建科環(huán)能科技有限公司 高彩鳳 呼和浩特市海巍地產(chǎn)有限公司 曲 斌 建科環(huán)能科技有限公司 陳夢源 彭 莉 潘玉亮 呼和浩特市海巍地產(chǎn)有限公司 金 陽 范 平

0 引言

2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國大會期間，我國提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標[1]。作為碳排放量約占全社會排放量30%的建筑用能環(huán)節(jié)，也理應(yīng)承擔其應(yīng)有的責任。而實施超低能耗建筑則正是建筑環(huán)節(jié)大幅節(jié)能減排的有效措施。超低能耗建筑的能耗水平應(yīng)較國家標準GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》、行業(yè)標準JGJ 26—2018《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》和JGJ 75—2012《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》降低50%以上[2]。該技術(shù)體系強調(diào)通過應(yīng)用更好的圍護結(jié)構(gòu)保溫、高性能門窗、高效熱回收新風系統(tǒng)、高建筑氣密性和無熱橋設(shè)計建造，僅使用非常少的一次能源，實現(xiàn)更好的室內(nèi)環(huán)境舒適度，是中國建筑行業(yè)向低碳和綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型的方向。

我國嚴寒地區(qū)冬季嚴寒漫長，夏季涼爽短暫，特殊的氣候條件決定了嚴寒地區(qū)居住建筑冷熱源需求以供暖為主。而超低能耗建筑高保溫、高氣密性的圍護結(jié)構(gòu)對降低建筑熱負荷效果明顯，因此相比于寒冷、夏熱冬冷等其他供冷需求顯著的地區(qū)，僅需要靠提高保溫性能和氣密性就可以實現(xiàn)大幅度節(jié)能的超低能耗建筑在嚴寒地區(qū)具有更高的經(jīng)濟性。然而，嚴寒地區(qū)建設(shè)超低能耗建筑也面臨挑戰(zhàn)。例如：面對極寒氣候，圍護結(jié)構(gòu)保溫是否需要加厚？當較厚的外保溫增加保溫安裝安全性風險時，如何確定最適宜的保溫厚度？穿墻孔洞、外窗安裝等熱橋是否影響嚴重？室內(nèi)外動輒40 ℃的溫差，高保溫、高氣密性外窗采用什么樣的型材能夠在室內(nèi)外巨大溫差波動下維持保溫隔熱及氣密性的耐久性？冷熱源方案如何能實現(xiàn)高效節(jié)能、提供高舒適度的同時使用戶獲得節(jié)能收益？這些問題都亟需解決方法及工程實踐的驗證。

嚴寒地區(qū)目前建成或在建的超低能耗建筑項目及其主要技術(shù)措施見表1。

表1 嚴寒地區(qū)超低能耗建筑項目及其主要技術(shù)措施[3-6]

由表1可見，嚴寒地區(qū)案例項目中，以單棟小面積示范性的實施居多，規(guī)模化實施超低能耗高層住宅小區(qū)的案例較少。已有的項目保溫厚度一般在200～300 mm之間，設(shè)備系統(tǒng)也不盡相同。

本文以中海河山大觀項目為例，介紹針對嚴寒地區(qū)氣候特點的超低能耗建筑設(shè)計注意事項，并對項目樣板間供暖季運行數(shù)據(jù)進行全面的分析，評估該項目技術(shù)策略的有效性。該項目的實施經(jīng)驗，對于嚴寒地區(qū)大規(guī)模推廣超低能耗居住建筑具有借鑒意義。

1 項目概況

該項目位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市毫沁營板塊。占地面積158 739.94 m2，建筑面積164 152.88 m2。包含的9棟住宅全部實施了超低能耗建筑技術(shù)，總建筑面積為135 356.79 m2。項目地下1層，地上25層或26層。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，主力戶型為98、128 m2三居室，143、176 m2四居室。該項目主要部品設(shè)計做法及性能參數(shù)見表2。

