1、項目背景

河北省雄安新區(qū)城鄉(xiāng)管理中心綜合服務中心，是北京市貫徹落實支持雄安新區(qū)建設的超低能耗裝配式綠色示范項目，也是貫徹落實《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》實施的建設項目。該項目承擔著政務服務、展示交流、企業(yè)辦公、會議培訓等多項功能。該項目總用地面積13000m2，總建筑面積5173m2，地上3層，局部5層，建筑高度為22.8m，建筑結構形式為鋼框架結構，按被動式超低能耗建筑設計。

該項目建設單位為北京住總集團。2018年5月開始進行主體結構施工，當年11月交付。該項目實現了建筑設計與超低能耗、裝配式鋼結構技術的結合，同時也實現了立面造型與遮陽、光伏發(fā)電、被動式木鎖門窗、鋁板幕墻及屋頂被動式陽光房等多項技術的完美結合。

2、項目建設目標及規(guī)范要求

2.1  建設目標和主要內容

項目所屬的氣候區(qū)為寒冷(B)區(qū)。建筑目標為被動式超低能耗綠色建筑，滿足住建部被動式超低能耗綠色建筑示范工程的性能指標要求。建筑朝向為正南北向，建筑體形系數0.186，窗墻面積比分別為：北向0.28，南向0.45，東向0.30，西向0.35，單一朝向窗墻比均≤0.70。

該項目在目標確定的基礎上，實現建筑整體達到被動式超低能耗建筑的要求，同時對功能空間進行新的設計，賦予建筑既能充分展示被動式超低能耗建筑技術與相關產品部件，也能夠體驗被動式超低能耗建筑的舒適性與先進性。以體驗式、綠色化、智能化為主要特色，集中展示了鋼結構與被動式超低能耗建筑體系的結合，以及光伏發(fā)電系統、凈水系統、地源熱泵系統、節(jié)能環(huán)保材料、智慧建筑和智能安防等先進技術。

2.2  示范目標及要求

(1)住建部對超低能耗綠色建筑要求如下：公共建筑供暖、空調和照明能耗(計入可再生能源貢獻)在GB50189─2015《公共建筑節(jié)能設計標準》基礎上降低60%以上，氣密性指標應符合換氣次數N50≤0.6h-1，室內環(huán)境標準達到GB50736─2012《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》中的Ⅰ級熱舒適度。

(2)德國能源署要求(北京地區(qū)標準)如下：年供暖需求≤15kWh/(m2˙a)，年供冷需求≤18kWh/(m2˙a)，一次能源年消耗量≤120kWh/(m2˙a)，氣密性測試指標應符合N50≤0.6h－1。

3、建筑節(jié)能技術設計

本項目建筑節(jié)能技術包括建筑節(jié)能規(guī)劃設計、圍護結構節(jié)能技術、自然通風及遮陽節(jié)能技術、暖通空調和冷熱源系統技術、照明等技術、監(jiān)測與控制技術以及可再生能源利用技術等。

3.1  建筑節(jié)能設計

本項目在被動式超低能耗基礎上又創(chuàng)新加入了“鋼結構＋裝配式”。其原因如下：一方面，鋼結構具有自重輕、強度高、施工快捷、管線布置方便、施工環(huán)境污染少等優(yōu)點；另一方面，裝配式施工能夠保證構件質量，縮短施工工期，并有效減少周轉料具、人工和材料成本支出。被動式超低能耗關鍵技術包括高效保溫隔熱系統、無熱橋構造系統、高性能保溫門窗系統、良好氣密性及高效熱回收系統。采用鋼結構裝配式超低能耗體系將鋼結構、裝配式體系與被動式超低能耗技術融為一體，推動節(jié)能技術與裝配式綠色建筑技術的結合發(fā)展。

