裝配式超低能耗木結構建筑設計

1?項目概況山東省某輕型木結構建筑為獨棟美式住宅，共3層，地上2層為輕型木結構，半地下一層為混凝土結構，基底面積178.5?m2，總建筑面積487.6?m2，其中地下108?m2，地上379.6?m2，建筑高度為9.647?m（室外地面至檐口與屋脊的平均高度）。2?建筑技術方案2.1?建筑節(jié)能規(guī)劃設計建筑朝向為南北朝向，主入口設置在西向，主要房間避開了冬季主導風向（北北東），如圖1所示。夏季主導風向為（南南西），夏季和過渡季可采用開啟門窗方式自然通風。南北朝向設計也有利于冬季獲得日照，從而降低采暖能耗需求，減小全年東西向日曬，從而降低制冷能耗需求。圖1?建筑首層平面示意2.2?外圍護結構作法本項目被動區(qū)域包括（半）地下1層，地上2層以及閣樓層。地下室外墻作法：以200?mm厚防水混凝土作為基層墻體，采用厚110?mm的擠塑聚苯板保溫。地上外墻作法：采用輕型木結構木骨架組合墻體，38?mm×140?mm墻骨柱間距406?mm，內(nèi)填玻璃棉，內(nèi)側設置60?mm的設施層（38?mm×30?mm的木龍骨縱向與橫向交錯布置），用于管線布置，以減小對氣密層破壞，同時可進一步填充玻璃棉，增加墻體的保溫性能。木骨架組合墻體外側做石墨聚苯板外保溫，采用長螺釘固定在墻骨柱上，外掛裝飾掛板（水泥纖維板貼石材或文化磚）。外墻構造由外向內(nèi)為15?mm厚裝飾掛板、25?mm通風間層、厚100?mm模塑聚苯板、防水透氣膜、厚12?mmOSB板、玻璃棉、防水隔汽膜、厚9.5?mmOSB板、厚30?mm豎向木龍骨、厚30?mm橫向木龍骨、雙層12?mm防火石膏板（圖2）。（a）（b）圖2?外墻作法示意（a）外墻作法剖面1；（b）外墻作法剖面2面層保溫作法：屋架內(nèi)填充玻璃棉，外側做通風屋瓦屋面。地下室地面：采用擠塑聚苯板內(nèi)保溫。樓地面保溫：首層樓面采用現(xiàn)澆混凝土樓板鋪設擠塑聚苯板，首層以上木結構樓面采用輕型木結構樓板，在木擱柵內(nèi)填充玻璃棉。保溫材料保溫性能：外墻外保溫采用的石墨聚苯板導熱系數(shù)為0.032?W/（m·K），玻璃棉導熱系數(shù)為0.035?W/（m·K）。外窗采用鋁包木型材3層中空玻璃，配置暖邊間隔條，氣密性為8級，水密性6級，防風壓性9級。外門為被動式專用門。圍護結構各部位的節(jié)能措施見表1。表1?圍護結構節(jié)能措施2.3?建筑氣密性措施采取建筑氣密性措施的意義包括改善節(jié)能和提高居住舒適度兩個方面：對于節(jié)能來說，首先通過降低冬季冷風滲透和夏季非受控通風達到降低供熱/供冷需求的目的；其次，避免隨空氣帶入的濕氣侵入造成建筑發(fā)霉、結露和損壞，同時也減少室外噪聲、空氣污染等因素對室內(nèi)環(huán)境的影響，從而提高居住舒適度。對于木結構建筑，如果長期含水率過大，不僅會影響保溫材料的保溫性能，還會造成木材發(fā)霉影響結構性能，所以氣密性對木結構建筑實現(xiàn)超低能耗尤為重要。輕型木結構建筑外圍護構件建筑氣密性能對于實現(xiàn)超低能耗目標非常重要，氣密性措施設計：外墻內(nèi)側采用15?mm防火石膏板，屋面吊頂內(nèi)側采用雙層12?mm防火石膏板，石膏板拼縫處貼專用密封膠帶。建筑內(nèi)側保證連續(xù)的氣密性設計，如圖3所示。圖3?連續(xù)氣密層示意2.4?防潮設計輕型木結構建筑圍護結構的防潮設計根據(jù)項目所在熱工氣候帶，一般采用防水透氣膜和防水隔汽膜配合使用。本項目防水隔汽膜應用于屋面、外墻、外窗內(nèi)側，具有抗氧化、防水、難透氣性；防水透氣膜應用于外墻、外窗外側，具有抗氧化、防水、易透氣性。所選用的防水透氣膜和防水隔汽膜主要性能指標見表2。表2?防水隔汽膜、防水透氣膜性能指標2.5?隔聲設計本項目主要房間的墻體、樓板的隔聲措施有以下幾種。（1）為了增強外墻的空氣隔聲性能，在內(nèi)側石膏板與龍骨之間安裝了隔聲金屬龍骨，可以避免石膏板和緊固件接觸墻體結構構件，有助于緩沖墻面板的振動。（2）選擇密度較高的玻璃棉，增強隔聲性能的同時，也利于提高保溫性能。（3）外飾面材料應用的石材和文化磚石材有利于增加外墻整體的面密度，幫助提高隔聲性能。（4）在木結構樓面上側鋪設40?mm細石混凝土層，提高了樓板的空氣隔聲性能和撞擊聲隔聲性能。2.6?采光設計室內(nèi)天然采光設計主要針對臥室、起居室、休閑室等主要功能空間，通過模擬結果調(diào)整優(yōu)化外窗的位置和大小。菏澤為Ⅲ級光氣候區(qū)，按照GB?50035—2013《建筑采光設計標準》規(guī)定：住宅建筑主要功能房間臥室、起居室（廳）的采光系數(shù)標準值為2?%，室內(nèi)天然光照度標準值為300?lx。