2 超低能耗建筑設(shè)計指標

嚴寒地區(qū)超低能耗居住建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)設(shè)計指標、建筑能耗及氣密性指標均應(yīng)滿足GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》中超低能耗建筑的相關(guān)規(guī)定。

2.1 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)指標

超低能耗居住建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)見表3。

2.2 建筑能耗及氣密性指標

表2 項目主要部品設(shè)計做法及性能參數(shù)(1～3、5～8、11、12#樓)

表3 建筑主要房間室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)

該項目超低能耗居住建筑能效指標見表4。

表4 超低能耗居住建筑能效指標

3 超低能耗專項技術(shù)設(shè)計要點

3.1 建筑布局

3.1.1建筑形體簡潔規(guī)整

為了適應(yīng)超低能耗建筑體形系數(shù)盡可能小的要求，嚴寒地區(qū)居住建筑項目應(yīng)采用簡潔的建筑形體，盡可能減少外立面的轉(zhuǎn)折和凹凸變化，減少散熱面和結(jié)構(gòu)性熱橋，減少自遮擋，降低熱負荷。該項目平面設(shè)計規(guī)整，且采用內(nèi)包式陽臺，避免突出的陽臺產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性熱橋。

3.1.2建筑平面布局合理

嚴寒地區(qū)居住建筑宜布局為正南正北朝向，應(yīng)采用淺進深大面寬設(shè)計，優(yōu)化南北立面開窗位置和面積，以充分利用自然通風降低過渡季負荷，提升采光效果，同時滿足冬季盡可能獲取太陽輻射得熱的需求。建筑單體平面及自然通風示意圖見圖1。

圖1 建筑單體平面及自然通風示意圖

3.2 圍護結(jié)構(gòu)

3.2.1圍護結(jié)構(gòu)保溫

嚴寒地區(qū)冬季嚴寒漫長，極端溫度較低。以該項目所在地呼和浩特為例，供暖季為每年10月15日至次年4月15日，長達半年。供暖季室外最低溫度低于-20 ℃，冬季空調(diào)設(shè)計室外溫度為-20.3 ℃。

超低能耗建筑對圍護結(jié)構(gòu)保溫性能要求較高，導致嚴寒地區(qū)建筑需要較厚的外保溫，增加了高層建筑尤其是高海拔地區(qū)高層建筑保溫層可靠性風險。呼和浩特地區(qū)冬季最高風速可達到14 m/s。保溫材料與結(jié)構(gòu)墻體的黏接劑及錨栓需要同時承受保溫板的自重和較大的風荷載，過重的保溫材料勢必增加保溫后期脫落的風險。因此該項目的外保溫應(yīng)采用性能化設(shè)計方法，在滿足超低能耗要求的前提下，盡可能做薄。同時，在保溫安裝時應(yīng)在每樓層設(shè)置至少一圈保溫托架。

性能化設(shè)計是指以建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能效指標為性能目標，利用建筑負荷、能耗模擬工具，對設(shè)計方案中各參數(shù)進行逐步優(yōu)化，最終達到預定性能目標要求的設(shè)計過程[7]。該過程因涉及多個影響室內(nèi)環(huán)境及能耗指標的關(guān)鍵參數(shù)，如外墻傳熱系數(shù)、外窗傳熱系數(shù)、外窗太陽得熱系數(shù)、屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、建筑整體氣密性、新風熱回收效率、設(shè)備系統(tǒng)效率等，每個參數(shù)在標準推薦范圍內(nèi)取值時，可產(chǎn)生數(shù)以百萬計的可選方案，在所有達標方案中選取所需的優(yōu)化方案，可通過性能化設(shè)計優(yōu)化工具完成。需要注意的是，即便是同一小區(qū)，不同的樓棟由于其建筑布局、體形系數(shù)、朝向、周邊建筑遮擋情況等不同，保溫的設(shè)計優(yōu)選厚度也可能不同。