3.2  圍護結構節(jié)能技術

(1)非透明圍護結構措施。外墻采用300mm厚巖棉條，傳熱系數K=0.130W/(m2˙K)，材料導熱系數λ≤0.048W/(m2˙K)；屋面?zhèn)鳠嵯禂礙=0.080W/(m2˙K)，采用400mm厚擠塑聚苯板，材料導熱系數λ≤0.032W/(m2˙K)；地面采用200mm厚擠塑聚苯板，傳熱系數K=0.150W/(m2˙K)，材料導熱系數λ≤0.032W/(m2˙K)。與土壤接觸的地下外墻基礎、柱子基礎外粘貼200mm擠塑聚苯板保溫。

(2)外窗及外門措施。外窗采用木索結構窗，3層玻璃＋暖邊充氬氣雙Low-E玻璃，傳熱系數K=0.8W/(m2˙K)，太陽得熱系數(SHGC)=0.45；鋁包木窗加暖邊，傳熱系數K=0.8W/(m2˙K)，SHGC=0.45。

鋁包木門窗及木索結構優(yōu)勢如下：使用木材作為窗戶的框材，綠色環(huán)保，木質紋理自然美觀，木材屬于可再生地上資源；木材導熱系數低，窗戶的保溫性能與隔聲性能優(yōu)異；木材表面采用水性環(huán)保涂料涂刷，沒有甲醛、苯等有害物質。首層南側入口外門采用鋁包木外開門(低門檻)，外門傳熱系數K≤1.0W/(m2˙K)；東、西側入口外門采用被動房門，傳熱系數K≤1.2W/(m2˙K)。

依據GB/T7106─2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》相關規(guī)定，外門窗氣密性等級不應低于8級、水密性等級不應低于6級、抗風壓性能等級不應低于9級。

南立面遮陽采用帶光感追蹤、自動調節(jié)的機翼遮陽板，在炎熱夏季，機翼遮陽板可以根據太陽高度角的變化自動調節(jié)百葉角度阻擋太陽輻射進入室內，確保夏季室內涼爽舒適，降低空調能耗。東、西外窗均設置可調節(jié)的電動活動鋁合金百葉外遮陽。可調節(jié)外遮陽和外窗間距＞100mm，以免外窗玻璃被加熱，導致熱傳導，增加能耗。屋頂采光窗部分采用遙控活動外遮陽系統。

關鍵熱橋處理措施如下：①外墻保溫采用單層巖棉條保溫粘貼加斷熱橋錨栓固定施工體系；②屋頂采光棚采用節(jié)點進行斷熱橋處理；③外窗、外門均采用外掛式安裝方式，在門窗洞口處采取方鋼或槽鋼與主體固定，門窗斷熱橋的錨固件與鋼框固定，并盡量采用減少接觸面積、增加隔熱間層及使用非金屬材料等措施減少熱損失；④管道穿外墻部位預留套管并預留足夠的保溫間隙；⑤開關、插座接線盒等不應置于外墻上。

屋面保溫層處理措施如下：女兒墻構造柱之間填充300mm厚巖棉，伸入屋面長度≥500mm，確保外墻與屋面的保溫層連續(xù)；屋面保溫層靠近室外一側設置防水層，防水層應延續(xù)到女兒墻頂部蓋板內，使保溫層得到可靠防護；屋面結構層上、保溫層下設置隔汽層；屋面隔汽層設計及排氣構造設計應符合現行GB50345─2012《屋面工程技術規(guī)范》，保證屋面與外墻保溫層的連續(xù)。

(3)氣密性處理措施。該建筑為鋼結構，內部抹灰層可作為氣密層，不同構件連接處采用特殊密封膠帶粘貼，如外窗與墻體連接部位、穿墻管道處等部位均需做氣密性處理，確保建筑整體滿足氣密性。氣密性測試換氣次數N50≤0.6h－1，最終氣密性檢測結果為0.54h－1，滿足項目要求。

3.3  自然通風節(jié)能技術

本項目建筑設置新風系統，提供24h不間斷新風。建筑坐北朝南，使過渡季能夠有效利用自然通風。

3.4  高效熱回收新風系統技術

本項目暖通空調設計共采用2臺立式新風機組、1臺組合式空調機組設備，3臺主機均安裝在5層新風機房內。組合式空調機組服務對象為首層大空間展廳，兩臺新風機組，其中1臺服務于1層、2層(除大空間展廳部分)展廳部分，另1臺服務于3層辦公區(qū)及4層健身房。新風熱回收系統擁有高效的全熱回收裝置，可以對新風起到冬季加熱、夏季除濕的功能，熱回收裝置的顯熱回收效率為75.76%。

