装配式超低能耗建筑:助力中国实现碳达峰碳中和目标的未来方向

佚名 钢结构工程 2024-10-15 107

摘要:——教育的和弦。 (教育部-CSDP)“中国将力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,力争2060年前实现碳中和。” 2020年9月22日,国家主席习近平在第75届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出二...

——教育的和弦。 (教育部-CSDP)

“中国将力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,力争2060年前实现碳中和。” 2020年9月22日,国家主席习近平在第75届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出二氧化碳承诺。实现峰值和碳中和的庄严承诺。随着碳达峰和碳中和目标行动计划的细化和进一步落实,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。

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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、高效的设备系统,充分利用可再生能源。它以极少的能耗提供高度舒适的室内环境和良好的空气质量,节能率达到90%。采用装配式施工方式,进行系统化生产制造,实现绿色施工工艺和绿色建筑性能。装配式超低能耗建筑在施工阶段可以充分发挥建筑工业化的优势,在保证工期和工程质量的基础上实现绿色生产、绿色施工,以极低的能耗保证舒适的室内环境。建筑运营期间的消耗。实现建筑物整个生命周期的碳排放。

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平方米,地上6层,其中1、2层为实验室山东钢结构工程,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,也是全国首座钢结构装配式超低能耗建筑。荣获德国能源署和住房城乡建设部科技发展中心联合授予的“高能效建筑-被动式低能耗建筑”。 ”质量标志和证书,并入选“被动式超低能耗建筑典型案例集”。

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现实生活中的完工图

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模板节点

超低能耗建筑设计

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被动设计

无论是建筑与环境气候的关系、单体建筑形式的设计,还是建筑围护材料的选择和结构设计,均符合德国能源局对装配式超低能耗建筑的要求,也体现了从设计之初就贯彻的被动优先的设计理念。

在设计被动式优先的绿色建筑时,必须首先对整个场地进行详细分析。只有充分了解建筑所处的环境和气候条件后,才能进行建筑场地的规划。为了与周围环境相协调,最大程度保留场地原有地形,设计师根据建筑所在的环境和气候条件,模拟场地的风环境,对建筑造型进行了初步设计。地点。

在造型处理上,建筑整体呈方形,造型系数保持在0.3以下。建筑南立面窗户较多,窗户面积较大,北立面窗户较小。另外,建筑在遮阳系统的选型上均采用“L”型遮阳帘。这种遮阳板的选择不仅可以减少阳光直射到室内,还可以减少西面阳光对建筑的影响。

在内部空间处理方面,建筑主要通过设置中庭空间来改善建筑的室内环境,整个空间的光环境得到很大的改善。夏季,中庭热压通风带来的排风效果可以减少空调的使用,而冬季,中庭可以让阳光透入室内,从而提高室内温度,减少采暖设备的使用。冬天。

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外层封套

非透明外包结构的热工性能设计应遵循性能化设计原则和气候适应性原则。保温性能的具体要求应通过建筑能耗计算分析确定,保温性能应通过保温、防潮计算验证确定。及防潮措施。根据济南气候特点和超低能耗目标要求,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挤塑聚苯乙烯木板作为屋顶。绝缘材料。

外门窗采用塑料窗框,配备双银Low-E三层中央玻璃。中空玻璃采用暖边垫片密封,并充有惰性气体氩气。被动窗具有优良的隔热性和气密性,但重量较重。被动式建筑的外窗一般采用外挂式安装。然而,当外墙由蒸压加气混凝土板和砌块制成时,它们不适合承受悬挂荷载。我们从结构安全的角度出发,研究并提出在其中预埋蒸压加气混凝土外墙。在超低能耗建筑中安装外窗的结构形式。

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外窗安装结构节点图

无热桥节点结构设计是实现超低能耗建筑目标最关键的设计要素之一。本工程非透明围护结构产生的热桥主要集中在墙角、雨水管支架等部位。对于拐角处产生的结构热桥,采用保温层覆盖,使该部位的热桥系数小于0.01W/(m·k)。以雨水管支架为例,应尽量减少雨水管支架连接处不可避免地产生的结构热桥,以减少接触面积,最大限度地减少热量损失。

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转角及雨水管支撑结构节点

山东建筑大学教学实验综合楼工程密闭层材料为15mm水泥砂浆抹灰层,包括所有外墙室内侧、地面室内侧、屋顶室内侧及地面表面。若有穿透或中断气密层的部位,应使用防水、防汽、透气的薄膜作为气密材料粘贴在断层上,以保证持续的气密性。

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山东建筑大学教学实验综合楼气密范围

装配式建筑的围护结构不可避免地会存在大量的安装和拼接缝隙。装配式建筑需要一定的弹性或干涉,这会影响建筑整体的气密性能。针对工程气密层的薄弱点,如外墙挂板等。针对板材、外墙挂板、楼板之间的水平、竖向接缝研究制定了相关技术方案,并通过实验验证并在工程中应用。

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外墙竖向接缝节点图(部分展示)

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外墙板与楼板连接处气密处理结构图

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暖通空调系统

暖通空调系统采用可再生能源利用+高效新风系统+独立温湿度控制技术。冷热源机组为高温螺杆地源热泵机组,末端配有干式风机盘管机组,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,并负责室内湿度控制。一、三、五层分别安装一台6000立方米/小时内冷双冷源新风机组。机组配备板式热回收,热回收效率大于75%。新风系统支管设有电动调节阀,可根据室内温度进行调节。二氧化碳浓度调节控制新风量和新风机组的启动。

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双冷源温湿度单独控制调节系统组成图

实测与分析

竣工后,现场进行了围护结构热工性能测试、室内热舒适环境测量和能源环境系统监测,验证其运行效果。

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和气密处理方面具有优势。从现场热成像测试来看,建筑整体保温效果良好,未出现明显热桥。

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南立面热成像

室内温湿度分析

从典型房间的实际测试数据来看,冬季采暖季室内温度基本可以维持在20℃左右,部分房间温度可达23℃。试验室外墙内表面温度和外窗框内表面温度与室内空气温差≤3℃,满足超低能耗建筑的设计要求。

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典型房间现场实际测试结果

能源环境系统运行分析

通过能源环境监测系统平台,我们获取了暖通空调系统的运行能耗数据,并对部分数据进行了对比分析。可以看出,由于该项目于2017年完成验收,随后进入冬季供暖运行,墙壁尚未完全干燥,室内湿度较大,2018年1月1日至1月17日终端系统供暖运行能耗为822.9千瓦·小时。经过一年多的运行,人员利用率不断提高,围护结构热工性能不断提高,行为节能意识不断增强。终端系统供热运行能耗下降至653.0kW·h,节约运行能耗20.6%。

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2017年与2018年冬季末端系统运行能耗对比

发展超低能耗建筑是发展符合我国国情的节能建筑的必由之路。学校作为社会的重要组成部分,肩负着引领绿色发展的重要使命。进一步推广装配式超低能耗建筑山东钢结构工程,提高校园建筑节能水平,努力营造健康、舒适、宜居的校园环境。

回顾过去的问题

山东建筑大学党委宣传部

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