推介！全国首个钢结构装配式超低能耗示范项目——山东建筑大学教学实验综合楼

推介！全国首个钢结构装配式超低能耗示范项目——山东建筑大学教学实验综合楼

   为全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，教育部学校规划建设发展中心首创“建设绿色、智慧和面向未来的新型校园”引领性教育创新工程。围绕教育高质量发展，从新时代教育的新使命出发，将校园作为学校改革创新的承载体，结合新理念、新技术、新工艺，打造绿色校园样本，树立绿色校园标杆，推广绿色校园典型案例，为全国校园规划建设提供有益借鉴和参考。

   一、项目背景

   “中国将力争2030年前达到二氧化碳排放峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和的郑重承诺。随着碳达峰、碳中和目标行动方案的细化和进一步实施，装配式超低能耗建筑成为我国未来建筑业的发展方向之一。

   装配式超低能耗建筑适应气候特征和自然条件，采用被动式建筑设计、高效设备系统、充分利用可再生能源。以极少的能源消耗，提供高度舒适的室内环境和良好的空气品质，节能率达到90%。采用装配式建造方式，进行系统化生产制造，实现建造过程绿色化和建筑性能绿色化。装配式超低能耗建筑可以充分发挥建筑产业化在施工阶段的优势，在保障工期和工程质量的基础上做到绿色生产、绿色建造，建筑运营期间以极低的能源消耗保障舒适的室内环境，实现建筑全寿命周期的碳排放。

   二、山东建筑大学教学实验综合楼项目简介

   山东建筑大学综合教学楼建设项目位于山东建筑大学新校区校园内的教学区，是国内首个钢结构装配式超低能耗示范项目，总建筑面积9721.05㎡，地上6层，其中1、2层为实验室，3至6层为教学办公室。

   该项目是山东省首批超低能耗试点示范项目，也是国家首个钢结构装配式超低能耗建筑，获得了由德国能源署及住建部科技发展中心联合颁发“高能效建筑-被动式低能耗建筑”质量标识及证书，同时入选了《被动式超低能耗建筑典型案例集》。

建成实景图

样板节点

   三、超低能耗建筑设计

   1.被动式设计

   无论是针对建筑与环境气候的关系，还是建筑物单体形态的设计，或是建筑物围护结构材料的选择与构造设计，都达到了德国能源署对于装配式超低能耗建筑的要求，而且也体现了设计之初就贯彻的被动优先的设计理念。

   在被动优先绿色建筑设计时首先要对整个场地进行详细分析，在充分了解建筑所处的环境条件和气候条件以后，才可以进行建筑场地的规划。为了与周围环境相协调，最大限度地保留了场地内原有的地形，针对场地内建筑所处的环境和气候条件，设计者对建筑形体设计的初步情况进行了场地风环境的模拟。

   在形体处理方面，建筑整体为方形，体形系数保持在0.3以下。建筑的南立面窗户较多，且窗面积较大，北立面则均为小窗。另外，建筑物在遮阳系统的选择上，都采用了“L”型的遮阳板，这种遮阳板的选择不仅可以减少阳光对于室内的直射，还能够减少西晒对建筑的影响。

   在内部空间处理上，建筑物主要是通过设置中庭空间来改善建筑物的室内环境，整个空间内光环境得到极大改善。夏季，通过中庭热压通风所带来的拔风效果，可以减少空调的使用，而冬季，中庭又可以使阳光射入室内，从而提高室内的温度，也降低了冬季供暖设备的使用。

   2.外围护结构

   非透明外围护结构热工性能设计应遵循性能化设计原则和气候适应性原则，通过对建筑进行能耗计算分析后确定保温性能的具体要求，通过隔热和防潮验算验证并确定隔热性能及防潮措施。根据济南的气候特点以及超低能耗的能耗目标要求，外墙采用蒸压加气混凝土外墙板+200mm石墨聚苯板作为外墙主要材料，屋顶和地面采用220mm挤塑聚苯板作为屋面保温材料。

