題,，解決問題的過程中不斷促進(jìn)裝配式技術(shù)與超低能耗技術(shù)的發(fā)展,，從而為國內(nèi)超低能耗綠色建筑的發(fā)展提供借鑒,。

2017-04-04

APPLICATION OF ULTRA-LOW ENERGY CONSUMPTION TECHNOLOGY IN HIGH-RISE ASSEMBLY BUILDING: A CASE STUDY ON THE JIAOHUACHANG PUBLIC RENTAL HOUSE

Abstract：The Jiaohuachang public rental house is the first residential building project which combines ultra-low energy consumption technology with prefabricated structure. Based on the unit area limit, building orientation and fabricated concrete structure, this paper analyses the design strategies of ultralow energy consumption technology in high-rise assembly public rental house building in order to provide some references for the development of ultra-low energy consumption green building.

Key Words：Ultra-Low Energy Consumption, Assembly, Public Rental House

作者簡介：

收稿日期：

潘悅，中國建筑設(shè)計院有限公司裝配式建筑工程研究院

王凌云,，中國建筑設(shè)計院有限公司裝配式建筑工程研究院