裝配式超低能耗木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)

1?項(xiàng)目概況山東省某輕型木結(jié)構(gòu)建筑為獨(dú)棟美式住宅，共3層，地上2層為輕型木結(jié)構(gòu)，半地下一層為混凝土結(jié)構(gòu)，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(shù)方案2.1?建筑節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)建筑朝向?yàn)槟媳背?，主入口設(shè)置在西向，主要房間避開了冬季主導(dǎo)風(fēng)向（北北東），如圖1所示。夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)椋夏衔鳎募竞瓦^渡季可采用開啟門窗方式自然通風(fēng)。南北朝向設(shè)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)作法本項(xiàng)目被動(dòng)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(jié)構(gòu)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(cè)設(shè)置60?mm的設(shè)施層（38?mm×30?mm的木龍骨縱向與橫向交錯(cuò)布置），用于管線布置，以減小對氣密層破壞，同時(shí)可進(jìn)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(cè)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(gòu)造由外向內(nèi)為15?mm厚裝飾掛板、25?mm通風(fēng)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(cè)做通風(fēng)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(shè)擠塑聚苯板，首層以上木結(jié)構(gòu)樓面采用輕型木結(jié)構(gòu)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(dǎo)熱系數(shù)為0.032?W/（m·K），玻璃棉導(dǎo)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(fēng)壓性9級。外門為被動(dòng)式專用門。圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位的節(jié)能措施見表1。表1?圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(gè)方面：對于節(jié)能來說，首先通過降低冬季冷風(fēng)滲透和夏季非受控通風(fēng)達(dá)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(jié)露和損壞，同時(shí)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(jié)構(gòu)建筑，如果長期含水率過大，不僅會(huì)影響保溫材料的保溫性能，還會(huì)造成木材發(fā)霉影響結(jié)構(gòu)性能，所以氣密性對木結(jié)構(gòu)建筑實(shí)現(xiàn)超低能耗尤為重要。輕型木結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)構(gòu)件建筑氣密性能對于實(shí)現(xiàn)超低能耗目標(biāo)非常重要，氣密性措施設(shè)計(jì)：外墻內(nèi)側(cè)采用15?mm防火石膏板，屋面吊頂內(nèi)側(cè)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(cè)保證連續(xù)的氣密性設(shè)計(jì)，如圖3所示。圖3?連續(xù)氣密層示意2.4?防潮設(shè)計(jì)輕型木結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防潮設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)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(xiàng)目防水隔汽膜應(yīng)用于屋面、外墻、外窗內(nèi)側(cè)，具有抗氧化、防水、難透氣性；防水透氣膜應(yīng)用于外墻、外窗外側(cè)，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(biāo)見表2。表2?防水隔汽膜、防水透氣膜性能指標(biāo)2.5?隔聲設(shè)計(jì)本項(xiàng)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(qiáng)外墻的空氣隔聲性能，在內(nèi)側(cè)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(jié)構(gòu)構(gòu)件，有助于緩沖墻面板的振動(dòng)。（2）選擇密度較高的玻璃棉，增強(qiáng)隔聲性能的同時(shí)，也利于提高保溫性能。（3）外飾面材料應(yīng)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(jié)構(gòu)樓面上側(cè)鋪設(shè)40?mm細(xì)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(shè)計(jì)室內(nèi)天然采光設(shè)計(jì)主要針對臥室、起居室、休閑室等主要功能空間，通過模擬結(jié)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)值為2?%，室內(nèi)天然光照度標(biāo)準(zhǔn)值為300?lx。模擬結(jié)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(dá)到2?%的要求，采光照度達(dá)到300?lx的要求?？刂蒲９夥矫?，主要功能房間滿足GB?50035—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》不舒適眩光指數(shù)DGI≤27的要求。