   外门窗采用塑料窗框，配置双银Low-E三层中控玻璃，中空玻璃采用暖边间隔条密封，充惰性气体氩气。被动窗有极好的保温气密性，但自重大。被动式建筑外窗普遍采用外挂式安装，但是外墙采用蒸压加气混凝土板、砌块时，不宜承受悬挂荷载，从结构安全的角度考虑，研究并提出内嵌于蒸压加气混凝土外墙安装超低能耗建筑外窗的结构形式。

外窗安装构造节点图

   无热桥节点构造设计是实现超低能耗建筑目标最为关键的设计内容之一。项目非透明围护结构产生的热桥主要在墙角、雨水管支架等部位处，对于墙角部位产生的结构性热桥采取保温层包覆的处理方式，使该部位热桥系数小于0.01W/（m·k）。以雨水管支架为例，对于雨水管支架连接处产生的不可避免的构造热桥应尽量减少接触面积，最大限度的降低热损失。

墙角、雨水管支架构造节点

   山东建筑大学教学实验综合楼项目气密层材料为15mm水泥砂浆抹灰层，其包含了所有外墙室内侧、地面室内侧、屋面室内侧及楼地面。局部有穿透及打断气密层的部位，用防水隔汽透气膜作为气密性材料粘贴断层处，保证气密性连续。

山东建筑大学教学实验综合楼气密性范围

   装配式建筑的围护层难免会存在大量的安装和拼接缝隙，包括装配式建筑需要一定的弹性或扰度，会影响建筑整体气密性能，针对项目气密层薄弱点，如外墙挂板板间横竖板缝、外墙挂板与楼板等部位，研究制定了相关技术方案，并通过试验验证，在项目中得以应用。

外墙垂直缝节点图（局部展示）

外挂墙板与楼板交接处气密性处理构造图

   3.暖通空调系统

   暖通空调系统采用了可再生能源利用+高效新风系统+温湿度独立控制技术。冷热源机组为一台高温螺杆式地源热泵机组，末端采用干式风机盘管机组，负责室内温度控制，新风机组自带冷源对新风进行深度除湿，承担室内湿度控制。分别在一、三、五层设置一台6000 m³/h的内冷式双冷源新风机组，机组自带板式热回收，热回收效率大于75 %，新风系统支管设电动调节阀，可根据室内二氧化碳浓度调节控制新风量和新风机组的启动。

双冷源温湿分控调节系统构成图

   四、实测与分析

   在建成之后，进行了现场围护结构热工性能测试、室内热舒适环境实测和能源环境系统监测，以验证其运行效果。

   1.建筑热成像分析

   示范工程采用外保温系统，在围护结构无热桥处理及气密性处理方面具有优势。从现场热成像测试情况看，建筑整体保温效果良好，无明显热桥。

南立面热成像

   2.室内温湿度分析

   通过典型房间现场实际测试数据来看，在冬季供暖季节室内温度基本能够维持在20℃上下，个别房间温度可达23℃，测试房间外墙内表面温度及外窗窗框内表面温度与室内空气温度差值≤3℃，满足超低能耗建筑设计要求。

典型房间现场实际测试结果

   3.能源环境系统运行分析

   通过能源环境监测系统平台获得暖通空调系统运行能耗数据，并对部分数据进行对比分析，可以看出：由于项目2017年完成验收，随即进入冬季供暖运行，墙体未完全干透，室内湿度较大，2018年1月1日至1月17日末端系统供暖运行能耗为822.9 kW·h。经过一年多的运行，人员使用率不断提高、围护结构热工性能不断改善、行为节能意识不断增强，末端系统供暖运行能耗下降至653.0 kW·h，节约运行能耗20.6 %。。

2017年与2018年冬季末端系统运行能耗情况对比

   发展超低能耗建筑是符合中国国情、建筑节能发展的必经之路。学校作为社会的重要组成单位，肩负引领绿色发展使命重任，应深入推广装配式超低能耗建筑，提升校园建筑节能水平，努力营造健康、舒适、宜居的校园环境。