打开文本图片集

摘要 ：建筑节能设计已经成为行业的趋势。零能耗建筑设计案例也层出不穷。每个企业对建筑设计有自己企业的特点。作为日企，在工厂区设计办公楼时，外墙普遍采用金属夹芯板。金属夹芯板为建筑外墙的办公楼建筑，定义为零能耗建筑来设计时，会遇到很多问题点。外墙开口部位；屋面集水口部位；出屋面设备管道部位是防水处理比较复杂。这些部位，同时想做到保温层和气密层的连续性，会出现很多新的问题点。为了可再生能源产能大于或等于建筑全年全部的能耗用量，在有限的办公楼屋顶上设置太阳能板提供办公楼建筑全年全部的能耗，会遇到太阳能板可设置面积不足等问题。以上问题，在本文中进行探讨。

关键词：办公楼、建筑设计、零能耗、金属夹芯板、冷桥处理、保温性、气密性

引言

2020年9月第75届联合国大会上习主席承诺：CO2排放争取于2030年前达到峰值;争取2060年前实现碳中和。2022年3月11日，住建部发布了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，提出到2025年，城镇新建建筑全面建成绿色建筑。

笔者所在公司为了迎合国家政策的号召，作为建设行业，不断地学习零能耗建筑相关知识，而且实际设计和施工零能耗建筑当中积累了一些宝贵的经验。

行业内，零能耗建筑的外墙，通常是砖砌墙或是预制混凝土墙。砖砌墙的外侧贴个保温层，做外保温结构外墙空隙少，气密性比较容易提高等级。砖砌墙属于是湿式功法，外墙完成面是涂料或瓷砖时，耐久性较差。预制混凝土外墙时，造价较高。

金属夹芯板外墙外观整洁大方。属于是干式功法。干式功法有：工期短，施工质量容易保证，施工现场干净整洁，造价低等优点。

零能耗建筑对建筑主体结构的保温性和气密性要求较高。金属夹芯板的自带保温层，但厚度是有限的。夏热冬冷地区，光靠金属夹芯板自身厚度是很难达到零能耗建筑要求的保温层厚度。外墙内侧需要增设带保温层的隔墙。

气密性方面，金属夹芯板的外墙不同于砖砌外墙，是由金属板拼接成面，有较多的空隙。为了提高建筑的整体气密性，外墙需要追加隔气层。

以传统建筑做法为基础，为了满足零能耗建筑的设计需求，优化以及调整的节点，通过以下案例分析，探讨合理有效的零能耗建筑做法。

1. 案例项目概况

案例项目在合肥（以下简称合肥项目），属于夏热冬冷气候地区。办公楼是工厂区内的一座独立建筑，设计定位是零能耗建筑。建筑层数 地上 3 层，地下 0 层，总建筑面3195㎡，占地面积1014㎡，钢筋混凝土框架结构，金属夹芯板外墙，混凝土屋面。

设计上采取的措施：

本项目设计遵循“被动优先，主动优化”的原则，减少室内环境的能耗需求为目标，优先采用建筑遮阳措施、节能型门窗、围护结构保温层等被动式措施降低建筑供暖需求，并提高设备能效和设置可再生能源利用设备，实现建筑能耗的大幅度减少，达到零能耗建筑技术标准的设计要求。

本项目利用金属夹芯板作为项目整体断热桥处理措施，保证建筑整体的外墙保温效果。

外墙内侧隔墙设置的隔气膜连续完整，外窗采用断热型材，玻璃选用三玻两腔低辐射中空窗（充氩气），并采用耐久性良好的暖边间隔条，入口处设置由两侧玻璃幕墙构成的门斗。

对于能源设备和系统，本项目办公楼中，会议室、办公、食堂等区域设置多联式空调机组，所有机型选型均满足一级能效。新风采用全热交换器，全热交换效率不低于 70%。

采用节能照明及节能电梯，生活热水系统使用市政提供的 0.8MPa 饱和蒸汽和太阳能热水作为热源，并在办公楼屋面及自行车棚上设置太阳能光伏发电系统，最终经计算得可再生能源年产能大于建筑全年全部的能耗用量。

预计效果：建筑能耗综合值0 kWh/㎡·a，建筑本体节能率 38.8 %，建筑综合节能率 100 %，可再生能源利用率 127.39% %，满足零能耗建筑要求。

2 零能耗建筑做法分析

2.1 外墙保温做法

本项目采用了性能化设计，根据《近零能耗建筑技术标准》，夏热冬冷地区公共建筑外墙平均传热系数 K 推荐值为 0.15～0.40。 本项目为框架结构，外墙主体部分采用金属岩棉夹芯板外墙，金属夹芯板墙体内岩棉保温层厚度为 50mm（导热系数 0.040 W/（m·K），燃烧性能 A1 级）。 内侧保温材料为 130mm 玻璃棉 （导热系数 0.040W/（m·K），燃烧性能 A1 级）。 外墙传热系数为 0.37W/（㎡·K）。（注：金属夹芯板作为项目整体断热桥处理的措施，未参与外墙平均传热系数的测算）。