考慮到噪聲及舒適性問題，設備均采用低噪聲型，并設減震裝置；風機等設備設在單獨機房內，機房設吸聲減噪隔震措施；機組與風管連接處采用柔性接管；土建風井由建筑專業(yè)做好消聲處理；所有吊裝風機均采用彈性吊桿，柔性連接；風管內風速≤3m/s，風口處風速≤1m/s。高效熱回收新風系統圖見圖1。

圖 1  高效熱回收新風系統圖

3.5  暖通空調和冷熱源系統技術

(1)空調系統。該項目采用集中新風+風機盤管的空調系統，其中新風系統能夠承擔部分室內冷熱負荷，風機盤管作為輔助供冷供暖方式，在夏季及冬季極端天氣下開啟。

該項目采用的新風機組集新風、凈化、制冷、除濕、制熱功能于一體的多功能用途機組，該機組與室內風管和出風口連接后成為一個室內空氣處理系統，能根據客戶需求，為用戶提供潔凈、舒適的室內居住環(huán)境。其工作原理如下：空氣循環(huán)系統由兩股空氣流組成，即室外新鮮氣流、室內污濁氣流。室外新鮮氣流：室外新鮮空氣(新風)從室外依次經過新風風閥、新風過濾器、全熱能量交換器、然后由循環(huán)送風機正壓經過PM2.5過濾器后送入室內。室內污濁氣流：室內污濁空氣(來自衛(wèi)生間)依次經過污濁空氣過濾器、全熱能量交換器，然后由排風機送至室外。

(2)冷、熱源系統。新風和風機盤管的冷熱源均由動力中心的地源熱泵機房供應，具有高效節(jié)能的特點。夏季冷凍水供回水溫度分別為7℃、12℃；冬季空調熱水供回水溫度分別為45℃、40℃，供空調新風機組、組合式空調機組和風機盤管。

(3)自動控制系統。自動控制系統采用直接數字式監(jiān)控系統，在空調控制中心能顯示打印出空調、通風、制冷等各系統設備的運行狀態(tài)及主要運行參數，并進行集中遠距離控制和程序控制。水泵、風機等采用高效節(jié)能產品，并采用變頻控制等節(jié)電措施。

3.6  照明等節(jié)能技術

光源均選高效LED節(jié)能光源和燈具，比普通節(jié)能燈節(jié)能50%以上；公共樓梯間等公共照明采用聲光控燈，火災時強啟；展廳、電梯廳、走廊等采用LED節(jié)能燈；照度標準按現行GB50034─2013《建筑照明設計標準》執(zhí)行。主要工作場所照明系統參數設置見表1。

表 1  照明系統參數設置表

3.7  監(jiān)測與控制技術

本監(jiān)測平臺利用建筑信息模型技術，將精細化設計、施工的理念運用到精細化運維管理中。本監(jiān)測平臺通過監(jiān)測空調系統(冷熱源系統、輸配系統、末端系統)、照明系統以及電氣設備用電情況、各項用水指標情況，同時監(jiān)測室內外各項舒適性指標(溫度、相對濕度、CO2濃度、PM2.5濃度等)，綜合判斷各項用能指標，診斷能源狀況，制定節(jié)能策略，最終保證被動式超低能耗建筑真正落地。監(jiān)控平臺主要包括能耗分析系統(能耗分析和上位機)、舒適性檢測系統(環(huán)境探測器)、能耗檢測系統(限電器、智能電表)和智能能照明系統(智能照明)等，通過集中器將各系統連接起來。

