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严寒地区超低能耗建筑节能技术探索与实践

发布时间:2021-03-30   浏览次数:0次

随着社会的发展进步,节能环保健康舒适的理念越来越受到关注和重视,“超低能耗建筑”作为全球关注的节能建筑形式,应势而生,被认为代表着建筑业的发展方向。
 
黑龙江省为温带大陆性季风气候,气候分区属严寒地区,采暖期接近半年,采暖期长,气候寒冷,对建筑的节能性要求更高,因采暖带来的能源消耗量大,发展超低能耗技术的意义更大[1]
 
作为以发展绿色、低碳、节能、高效技术为己任的高新技术企业,哈尔滨达城绿色建筑股份有限公司积极探索严寒地区超低能耗建筑技术的适用性,结合地方资源优势和地缘优势,尝试降低超低能耗建筑在严寒地区建设的经济性指标,大幅降低严寒地区建筑冬季运维费用,为形成具有中国特色、符合推广应用的超低能耗建筑技术而在努力。这里结合在黑龙江省鹤岗市建设的“记忆鹤岗”超低能耗建筑,介绍适用技术的创新与实践。
 
1 “记忆鹤岗”超低能耗建筑项目简介
“记忆鹤岗”项目位于黑龙江省鹤岗市兴山区,场地位于向阳坡面,项目总建筑面积1530.52㎡。其中,1#楼为展厅办公建筑,局部2层,面积701.35㎡。2#楼为住宅建筑,2层,面积579.06㎡。3#楼为住宅,1层,面积250.11㎡,见图1。该项目由鹤岗市城市建设综合开发有限公司投资建设,达城绿建公司负责设计施工总承包。项目自2018年4月启动,2019年完成工程施工。
 

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图1 项目现场照片
 
 
“记忆鹤岗”项目结合严寒地区气候特征和当地资源,采用的系列被动式节能技术有:基础及屋面保温、夹心保温墙、双框窗节能构造、木断桥节能技术、被动门,其中的夹心保温墙技术、双框窗保温技术、木断桥节能技术有别于德国“被动式”的经验作法。此外,该项目利用毗邻山体防空洞的资源,采用了防空洞预热空气源热泵供暖和新风热回收系统两项主动式节能技术。
 
1.1 创新性“被动式”节能技术
发展超低能耗建筑,应区分不同的气候分区,结合地域特点和周边可利用资源,发展适宜的有效的超低能耗节能技术,并兼顾经济型带来的推广价值,期望通过新的尝试,逐渐形成具有我国特色的系列超低能耗节能技术[2]
 
1.2 基础与地面节能技术
在严寒地区,季节性冻深在1.8-2.2m之间,因此解决好基础和一层地面的热量散失问题,是非常重要的[3]。本项目中包含有框架结构的柱下独立基础和砌体结构的墙下独立基础两种基础类型,为实现基础的有效断桥,基础的持力层均选择在冻深以下,通过对基础以上
柱或墙体的内外侧保温,外侧与围护墙保温层连续,内侧与地面保温层连续,这样尽可能减小承重结构向地面传递热量,增加热损失量,实现基础节能[4,5]。其作法如图2所示。
 

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图2 基础保温层设置及节能作法
 
 
1.3 围护墙夹心保温技术
 

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图3 墙体的构造剖面图
 
 
超低能耗目标的实现,围护墙是重点部位,同时兼顾防火、防撞、装饰、保温、通气排湿功能,是非常重要的。为此,经计算分析,本项目采用了夹心保温墙技术体系,根据蓄热和气密性要求,内叶墙选用240mm厚煤矸石烧结砖,既提高保温效果又增加墙体的蓄热能力,保温层采用250mm厚B2级EPS板,外叶墙选用120mm厚装饰烧结砖,防火等级达到复合A级要求。采用夹心保温技术的挑战在于内外叶墙体拉结筋的断桥技术,本项目采用钢木组合拉结件避免点状冷桥产生,实现了墙体的节能效果提升,木材经防腐处理解决耐久性问题,钢丝砌筑在墙体中保证耐久性,墙体的构造剖面如图3所示。
 
