一、超低能耗建筑、裝配式建筑的發展

1. 建筑節能任重道遠

中國建筑節能協會發布的《中國建筑能耗研究報告(2017年)》中，首次公布了建筑能耗數據，其中，中國房屋建筑在全壽命周期中消耗的能源占全國總能源消費的40%~50%，這說明，建筑能耗對環境、資源占用影響巨大。因此建筑節能是實現我國域綠色低碳發展的關鍵。

據國家10部委聯合發布的《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021年)》中的數據顯示，截至2016年底，我國北方地區城鄉建筑取暖總面積約206億平方米，取暖用煤年消耗約4億噸標煤，供熱平均綜合能耗約22千克標煤/平方米。由此可見，北方地區冬季取暖的能源消耗是建筑能耗的重要指標。也是對環境污染、霧霾產生的重要因素之一。因此推進清潔取暖、提升節能標準是實現去煤化、降低碳排放的重要舉措。

2. 超低能耗被動式建筑技術

超低能耗被動房技術起源于瑞典，由德國研發并實施應用的一種高舒適度、高節能的建筑技術。“被動房”是由瑞典隆德大學(Lund University)的阿達姆森教授(Bo Adamson)和德國的菲斯特博士(Wolfgang Feist)于1988年首先提出這一概念。

超低能耗被動式建筑基本原理是得熱與失熱的平衡。建筑得熱主要有太陽輻射、建筑設備散熱、人體散熱和供暖系統，一般建筑因節能措施不好，為了室內溫度維持在18℃以上，在冬季不得不依靠供暖系統。

超低能耗建筑技術，采用熱平衡設計原理，爭取在不供暖的條件下，實現建筑的得熱和失熱的平衡。通過采用5項關鍵技術(即高性能外圍護系統、高性能外窗、氣密性、斷熱橋設計和高效換熱新風系統)實現高節能、高舒適的建筑目標。

3. 超低能耗被動式建筑在中國的發展

自2010年起，住房和城鄉建設部科技與產業化促進中心與德國能源署(DENA)在中國合作推動被動式超低能耗建筑。2015年，國務院在《關于加快推進生態文明建設的意見》中要求大力發展綠色建筑，推進城鄉發展從粗放型向綠色低碳轉變。到目前為止，全國范圍的被動式超低能耗建筑取得了長足的發展。河北、山東省、北京等多個省市出臺了被動式超低能耗建筑的地方標準或技術導則，全國已經完成了幾十個超低能耗建筑項目，建筑面積達一千多萬平方米，除了應用于住宅建筑，還應用到辦公、幼兒園、展廳、學校等多種建筑類型。

4. 我國75節能建筑與超低能耗被動式建筑

我國現行的節能建筑標準(如75節能)，一般采用多項關鍵約束性指標來判定是否節能。通過測算，在北方寒冷地區(如北京)，采用75節能標準的多層住宅建筑，其實際采暖能耗水平大約為60~75kWh/(m2·a)。同樣的建筑如果采用超低能耗被動式技術，采暖能耗不超過15kWh/(m2·a)。實際工程中采暖能耗還會更低，以節能建筑的標準衡量，可達到90節能的效果。由此可見，超低能耗被動式建筑比75節能建筑的節能效果大大提高了。這是由于超低能耗被動式建筑比75節能建筑在外墻保溫系統、門窗性能等方面有更高的要求，同時增加了新風熱回收系統，采取無熱橋、高氣密性的構造措施，取消了冬季采暖系統，從源頭上降低了建筑能源消耗，減少排放，從而有效改善大氣環境。

5. 裝配式建筑技術

與超低能耗建筑技術相比，裝配式建筑技術是通過建筑工業化，減少現場濕作業，減少建筑垃圾、縮短建造工期等，實現保護環境、節約能源的目標，也是推進生態文明的重要的綠色建筑技術。

2016年2月，國務院發布的《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，意見指出：大力推廣裝配式建筑……加大政策支持力度，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。推廣建筑節能技術，提高建筑節能標準，推廣綠色建筑和建材。支持和鼓勵各地結合自然氣候特點，推廣應用地源熱泵、水源熱泵、太陽能發電等新能源技術，發展被動式房屋等綠色節能建筑。

2017年，住建部頒布的GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》，對裝配式建筑提出了具體的評價要求，明確主體結構應采用裝配式技術(包含預制混凝土結構、鋼結構、木結構等)，并對預制水平構件、預制豎向構件在整體結構中占比有具體規定求;建筑應全裝修，宜采用裝配式裝修;建筑的圍護墻和內隔墻應采用非砌筑，并應達到相應比例規定。在滿足上述最低要求同時，建筑的總體裝配率不低于50%，才能評價為裝配式建筑。

