山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓

項(xiàng)目概況

山東建筑大學(xué)綜合教學(xué)樓建設(shè)項(xiàng)目位于山東建筑大學(xué)新校區(qū)校園內(nèi)的教學(xué)區(qū)，是國內(nèi)首個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式超低能耗示范項(xiàng)目，總建筑面積9721.05㎡，地上6層，其中1、2層為實(shí)驗(yàn)室，3至6層為教學(xué)辦公室。

該項(xiàng)目是山東省首批超低能耗試點(diǎn)示范項(xiàng)目，也是國家首個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式超低能耗建筑，獲得了由德國能源署及住建部科技發(fā)展中心聯(lián)合頒發(fā)“高能效建筑-被動(dòng)式低能耗建筑”質(zhì)量標(biāo)識(shí)及證書，同時(shí)入選了《被動(dòng)式超低能耗建筑典型案例集》。

樣板節(jié)點(diǎn)

超低能耗建筑設(shè)計(jì)

被動(dòng)式設(shè)計(jì)

無論是針對(duì)建筑與環(huán)境氣候的關(guān)系，還是建筑物單體形態(tài)的設(shè)計(jì)，或是建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的選擇與構(gòu)造設(shè)計(jì)，都達(dá)到了德國能源署對(duì)于裝配式超低能耗建筑的要求，而且也體現(xiàn)了設(shè)計(jì)之初就貫徹的被動(dòng)優(yōu)先的設(shè)計(jì)理念。

在被動(dòng)優(yōu)先綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)首先要對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)分析，在充分了解建筑所處的環(huán)境條件和氣候條件以后，才可以進(jìn)行建筑場(chǎng)地的規(guī)劃。為了與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，最大限度地保留了場(chǎng)地內(nèi)原有的地形，針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)建筑所處的環(huán)境和氣候條件，設(shè)計(jì)者對(duì)建筑形體設(shè)計(jì)的初步情況進(jìn)行了場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境的模擬。

在形體處理方面，建筑整體為方形，體形系數(shù)保持在0.3以下。建筑的南立面窗戶較多，且窗面積較大，北立面則均為小窗。另外，建筑物在遮陽系統(tǒng)的選擇上，都采用了“L”型的遮陽板，這種遮陽板的選擇不僅可以減少陽光對(duì)于室內(nèi)的直射，還能夠減少西曬對(duì)建筑的影響。

在內(nèi)部空間處理上，建筑物主要是通過設(shè)置中庭空間來改善建筑物的室內(nèi)環(huán)境，整個(gè)空間內(nèi)光環(huán)境得到極大改善。夏季，通過中庭熱壓通風(fēng)所帶來的拔風(fēng)效果，可以減少空調(diào)的使用，而冬季，中庭又可以使陽光射入室內(nèi)，從而提高室內(nèi)的溫度，也降低了冬季供暖設(shè)備的使用。

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循性能化設(shè)計(jì)原則和氣候適應(yīng)性原則，通過對(duì)建筑進(jìn)行能耗計(jì)算分析后確定保溫性能的具體要求，通過隔熱和防潮驗(yàn)算驗(yàn)證并確定隔熱性能及防潮措施。根據(jù)濟(jì)南的氣候特點(diǎn)以及超低能耗的能耗目標(biāo)要求，外墻采用蒸壓加氣混凝土外墻板+200mm石墨聚苯板作為外墻主要材料，屋頂和地面采用220mm擠塑聚苯板作為屋面保溫材料。

外門窗采用塑料窗框，配置雙銀Low-E三層中控玻璃，中空玻璃采用暖邊間隔條密封，充惰性氣體氬氣。被動(dòng)窗有極好的保溫氣密性，但自重大。被動(dòng)式建筑外窗普遍采用外掛式安裝，但是外墻采用蒸壓加氣混凝土板、砌塊時(shí)，不宜承受懸掛荷載，從結(jié)構(gòu)安全的角度考慮，研究并提出內(nèi)嵌于蒸壓加氣混凝土外墻安裝超低能耗建筑外窗的結(jié)構(gòu)形式。

