低碳建筑|上海地区居住建筑超低能耗技术路线研究及经济性分析

新闻咨询 加入时间:2021-01-18 16:13:44 访问量:

以目前国内外发布的超低能耗建筑技术指标为基础,研究上海地区超低能耗居住建筑的能耗特征,探寻适合上海地区居住建筑超低能耗建设的技术路线。以上海地区典型高层居住建筑为研究对象,结合DeST能耗模拟及产品市场调研,进行超低能耗建筑技术经济性的分析。研究结果以期为上海地区居住建筑的低碳执行提供一定助力。

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,总体建设量及建筑使用者对舒适度的要求也在逐步提高,导致建筑能耗占社会总能耗的比重也在逐年增加。据统计,2017年,建筑能耗占全国能源消费比重21.11%;全国建筑总面积643.0亿m 2 ,城镇人均居住建筑面积37.2m 2 ;建筑碳排放CO 2 20.44亿t,占全国能源碳排放19.5%。面对建筑能耗带来的挑战,自20世纪80年代起,全国各地掀起了建筑节能的全面工作。从1986年建筑节能30%的目标,到2005年建筑节能50%的目标,历经30余年的发展,现阶段建筑节能65%的设计标准已经基本普及。此外,德国、挪威、加拿大、美国、日本等国家相继提出了被动房、近零能耗建筑、(净)零能耗建筑等概念。

住建部《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》提出,到2020年,建设超低能耗、近零能耗建筑示范项目1000万m 2 以上。据不完全统计,目前全国被动式超低能耗建筑项目199个,分布于23个省市,总建筑面积超过500万m 2 ,已成为全球发展最快的国家之一。由此可见,超低、近零能耗建筑契合了新时代高质量发展理念,是进一步推进建筑节能和实现可持续性发展的关键举措。

近年来,被动房、近零能耗建筑在我国北方地区迅速发展。但由于我国幅员辽阔,不同地区的文化和气候差异性大,如何建立适合上海地区的超低能耗建筑技术路线及超低能耗建筑的相关经济性研究,成为推动上海地区超低能耗建筑建设的关键问题。

一、标准指标

自2015年河北省发布《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》后,山东省、河南省、青海省、北京市、山东省青岛市等地先后发布了地方性超低能耗建筑的相关规范。

2019年,由国家住建部、国家市场监督管理总局联合发布了GB/T51350—2019《近零能耗建筑技术标准》。2019年3月,上海市住建委发布《上海市超低能耗建筑技术导则(试行)》。上述标准的发布为上海等夏热冬冷地区的超低、近零能耗建筑提供了强有力的指导。

本文聚焦于上海市居住建筑,选取包括上海市地方标准DGJ08-205—2015《居住建筑节能设计标准》《上海市超低能耗建筑技术导则(试行)》、GB/T51350—2019《近零能耗建筑技术标准》以及德国被动房在内的规范标准进行指标对比。各标准的相关指标对比如表1所示。

表 1 居住建筑标准指标对比表

从上述对比可以看出,不论是节能设计标准还是超低能耗、近零能耗建筑的要求,都是建立在保证一定室内舒适性指标的基础之上。《上海市超低能耗建筑技术导则(试行)》、GB/T51350—2019和德国被动房均提出在室内外正负压差50Pa条件下的换气次数n50比较而言,德国被动房的n50最为严格,为0.6次/h。另外,由于气候条件及空调采暖方式的不同,各标准对于采暖和制冷能耗的要求也不尽相同,因此对于上海地区居住建筑的低能耗建筑技术路线研究,需建立在差异分析的基础上。

二、上海地区居住建筑能耗特征及低能耗建筑技术路线

上海市位于中国南北海岸中心点,为长江和黄浦江入海汇合处,属亚热带季风性气候,四季分明,日照充分,雨量充沛,总体气候温和湿润,春秋较短,冬夏较长。与德国等欧洲国家及我国北方地区的居住建筑相比,上海地区居住建筑降低能耗需考虑以下事项。

(1)需兼顾采暖和空调能耗。德国等欧洲国家及我国北方地区居住建筑能耗主要为采暖能耗,且多为集中供暖,再附加部分空调能耗。但是上海地区居住建筑主要包括空调制冷能耗、采暖能耗和为消除间歇用能而导致的冷热负荷的能耗。