内侧保温材料在柱子和梁的位子是断开的。柱子和梁的外侧部位保温材料改为50mm厚的挤塑板，贴在柱子和梁的外侧。为了便于施工，固定金属夹芯板的檩条和柱子之间的缝隙，加大了挤塑板的厚度，缝隙调整为70mm。比通常的外墙檩条多悬挑了50mm（图1）。

小结：通过在外墙内侧增设隔墙，以及在隔墙内填充保温棉的做法，弥补了金属夹芯板保温层厚度不足的问题；柱子和梁外侧贴挤塑板保温层的做法，因柱子和梁自身有足够的厚度，适当的减少了保温层厚度保温效果几乎没受影响。但有效的降低了现场的施工难度，同时做到了保温层的连续性。

2.2 屋面集水口保温做法

保温屋面构造：

1）70 厚 C25 细石混凝土，内配 ø6＠150X150 CRB550 焊接钢筋网

2）125 厚挤塑聚苯乙烯板（XPS）（ B1 级）

3）4 厚 SBS 单面自粘防水卷材37

4）3 厚 SBS 单面自粘防水卷材

5）20 厚 1 ：3 水泥砂浆找平层（如果结构面板可以满足平整度要求可不做

6）钢筋混凝土结构屋面板（结构找坡）

注：该屋面保温形式采用倒置式，按《倒置式屋面工程技术规程》

根据（JCJ230-2010）的相关要求，该屋面保温材料挤塑聚苯板 XPS（B1 级）的计算厚度为 100 厚；设计厚度为125 厚。

图2是普通建筑的屋面集水口节点，图3是零能耗建筑屋面集水口节点。普通建筑在集水口周边不设置屋面保温层，防水层可以直接跟集水侧排雨水斗连接。形成一个连续的屋面防水层。

零能耗建筑时，为了做到连续的保温层，侧墙雨水斗的下方也设置了保温层，保温层下方的防水层无法跟侧排雨水斗连接。防水层设置在保温层的上方，就成为屋面正置式屋面，还需要设置大量的排气孔，正置式屋面容易漏水等诸多缺点。倒置式屋面的做法，在屋面积水口位子与侧排雨水口不能直接连接成了问题点。

本项目中的对策是，传统的侧排雨水斗连接了保护层，主要排的是保护层上方的雨水。渗到保护层下方的雨水，通过新增设的侧面排水口排出去。此排水口与屋面防水层连接。解决了防水层上方的积水问题。

小结：屋面集水口附近，为了做到保温层的连续性，侧向排水口需要设置两个侧面排水口。保温性能比起一般建筑有所提高，但增加了现场的施工难度，今后的节点做法上需要进一步改进。

2.3 出屋面设备管道部位

图4是传统的出屋面设备管道的处理方式，管道垂直方向穿过屋面防水层。这种做法是先破坏屋面防水层后，在封堵缝隙的做法。封堵的缝隙部位有漏雨水的风险。

为了避免设备管道垂直方向直接穿透屋面防水层，在屋面设置了设备管道小屋（图5）。所有设备管道集中在管道小屋处，管道从小屋的侧面外墙伸出屋面，降低了漏雨水风险。

零能耗建筑时，外保温覆盖整个管道小屋的外侧，混凝土小雨棚改成局部金属板的小雨棚（如图6）。保留小屋的内保温层，增加小屋的保温性。伸出室外的管道也要用保温层包裹。设备管道伸出部位，气密性管理上是薄弱部位。管道周边用发泡胶填充固定，并且在外侧做盖板，盖板与墙体之间的缝隙也要打胶处理。

小结：出屋面设备管道小屋的做法，有效的降低了漏雨水的风险。预留孔和管道之间有较大的缝隙，气密性方面是难点。设计时不易预留过大的孔，预留的孔需要打发泡胶以及外侧的挡风板周边缝隙需要打胶等，需要严格的气密性管理以及施工。

2.4 外墙与地面连接部位

从地面1m范围内的室外部位，受到室外气温的影响比较明显。为了防止冷桥，外墙下方的地梁，地上部分和地下1m范围内，地梁的外侧需要贴保温层。保温层的外侧有保护层（图7）。

小结：接近地表面的室外土壤温度是跟着室外气温会变化的。连接部位会形成冷桥，需要防止。室内地面下方的土壤温度是稳定的，今后项目中可以考虑优化利用。

2.5 外墙设备风口部位

设备管道是直接连接室外空气的。设备管道的室内部分需要用保温层包裹。设备管道口和外墙的连接部位是气密性管理上薄弱部位。设备管道要和隔气膜需要无缝连接（图8）。

小结：在本案例中，为了提高气密性设计上设置了隔气膜。但实际施工当中，通过隔气膜做到严丝合缝的标准，施工难度较高。为了进一步确保气密性，后期调整的措施是，保留隔气膜的同时，把外墙内侧隔墙中的石膏板当作第二道隔气层。石膏板和地周边打胶处理，形成第二道隔气层。