1.4 双框窗节能构造
门和窗都是超低能耗建筑的重点部位,严寒地区内外最大日温差在50-60℃之间,采用单框被动式节能窗不但对传热系数要求高造价昂贵,因五金件等造成局部结露情况时有发生,而且窗框周边的构造成为节能的薄弱部位,大大影响节能效果。采用双框节能构造作法,不但更容易保证气密性,而且与夹心保温墙设计衔接,实现更具有节能效果的安装构造作法,通过双框多玻实现内外温度梯度的缓降,提高节能效果,并实现成本的有效降低。根据计算分析,本项目采用两樘三玻两腔(传热系数≤1.9W/㎡·K)组合型窗,分别置于外叶墙内侧和内叶墙外侧,双层窗间距130mm,第一道断桥为外保温直接与窗框连接,第二道为传统外墙外保温断桥作法,窗口周边采用A级岩棉防火隔离层,杜绝窗口火灾危险性。两樘外窗施工前均安装木质附框,同时粘贴防水隔汽膜与防水透汽膜,保证断桥效果和气密性。综合传热系数小于0.8W/㎡·K,其安装构造作法示意见图4所示。
 

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图4 节能窗安装构造作法示意图
 
 
1.5 屋面工程
 

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图5 屋面保温构造与坡屋面作法图
 

 

本项目采用坡屋面,而坡屋面系统是最难实现完全断桥的建筑方案。为解决节能断桥问题,采用了承重与造型分离,通过平层实现保温和柔性防水,平层保温与墙体保温无缝连接设置,避免女儿墙冷桥产生,通过坡层实现柔性防水和瓦屋面防水,坡屋面采用木结构断桥支撑钢屋架的构造方案,满足节能和防火的双重需要。屋面保温构造与坡屋面作法见图5所示。
 
2 “主动式”节能技术
实现超低能耗的目标,在“被动式”的基础上,还要选择“主动式”节能技术的应用,其中本项目采用的热回收系统和地道风空气源热泵技术是创新点。
 
2.1 热回收系统
本项目为保证空气质量和通风量,采用了空气热回收系统,该系统设置在坡屋面中,通过闷顶预热冷空气,提高热回收系统的效率,降低能耗。
 
2.2 空气源热泵供暖系统
本项目毗邻闲置防空洞,故因地制宜选用了空气源热泵的供暖方案。即充分利用防空洞的有效空间和岩壁的蓄热能力,在夏季通过自然引气将热风引入防空洞内实现热能存储,在冬季通过机械送风将防空洞内空气引入建筑内热源交换室,实现岩体内存储的热能预热室外冷空气,降低空气源热泵能耗,保证供暖的效果。根据测温结果,在采暖季内供给空气源热泵的空气温度基本保持在0℃以上,不低于-3℃,使严寒地区空气源热泵的利用效率得到保证。
 
3 超低能耗建筑的测试结果
作为新的尝试,本项目根据建筑体型、层高的差异性,节能目标设定为90%±5,在完成施工后,分别进行了气密性测试、墙体传热系数测试和节能周期的节能效果测试。经测试,气密性指标达到换气次数≤0.5N50,墙体综合传热系数为≤0.15(W/㎡·K),在建筑未使用的情况下,室内温度可以达到20℃以上,节能消耗量目前还在测算中。
 
4 结论
在严寒地区实现超低能耗的目标,相较于其他地区更具有挑战性,也更具有价值,意义更大通过本项目的技术创新与实践,取得如下创新性成果:
夹心保温墙技术是超低能耗建筑中可用的“被动式”节能技术,但其构造要进行更好的优化设计。
双框窗节能技术是性价比更好的超低能耗“被动式”节能技术,特别对严寒地区有序降低室内外温度梯度具有很好的作用。
利用人防工程岩体的蓄热能力预热冷空气,提升空气源热泵的换热效率值得思考和应用,本项目的使用,特别对采煤城市利用采煤巷道和水仓进行提供热源,提供了借鉴价值。

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