外窗安裝構(gòu)造節(jié)點(diǎn)圖

無熱橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑目標(biāo)最為關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。項(xiàng)目非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱橋主要在墻角、雨水管支架等部位處，對(duì)于墻角部位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性熱橋采取保溫層包覆的處理方式，使該部位熱橋系數(shù)小于0.01W/（m·k）。以雨水管支架為例，對(duì)于雨水管支架連接處產(chǎn)生的不可避免的構(gòu)造熱橋應(yīng)盡量減少接觸面積，最大限度的降低熱損失。

墻角、雨水管支架構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓項(xiàng)目氣密層材料為15mm水泥砂漿抹灰層，其包含了所有外墻室內(nèi)側(cè)、地面室內(nèi)側(cè)、屋面室內(nèi)側(cè)及樓地面。局部有穿透及打斷氣密層的部位，用防水隔汽透氣膜作為氣密性材料粘貼斷層處，保證氣密性連續(xù)。

山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓氣密性范圍

裝配式建筑的圍護(hù)層難免會(huì)存在大量的安裝和拼接縫隙，包括裝配式建筑需要一定的彈性或擾度，會(huì)影響建筑整體氣密性能，針對(duì)項(xiàng)目氣密層薄弱點(diǎn)，如外墻掛板板間橫豎板縫、外墻掛板與樓板等部位，研究制定了相關(guān)技術(shù)方案，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證，在項(xiàng)目中得以應(yīng)用。

外墻垂直縫節(jié)點(diǎn)圖（局部展示）

外掛墻板與樓板交接處氣密性處理構(gòu)造圖

暖通空調(diào)系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)采用了可再生能源利用+高效新風(fēng)系統(tǒng)+溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)。冷熱源機(jī)組為一臺(tái)高溫螺桿式地源熱泵機(jī)組，末端采用干式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，負(fù)責(zé)室內(nèi)溫度控制，新風(fēng)機(jī)組自帶冷源對(duì)新風(fēng)進(jìn)行深度除濕，承擔(dān)室內(nèi)濕度控制。分別在一、三、五層設(shè)置一臺(tái)6000 m3/h的內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組，機(jī)組自帶板式熱回收，熱回收效率大于75 %，新風(fēng)系統(tǒng)支管設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度調(diào)節(jié)控制新風(fēng)量和新風(fēng)機(jī)組的啟動(dòng)。

雙冷源溫濕分控調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成圖

實(shí)測(cè)與分析

在建成之后，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能測(cè)試、室內(nèi)熱舒適環(huán)境實(shí)測(cè)和能源環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證其運(yùn)行效果。

建筑熱成像分析

示范工程采用外保溫系統(tǒng)，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)無熱橋處理及氣密性處理方面具有優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)場(chǎng)熱成像測(cè)試情況看，建筑整體保溫效果良好，無明顯熱橋。

南立面熱成像

室內(nèi)溫濕度分析

通過典型房間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來看，在冬季供暖季節(jié)室內(nèi)溫度基本能夠維持在20℃上下，個(gè)別房間溫度可達(dá)23℃，測(cè)試房間外墻內(nèi)表面溫度及外窗窗框內(nèi)表面溫度與室內(nèi)空氣溫度差值≤3℃，滿足超低能耗建筑設(shè)計(jì)要求。

典型房間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果

能源環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行分析

通過能源環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)獲得暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出：由于項(xiàng)目2017年完成驗(yàn)收，隨即進(jìn)入冬季供暖運(yùn)行，墻體未完全干透，室內(nèi)濕度較大，2018年1月1日至1月17日末端系統(tǒng)供暖運(yùn)行能耗為822.9 kW·h。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，人員使用率不斷提高、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能不斷改善、行為節(jié)能意識(shí)不斷增強(qiáng)，末端系統(tǒng)供暖運(yùn)行能耗下降至653.0 kW·h，節(jié)約運(yùn)行能耗20.6 %。

2017年與2018年冬季末端系統(tǒng)運(yùn)行能耗情況對(duì)比