3.8  可再生能源利用技術

在被動式超低能耗建筑供冷供熱能耗大幅下降的情況下，該項目使用可再生能源光伏發(fā)電系統可抵消一部分能源消耗。

光伏發(fā)電系統：設置300片光伏板，光伏組件尺寸為1680mm×992mm，即發(fā)即用；年單位面積平均發(fā)電量為21.34kWh/m2，年光伏發(fā)電總量約為110376.00kWh。地源熱泵技術屬可再生能源利用技術：地源熱泵是利用地球表面淺層地熱資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。

地源熱泵屬經濟有效的節(jié)能技術，地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%。另外，地能溫度較恒定的特性，使熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統的高效性和經濟性。

地源熱泵污染物排放：與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上；與電供暖相比，相當于減少70%以上。

光伏發(fā)電和地源熱泵屬清潔能源：本項目清潔能源利用率占建筑總能耗的54%左右。

4、項目能耗指標計算

該項目根據住建部被動式超低能耗綠色建筑示范工程技術要求與德國被動房的性能指標要求進行設計。結合項目實際情況，綜合考慮技術指標和經濟指標，采用DeST建筑能耗模擬軟件和德國PHPP計算軟件進行能耗設計。

4.1  建筑基本信息

該項目建筑體形系數見表2，建筑窗墻比見表3。

表 2  建筑體形系數

表 3  建筑窗墻比

4.2  建筑模型建立

該項目根據委托方提供的建筑設計圖紙、暖通設計圖紙及其他相關資料采用DeST軟件建立建筑綜合能耗分析模型。該項目模擬建模示意圖如圖2所示。

圖 2  模擬建模示意圖

(1)氣象數據。雄安新區(qū)未來城市生活體驗館位于河北省保定市，屬寒冷B區(qū)。本文采用DeST軟件內置保定市氣象數據進行計算。

(2)圍護結構信息。該項目建筑圍護結構各部位保溫材料及傳熱系數見表4。

表 4  建筑圍護結構各部位保溫材料及傳熱系數

本報告依據項目建筑節(jié)能計算書設置設計建筑和參照建筑圍護結構熱工參數(傳熱系數K、遮陽系數SC)，如表5所示。

表 5  圍護結構熱工參數對比表

(3)室內設計參數。室內設計參數參考GB50736─2012，如表6所示。

表 6  室內設計參數

設計建筑采用高效節(jié)能燈，參考建筑采用節(jié)能熒光燈照明功率密度，如表7所示。室內人員、設備的作息時間以及功率的設定，設計建筑與參照建筑相同。

表 7  照明系統參數設置

(4)供暖空調系統設計。設計建筑與參照建筑采暖空調系統形式對比，如表8所示。

表 8  采暖空調系統形式對比

(5) 遮陽參數設計。設計建筑南向采用機翼型外遮陽系統，東、西、外窗均設置可調節(jié)的電動活動鋁合金百葉外遮陽。參照建筑無滑動外遮陽。

4.3  模擬結果

該項目設計建筑與參照建筑負荷模擬采用DeST軟件，根據河北省保定市典型氣象年的氣象數據進行計算。

(1)計算結果。年供冷需求＝總冷負荷/建筑面積，年供暖需求＝總熱負荷/建筑面積，該項目設計建筑和參建筑的冷熱負荷計算結果對比，如表9所示。

表 9  負荷計算結果對比

年一次能耗指標＝年一次能耗/建筑面積，該項目設計建筑和參考建筑年一次能耗(供冷能耗+供暖能耗+照明能耗)計算結果對比，如表10所示。

表 10  年一次能耗計算結果對比

(2)節(jié)能率。該項目年一次能耗指標設計建筑為42.69KWh/(m2˙a)，參照建筑為115.69KWh/(m2˙a)，節(jié)能率＝(設計建筑能耗指標—參照建筑能耗指標)/參照建筑能耗指標。計算可得該項目設計建筑年一次能耗節(jié)能率為63.10%。

5、項目技術創(chuàng)新點

以鋼結構+裝配式+被動式超低能耗技術體系相結合的示范項目，在國內尚屬首例，為今后的鋼結構裝配式被動式超低能耗項目積累了經驗，有助于推動未來節(jié)能技術與裝配式綠色建筑技術結合的發(fā)展。