2017年5月在《北京市發展裝配式建筑2017年工作計劃》中率先明確了新建的保障性住房應采用裝配式建筑。并對裝配式混凝土建筑的預制率提出了具體要求：即：建筑高度在60m(含)以下時，其單體建筑預制率應不低于40%;建筑高度在60m以上時，其單體建筑預制率應不低于20%。

為推動超低能耗示范項目建設，作為政府投資建設的保障性住房，由北京市保障性住房建設投資中心建設，中國建筑設計研究院有限公司設計的北京市焦化廠公共租賃住房項目率先實踐了裝配式建筑率及超低能耗被動房技術。

二、焦化廠公租房超低能耗被動式技術與裝配式技術的結合

1. 項目概況

項目位于朝陽區東南部垡頭地區，用地面積9.8公頃。主要用于建設公共租賃住房。其中公租房建筑面積23.5萬平方米，戶型套數共計4646套。

超低能耗示范項目確定為該項目的三棟裝配式住宅樓(17#、21#、22#公租房)，示范建筑面積29400m2，戶數560戶。其中，21#、22#公租房高度為80m，結構體系中水平構件采用預制裝配式生產，其他部分為現澆混凝土結構。17#公租房高度為60m，結構體系中水平構件及豎向構件中的外墻構件均采用預制裝配式生產，是預制全裝配式混凝土建筑。三棟住宅樓公共區域和套內全部采用裝配式裝修，全裝修交房。

2. 遇到的問題

超低能耗建筑技術在本項目的實踐過程中遇到了很多前所未有的難題。

(1)戶型面積小，層高低，要配置陽臺，這些對超低能耗技術實施提出了許多限制條件。因此在確定能耗指標，解決設備管線對空間占用問題，無冷橋設計方面做了大量研究和突破。

(2)項目中的兩棟建筑高度為80m，目前在這樣高度范圍的被動式建筑設計在國內外尚無先例，也沒有與預制剪力墻體系結合的成功案例，因此這也成為本項目的技術研究和創新的關鍵。

(3)項目中的另一棟建筑高度小于60m，需采用預制混凝土夾心保溫外墻技術，因此預制外墻的保溫系統超低能耗性能設計、被動外窗的與預制外墻的連接技術等都需要大量的創新研發。

3. 解決的措施

(1)合理的能耗控制

根據北京市公租房設計導則的要求，公租房的戶型均為60m2以下的小戶型，戶均2.5人。示范項目的三棟樓分的戶型的建筑面積分別為40m2、60m2兩種，與國內其他的超低能耗住宅相比，戶均建筑面積減少了1/3到1/2。這樣，人體散熱對能耗計算的影響要比一般商品房住宅大很多。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到27kWh/(m2·a)，超過了超低能耗被動房設計導則的一般要求。確定這種小戶型的能耗指標應按全年總能耗進行控制，不得超過30kWh/(m2·a)。

這種小戶型對建筑朝向、開窗等要求很高，因此，在進行群體住宅規劃時，朝向應作為重點考慮的因素，在規劃條件允許時，應優先按照南北向布置建筑物。盡量避免東西向，同時可以結合外立面和陽臺的設置做好建筑遮陽。

這種小戶型的能耗與建筑體型有較大關系，因此設計中通過減少建筑物外表面積、減小建筑面寬、加大進深，都可以有效降低建筑表面能耗。

陽臺作為公租房的必要配置，是容易產生熱橋的部位。本項目中采用了預制混凝土陽臺構件，這位處理好熱橋設計創造了條件。設計中采用了結構出挑橫梁的方式，預制陽臺板與建筑主體脫開，保證了外保溫的上下延續性，同時對出挑橫梁進行保溫包覆，在保溫層外側搭設小型鋼梁，上面鋪設預制陽臺板，將熱橋區域縮小到最小。

(2)超低能耗預制外墻外保溫系統的設計

預制混凝土剪力墻外墻板的優點在于外墻采用結構、外保溫、裝飾一體化，不僅實現了裝配化施工，還滿足了高層建筑外保溫系統的防火要求，同時提高了建筑外圍護體系的耐久性能。預制混凝土剪力墻外墻板由外頁板、保溫層、內頁墻三部分組成。內外頁板之間由拉結件進行連接。根據不同地區抗震等級的設計要求，拉結件的長度有一定限制，這也就限定了保溫層的厚度。北京地區抗震等級按8度設防考慮，內外頁板之間保溫層的厚度一般不能超過9cm。

根據北京的氣候區及超低能耗被動房對能耗指標的要求，設計外圍護的傳熱系數不能超過0.15W/(m2·K)。我們對幾種保溫材料進行成本與性能的對比分析，確定采用兩種保溫材料組成復合保溫層—石墨聚苯板和VIP真空絕熱板，既能滿足超低能耗的技術要求，又能滿足預制混凝土外墻板的構造要求。