2.6 外墙开口部位

窗户采用断热型材，玻璃选用三玻两腔低辐射中空窗（充氩气），并采用耐久性良好的暖边间隔条，①南、北向外窗及一层幕墙：70系列内平开隔热铝合金窗 6+12Ar+6+12Ar+6Low-E；②东、西向外窗及幕墙（不含一层幕墙）：70系列内平开隔热铝合金窗 6+19Ar（百叶）+6+12Ar+6Low-E，K=1.9 W/（m²·K），具有较好的节能性与经济性。通往室外空间的透光/不透光门传热系数≤1.80W/（㎡·K），气密性等级不低于 7 级。

窗户是固定在与檩条外侧齐平的位置，这个位置与金属夹芯板形成连续的保温层。零能耗建筑设计时，主要保温层设置在檩条的内侧隔墙内。与窗户之间有一定间隔，为了保温层的连续性，窗户和内侧保温层之间的间隔部位用保温棉填充。隔气膜与窗框无缝连接，形成连续的隔气层（如图9）。

小结：零能耗建筑对外门窗的要求较高，门窗和周边在保温和气密性方面，为了形成一体，过度部位容易被忽视，但需要做好防冷桥处理以及隔气膜连接处理。

2.7 遮阳设计

太阳光遮阳设计可以有效的降低建筑能耗。本案例所处的位置在北纬32度，根据太阳的轨迹以及太阳光照射角度，各立面采取了不同的遮阳措施（图10）。

南立面：考虑到太阳在窗户的上方为主，在窗户的上方设置了遮阳棚。

东西立面：考虑到太阳光是水平光为主，在外窗玻璃内设置了中置百叶。

小结：遮阳措施对降低室内空调负荷效果是很显著的。东西面，在玻璃空腔内设置百叶，尤其是夏天有效的隔绝了灼热的夕阳光。

3. 可再生能源的利用

办公楼屋顶，减掉炮楼阴影区和其它设备的范围以后，剩余的面积是不满足太阳能板需要的面积。分别在办公楼屋面（图11）及自行车棚上（图12）设置了太阳能光伏发电系统，光伏电站建设面积约为 590 ㎡。

光伏组件直流输出至组串式逆变器，经逆变成交流电后通过排管/桥架敷设接入光伏（计量）并网柜，光伏（计量）并网柜出线接至原办公楼 0.4kV 低压配电系统。该系统采用自发自用、余额上网的低压并网形式。这次光伏发电主要用于办公楼的照明（年耗电 27927kWh），空调（年耗电49391kWh），电梯（年耗电 11214kWh）生活热水（年耗电 29057kWh） 所消耗的电量，经计算光伏年发电量为 129698.71kWh 满足消耗电量。本项目光伏组件采用高效的晶硅 550Wp 组件，10-18块组件串联为一个单元，单个组件尺寸为2278*1134*35mm。光伏系统装机容量为 125.4kWp，办公楼屋面域光伏装机量为46.2 kWp，车棚区域为79.2kWp，共采用组件 228块。经计算，光伏发电系统年发电量为129698.71kWh，大于项目建筑年终端能源消耗量。

小结：工厂区的办公楼，设置太阳能板时，不用局限在办公楼屋顶上方。利用厂区内的电网，可以自由的设置在厂区内的任何地方。比较容易实现，利用可再生能源提供全部建筑能源的消耗。

4. 结论与建议

综上所述，总结了以下几点：1.金属夹芯板外墙的办公建筑是可以实现零能耗。2.工厂区内的办公楼，建筑能耗所需的太阳能板不局限与设置在办公楼屋顶，可以设置在工厂区内的其它建筑或构筑物上方。3.如屋面集水口部位的保温问题，传统做法上屋面集水口周边不做保温层，在屋面板下方局部贴保温层的做法是行之有效的防冷桥措施。但节能计算软件还不能精确的计算出它的数据依据。传统的防冷桥做法等，希望也可以成为零能耗建筑的设计依据。

希望本文的研究成果，可以给工厂区内的零能耗办公建筑的设计提供一定的参考，也期望本案例的设计经验能为其他公共建筑和改造建筑的零能耗设计中提供一定的参考。

参考文献

[1]《公共建筑节能设计标准实施指南》（GB50189-2015）、

[2]《民用建筑节能设计标准》（JGJ26-2010）

[3]《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2016）

[4]《近零能耗建筑技术标准》 GBT 51350-2019

[5]《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021

撰写日期： 2024.2.27