模擬結果顯示：所有臥室、起居室、書房、休閑室的室內(nèi)采光系數(shù)平均值達到2?%的要求，采光照度達到300?lx的要求。控制眩光方面，主要功能房間滿足GB?50035—2013《建筑采光設計標準》不舒適眩光指數(shù)DGI≤27的要求。2.7?設備技術方案在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方面采用新風熱回收技術降低新風供熱供冷需求，設置熱泵新風一體機，集制冷、制熱、新風熱交換、新風過濾為一體。新風量具有可調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度進行調(diào)節(jié)和控制，監(jiān)測點設置在每戶起居室。新風機組通風電力需求≤0.45?Wh/（m3·h），見表3。表3?新風機組技術參數(shù)3?建筑能源需求分析為分析建筑典型氣象年的全年能源需求，首先進行建筑的負荷、能耗計算，計算對象為建筑整體，包括地下1層，地上首層、2層和閣樓層。

模擬軟件采用由清華大學建筑技術科學系環(huán)境與設備研究所開發(fā)的Dest–c，該軟件為動態(tài)能耗建筑模擬分析軟件，可實現(xiàn)建筑熱特性分析、建筑全年逐時負荷計算、建筑能耗計算等功能。3.1?室內(nèi)參數(shù)設置人體、家電、照明的散熱量形成的熱（冷）負荷計算時，按空調(diào)連續(xù)運行考慮。室內(nèi)參數(shù)設置見表4。表4?室內(nèi)參數(shù)設置人員在室率、家電使用率、照明開關時間表參照DB37/T?5074—2016《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準》的規(guī)定設置。3.2?新風參數(shù)設置空氣滲透換氣次數(shù)取0.042?h–1；新風量按換氣次數(shù)取0.4?h–1。換氣體積為套內(nèi)使用面積×2.5?m?？紤]人員逐時在室率變化，為了新風機組節(jié)能運行，考慮分時段新風量折減，見表5。表5?新風量設置3.3?空調(diào)系統(tǒng)設置每層劃分為一個系統(tǒng)，采用新風空調(diào)一體機，全熱交換效率75?%，顯熱交換效率88?%，通風電力需求0.45?Wh/m3，排風量為新風量的90?%。3.4?冷熱源設置計算需求能耗與年供冷需求能耗時，按照DB37/T?5074—2016《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準》的規(guī)定設置：空調(diào)機組冬季工況性能系數(shù)取2.0，夏季工況性能系數(shù)取值2.5。3.5?負荷及能耗計算結果根據(jù)DB?37/T?5074—2016《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準》，菏澤供暖期自11月9日至翌年3月18日，供冷期為5月6日至9月30日。根據(jù)模型和參數(shù)設置，計算得到典型氣象年建筑的逐時熱負荷、逐時冷負荷。冬季考慮圍護結構傳熱損失、通風失熱以及內(nèi)部熱源得熱，計算得到熱負荷指標為15.91?W/m2。夏季考慮圍護結構傳熱得熱、輻射得熱、通風得熱以及內(nèi)部熱源得熱，計算得到冷負荷指標為18.09?W/m2。建筑累計供暖、供冷需求指標，以及一次能源需求指標見表6。表6?年供暖（冷）需求指標、一次能源需求指標4?預制裝配率計算項目主體結構、圍護結構均采用工廠預制現(xiàn)場組裝。內(nèi)隔墻中管線、裝修一體化施工，并采用管線分離技術。樓、地面、廚房及衛(wèi)生間的頂面、墻面均采用干式工法。根據(jù)GB/T?51129—2017《裝配式評價標準》計算，項目的預制裝配率為83?%，達到AA級裝配式建筑標準，即預制裝配率76?%~90?%。由于木結構建筑具有主體結構部分全部采用預制構件、內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化的特點，且項目采用了全裝修，實現(xiàn)AA級裝配式建筑較容易，為進一步提高裝配率并達到AAA級要求，需增加干法施工應用部位。5?結束語以1棟2層木結構獨棟建筑為例，通過能耗模擬技術進行建筑能源需求分析，滿足DB37/T?5074—2016《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設計標準》對建筑累計供暖、供冷需求指標，以及一次能源需求指標的要求，項目同時達到了GB/T?51129—2017《國家裝配式評價標準》AA級標準，對于寒冷氣候區(qū)的類似項目具有一定的借鑒作用。裝配式木結構建筑是符合現(xiàn)代建筑產(chǎn)