外墻預制構件在工廠加工時，保溫層在模板內按照拉結件排布鋪設，兩層保溫錯縫鋪貼，避免了錨栓穿透VIP真空絕熱板造成的傳熱系數損耗的情況，達到了無熱橋的設計要求。

(3)被動式外窗戶安裝方式的調整

由于裝配整體式結構在施工過程中外立面不設腳手架，窗戶的安裝是在構件廠生產構件時在窗洞口處預留埋件，外窗在外墻施工完成后，從內側安裝。采用吊籃的方式在外立面進行安裝也是可行的，但這種方法施工速度較慢，窗戶的重量也要有所限制。而超低能耗被動窗比一般的節能外窗重很多，從外側采用吊籃的方式進行安裝對安全性有很大影響。為解決這個問題上，我們與構件廠及外窗廠家就型材、連接構造等方面進行反復探討與設計研究，形成了一套解決方案。

在構件加工廠預制外墻時，在外窗洞口附近放置一圈L型高硬度的保溫墊塊然后按正常順序制作構件：澆筑外頁板、敷設保溫層、澆筑內頁板。在澆筑內頁墻時，將經過特殊設計的外窗連接件預埋在窗洞口墻的斷面處。這種新型連接件不僅可以滿足外窗從室內進行安裝的要求，還能將外窗固定在與外保溫材料同一投影界面，確保了保溫系統的連續性，有效避免了冷橋的產生。

(4)新風系統的設計

超低能耗建筑應采用高效的新風熱回收系統，通過回收排風中的能量降低供暖與制冷的需求，實現超低能耗的節能目標。一般的超低能耗住宅采用戶式新風熱回收系統。新風機組可設在生活陽臺、設備間等處。而焦化廠公租房戶型面積很小，套型建筑面積只有40m2、60m2兩種，但戶均人口按2.45人/戶計算，與普通住宅計算人數相同，因此新風量也與普通住宅一樣，為30m3/人·小時。

由于公租房面積小，層高僅為2.8m，考慮到噪聲以及進排風的要求，新風機的位置僅能設置在有廚房的吊頂中，要求新風機組的尺寸規格不得大于1650mm×750mm×250mm。為降低機組運行時噪聲對住戶的影響，需降低風管風速，主風管風速和送回風口為2~3m/s，直風管風速不大于2m/s，室內空氣流速不大于0.15m/s。這種小機型產品目前市場上沒有對應產品，必須為本項目定制研發，我們在與廠家設計研制新產品的同時，也從經濟性、節能型等幾個方面對集中式新風系統與分戶式新風系統進行對比分析。

集中式熱回收新風系統是在每層公共區域設置一臺全熱交換機組，新風通過公共走廊向各房間送風，衛生間回風經過回風總管和熱交換器排至室外。機組夏季制冷和冬季采暖冷熱源為高效空氣源熱泵機組。每層設室外機。每戶在入口玄關的吊頂中設置一臺新風冷熱源一體機，對室內的溫度進行控制。戶外陽臺設室外機，冷媒管穿居室處與窗簾盒及燈帶結合，避免了大面積吊頂，降低了裝修的成本。

三、兩種技術結合的問題與展望

目前，超低能耗建筑的建造方式多采用傳統的施工方式，但其外保溫系統和對氣密性的要求，需要較高的施工工藝才能實現，由此造成現場施工工序增加、施工組織難度增加、施工效率降低。施工質量不容易把控等。

同時許多超低能耗項目不要求全裝修交付，因此在設計上，缺乏新風系統、能耗監控系統與內裝修設計的協調，用戶在后期使用時，維修或重新裝修對有可能對建筑的氣密層造成破壞。

而在本項目的設計實施過程中，我們發現裝配式建筑技術能較好地應對上述問題。工廠化加工可以通過自動化手化解復雜的施工工藝，如果將這部分工作移到工廠完成，會極大地提高現場的施工效率和施工質量。裝配式裝修，采用管線與主體結構分離的技術，建筑的維護和改造不會對氣密層造成破壞。設備點位與內裝部品集成設計，可提升空間效率，方便面用戶使用。預制裝配式混凝土外墻具有很好的防火性能和耐久性能，能確保建筑的安全性和外保溫系統的穩定性。因此裝配式建筑技術與超低能耗建筑技術的結合，能更好地推進超低能耗技術的集成化、工業化，推進綠色節能建筑的發展。我們希望通過項目的努力嘗試與實踐，形成有價值的技術積淀，為促進建筑產業化發展提供的幫助。

與超低能耗建筑技術相比，裝配式建筑技術是通過建筑工業化，減少現場濕作業，減少建筑垃圾、縮短建造工期等，實現保護環境、節約能源的目標，也是推進生態文明的重要的綠色建筑技術。以上內容就是“建筑節能任重道遠：裝配式建筑在超低能耗建筑領域的發展”，更多裝配式新發展新資訊，歡迎繼續關注環球網校裝配式建筑行業頻道!點擊下方免費下載，獲取裝配式精華考點/課程講義。