(2)需考虑除湿能耗。上海地区处于沿海地区,较为湿润,特别是梅雨季节易出现返潮现象。与其他气候较为干燥的地区相比,除湿能耗占比较高。在考虑除湿能耗的同时,应注意加强防潮设计,对无地下室的建筑地面宜考虑设置防潮层或设架空地板。

(3)需考虑户间传热。上海地区的居住建筑,独户住宅较少,以多层和高层居住建筑为主。因此,户间传热导致的冷热负荷及能耗的增加也不容忽视。近年来,分户楼板的保温做法在部分集中空调采暖的居住建筑中也都有采用。

(4)需考虑遮阳设计。上海全年太阳辐射强度较为均匀,太阳辐射得热对于冬季热负荷的降低有所帮助,而在夏季,宜通过合理的措施降低太阳辐射得热,因此需结合冬夏太阳高度角的变化特点,因地制宜进行遮阳设计。

(5)需考虑自然通风设计。根据多数上海地区居民的生活习惯,开窗通风的行为方式较为根深蒂固。合理利用过渡季的自然通风等被动式条件,不但有利于居住者的身心舒适,还有利于建筑能耗的降低。

基于上海地区居住建筑的上述特点,打造超低能耗建筑可考虑如下技术路线,具体如图1所示。

图 1 上海地区居住建筑超低能耗建筑技术路线

三、上海地区居住建筑围护结构保温经济分析

通过对上海地区居住建筑能耗特点分析及技术路线研究发现,优化围护结构热工性能是打造超低能耗建筑的关键技术之一。基于上海地区气象条件、建筑特点,如何选取经济性良好的围护结构保温材料是目前亟待研究的关键问题之一。为解决以上问题,本文通过DeST软件,对上海市某高层住宅进行建模分析,比较不同传热系数、不同保温材料的经济性。

居住建筑内人员、设备、照明内热根据《上海市超低能耗建筑技术导则(试行)》设定如表2所示。居住建筑空调系统设定为独立空调加全新风系统,新风机组设置全热回收,热回收效率为60%。

表 2 居住建筑供暖空调系统运行时间、房间人员、设备、照明内热设置

1、 外墙

外墙常用的保温材料有泡沫玻璃、挤塑聚苯板、模塑聚苯板、石墨聚苯板和硬泡聚氨酯。根据市场调研,其成本汇总如表3所示。

表 3 上海地区超低能耗居住建筑外墙保温成本增量汇总表

根据DeST模拟结果及上述成本调研,不同外墙保温材料、不同传热系数的SIR计算值可知,随着传热系数的降低,SIR值呈下降趋势,且传热系数越低,SIR值下降越快。常用外墙保温材料中,模塑聚苯板、聚氨酯保温板、石墨聚苯板的SIR值接近且相对较高,挤塑聚苯板次之,泡沫玻璃的SIR值最低。

2、 屋面

屋面常用的保温材料有挤塑聚苯板、石墨聚苯板、模塑聚苯板、岩棉板和岩棉带。根据市场调研,其成本汇总如表4 所示。

表 4 上海地区超低能耗居住建筑屋面保温成本增量汇总表

根据DeST模拟结果及上述成本调研,不同屋面保温材料、不同传热系数的SIR计算值可知,随着传热系数的降低,SIR值呈下降趋势,当屋面传热系数降低至0.2W/m 2 ·K时,各保温材料的SIR值基本接近一致。上海地区常用屋面保温材料中挤塑聚苯板的SIR值最高,石墨聚苯板次之,岩棉带SIR值最低。

3、 外窗

外窗常用的做法有塑钢窗、铝木复合窗和铝合金窗。根据市场调研,其成本汇总如表5所示。

表 5 上海地区超低能耗居住建筑外窗系统成本增量汇总表

根据DeST模拟结果及上述成本调研,由不同外窗类型、不同传热系数的SIR计算可知,外窗随热工性能提升的成本增量较大,因此这部分投资收益比SIR值均较小。随着热工性能提高,随着SIR值降低,曲线将会趋于平缓。

四、结 语

在建筑节能如火如荼发展的时代,降低建筑能耗已经成为推进新型城镇化建设的重要举措。欧美等发达国家及我国北方部分地区已经出台多项相关政策标准,以推动超低能耗建筑发展。上海地区推动超低能耗建筑发展,应考虑其地理位置、气象条件及居民生活习惯等多方面因素,选择适宜的技术路线及策略。

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