項目技術創(chuàng)新點如下：

①在被動式超低能耗的基礎上加入“鋼結構+裝配式”，在獨立基礎上組裝鋼結構框架，用現澆混凝土將壓型鋼板和鋼結構框架澆筑成裝配式結構一體化；采用錨栓與輔助焊接方式加強預制構部件結構強度，由專業(yè)密封膠密封縫隙；采用鋼結構裝配式超低能耗建筑系統將鋼結構與裝配式體系與被動式超低能耗建筑的優(yōu)良品質技術融為一體，推動未來節(jié)能技術與裝配式綠色建筑技術結合的發(fā)展。

②將被動式技術，如保溫、斷熱橋、高效節(jié)能門窗、遮陽、帶熱回收新風系統、建筑氣密技術等與建筑立面及空間統一協調進行性能化設計。

③采用被動式木索結構門窗，提高建筑南側外窗采光的通透性；高效節(jié)能的外保溫系統，對所涉及的熱橋部位和氣密性措施進行精細化設計，以保證節(jié)能性、安全性、耐久性及室內舒適性的實現。

④采用特殊的鋼結構斷熱橋節(jié)點連接幕墻與主體，在保證結構穩(wěn)定性的基礎上減少熱橋損失，取得良好效果。

6、項目技術經濟分析

6.1  項目投資分析

項目總投資9000萬元，資金為公司自籌。與我國公共建筑65%節(jié)能設計標準相比，按照被動式超低能耗建筑技術標準進行設計與建造，項目單位面積增量成本為1480.71元/m2，總增量成本為765.95萬元。

6.2  項目效益分析

(1)節(jié)能分析。該項目為超低能耗建筑，在降低能耗的基礎上，提高了資源利用率，有利于保護生態(tài)系統，減少室內空氣污染及對土壤、水資源和作物的危害，減緩氣候變化。

(2)環(huán)境影響分析。該項目圍繞“被動式超低能耗綠色建筑”的建設目標，實現了降低建筑能耗，降低建筑供暖供冷需求，以更少能源消耗提供舒適室內環(huán)境的目標，還可以有效減少CO2等溫室氣體的排放。

(3)市場需求分析。該項目地處寒冷地區(qū)，建筑單體為多層建筑，是寒冷地區(qū)鋼結構裝配式被動式超低能耗建筑的示范基地，將加大建筑節(jié)能力度，拓寬市場需求。

(4)示范項目推廣前景分析。該項目作為鋼結構裝配式被動式超低能耗項目，可以為今后鋼結構裝配式被動式超低能耗項目積累經驗。

6.3  項目風險分析

(1)技術風險分析。鋼結構裝配式超低能耗綠色建筑在我國尚處于起步階段，缺乏可供參考的成功案例和相關技術標準，在設計指標的確定、技術措施的集成方面存在一定的技術風險。項目技術團隊將依托住建部組織的技術專家組開展攻關，突破相關技術難題風險。

(2)經濟風險分析。與我國現有的公共建筑節(jié)能設計標準相比，被動式超低能耗綠色建筑在單體的圍護結構及門窗保溫隔熱性能、氣密性、高效設備系統集成以及建筑智能化系統配置方面都將有極大的優(yōu)化提升，必然帶來較大幅度的成本提高，也給項目建設方帶來較高的資金壓力與投入風險。項目建設單位將立足于優(yōu)選國產高性能建材和高效率設備，有效控制項目建設成本，保證項目的順利建設。

7、結  語

該項目建設結合建設單位技術優(yōu)勢，打造4個方面集成優(yōu)勢(裝配式鋼結構與超低能耗建筑的集成，內裝工業(yè)化與智能家居的集成，建筑信息模型智能制造與設計-采購-施工總承包模式產業(yè)鏈實施的集成，模擬城市與實體城市的集成，滿足綠色建筑“三星”、住建部“超低能耗被動式示范項目”及德國能源署被動房指標要求，踐行了“雄安標準”與國際標準的對接，具有一定的示范意義。

作者簡介

劉郁林，主要研究方向為超低能耗建筑性能化設計與咨詢、綠色建筑設計與咨詢。

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