2.7?設(shè)備技術(shù)方案在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方面采用新風(fēng)熱回收技術(shù)降低新風(fēng)供熱供冷需求，設(shè)置熱泵新風(fēng)一體機(jī)，集制冷、制熱、新風(fēng)熱交換、新風(fēng)過濾為一體。新風(fēng)量具有可調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在每戶起居室。新風(fēng)機(jī)組通風(fēng)電力需求≤0.45?Wh/（m3·h），見表3。表3?新風(fēng)機(jī)組技術(shù)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(jìn)行建筑的負(fù)荷、能耗計(jì)算，計(jì)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(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系環(huán)境與設(shè)備研究所開發(fā)的Dest–c，該軟件為動(dòng)態(tài)能耗建筑模擬分析軟件，可實(shí)現(xiàn)建筑熱特性分析、建筑全年逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算、建筑能耗計(jì)算等功能。3.1?室內(nèi)參數(shù)設(shè)置人體、家電、照明的散熱量形成的熱（冷）負(fù)荷計(jì)算時(shí)，按空調(diào)連續(xù)運(yùn)行考慮。室內(nèi)參數(shù)設(shè)置見表4。表4?室內(nèi)參數(shù)設(shè)置人員在室率、家電使用率、照明開關(guān)時(shí)間表參照DB37/T?5074—2016《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定設(shè)置。3.2?新風(fēng)參數(shù)設(shè)置空氣滲透換氣次數(shù)取0.042?h–1；新風(fēng)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。考慮人員逐時(shí)在室率變化，為了新風(fēng)機(jī)組節(jié)能運(yùn)行，考慮分時(shí)段新風(fēng)量折減，見表5。表5?新風(fēng)量設(shè)置3.3?空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置每層劃分為一個(gè)系統(tǒng)，采用新風(fēng)空調(diào)一體機(jī)，全熱交換效率75?%，顯熱交換效率88?%，通風(fēng)電力需求0.45?Wh/m3，排風(fēng)量為新風(fēng)量的90?%。3.4?冷熱源設(shè)置計(jì)算需求能耗與年供冷需求能耗時(shí)，按照DB37/T?5074—2016《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定設(shè)置：空調(diào)機(jī)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(fù)荷及能耗計(jì)算結(jié)果根據(jù)DB?37/T?5074—2016《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，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(shè)置，計(jì)算得到典型氣象年建筑的逐時(shí)熱負(fù)荷、逐時(shí)冷負(fù)荷。冬季考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱損失、通風(fēng)失熱以及內(nèi)部熱源得熱，計(jì)算得到熱負(fù)荷指標(biāo)為15.91?W/m2。夏季考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱得熱、輻射得熱、通風(fēng)得熱以及內(nèi)部熱源得熱，計(jì)算得到冷負(fù)荷指標(biāo)為18.09?W/m2。建筑累計(jì)供暖、供冷需求指標(biāo)，以及一次能源需求指標(biāo)見表6。表6?年供暖（冷）需求指標(biāo)、一次能源需求指標(biāo)4?預(yù)制裝配率計(jì)算項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用工廠預(yù)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(shù)。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(jià)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算，項(xiàng)目的預(yù)制裝配率為83?%，達(dá)到AA級裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)，即預(yù)制裝配率76?%~90?%。由于木結(jié)構(gòu)建筑具有主體結(jié)構(gòu)部分全部采用預(yù)制構(gòu)件、內(nèi)隔墻與管線、裝修一體化的特點(diǎn)，且項(xiàng)目采用了全裝修，實(shí)現(xiàn)AA級裝配式建筑較容易，為進(jìn)一步提高裝配率并達(dá)到AAA級要求，需增加干法施工應(yīng)用部位。5?結(jié)束語以1棟2層木結(jié)構(gòu)獨(dú)棟建筑為例，通過能耗模擬技術(shù)進(jìn)行建筑能源需求分析，滿足DB37/T?5074—2016《被動(dòng)式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對建筑累計(jì)供暖、供冷需求指標(biāo)，以及一次能源需求指標(biāo)的要求，項(xiàng)目同時(shí)達(dá)到了GB/T?51129—2017《國家裝配式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》AA級標(biāo)準(zhǔn)，對于寒冷氣候區(qū)的類似項(xiàng)目具有一定的借鑒作用。裝配式木結(jié)構(gòu)建筑是符合現(xiàn)代建筑產(chǎn)