經(jīng)優(yōu)化計算，案例項目一部分樓棟保溫材料由250 mm厚石墨聚苯板加巖棉隔離帶組成，另一部分樓棟則由260 mm厚石墨聚苯板加巖棉隔離帶組成。低于嚴寒地區(qū)采用同樣保溫材料的同類項目保溫厚度，同時設(shè)計性能滿足GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》中的超低能耗居住建筑的指標要求。該項目標準推薦的設(shè)計指標值及性能化設(shè)計優(yōu)化后的設(shè)計值對比見表5。

表5 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)與標準推薦值對比

可見，要達到超低能耗建筑室內(nèi)環(huán)境和能效指標要求，并非要求圍護結(jié)構(gòu)各項性能參數(shù)都取標準推薦值中的最優(yōu)值，而是可在所有達標方案中根據(jù)項目需求，比如保溫最薄、成本最低或綜合效益最大等，比選出最優(yōu)的方案，即性能化設(shè)計優(yōu)化。該項目采用的判定標準為達標方案中外墻保溫最薄的方案。

3.2.2外窗安裝

超低能耗建筑外窗應(yīng)具有高保溫隔熱性能，高氣密性、水密性及抗風壓性能。嚴寒地區(qū)冬季室內(nèi)外溫差可達40～50 ℃，要求外窗仍能夠保證氣密性及耐久性，對于外窗內(nèi)外側(cè)型材的熱脹冷縮抗變形性能要求較高。此外，高性能外窗的質(zhì)量可達80 kg/m2，目前絕大部分仍借鑒國外外掛式的安裝方式，這種安裝方式外窗懸在窗洞外側(cè)，窗框四周通過固定角件與外墻固定，如果墻體、角件或螺栓等出現(xiàn)問題，存在外窗墜落風險，且更換外窗時需要破壞外墻保溫及飾面層。

超低能耗建筑外窗的安裝方式應(yīng)綜合考慮安裝熱橋影響、安全性及更換可行性等。如前所述，由于該項目屬于高層住宅，保溫較厚且當?shù)囟撅L力較大，考慮到外窗安裝的可靠性及經(jīng)濟性，該項目創(chuàng)新性地在超低能耗建筑中采用了啟口帶附框的嵌入式安裝方式。對普通建筑常采用的嵌入式安裝方式進行了改進，外窗與墻體交接處安裝了保溫附框，并讓外墻保溫適當包裹窗框，有效地降低了嵌入式的安裝熱橋。

嵌入式安裝的弊端是安裝熱橋略高，應(yīng)進行詳細的安裝熱橋計算分析，確保其不會導致局部結(jié)露、不會影響局部舒適度及整體能耗達標。

該項目采用Psi-Therm軟件對2種安裝方式進行了計算分析，該軟件是一款可以計算線性熱橋傳熱系數(shù)的有限元分析軟件，軟件中可以構(gòu)建詳細的建筑截面和邊界條件，計算傳熱系數(shù)、熱流、表面溫度及線性熱橋傳熱系數(shù)。其計算方法符合ISO 10211的要求[8]，可以用來進行超低能耗建筑的熱橋計算。

計算結(jié)果顯示，采用外掛式安裝與嵌入式安裝，窗內(nèi)側(cè)最不利點溫度分別為18.48、18.51 ℃，無結(jié)露風險，且不影響局部舒適度；考慮安裝熱橋后的整窗傳熱系數(shù)分別為1.034、1.082 W/(m2·K)。嵌入式安裝熱橋納入能耗計算后，整體能耗指標仍達標。以外窗上口為例，2種外窗安裝方式的熱橋模擬計算結(jié)果見表6。

表6 2種外窗安裝方式熱橋模擬計算結(jié)果

3.2.3氣密性與無熱橋設(shè)計

嚴寒地區(qū)建筑氣密性與熱橋?qū)δ芎呐c舒適度的影響尤為顯著。室內(nèi)外空氣通過門窗縫隙或洞口無組織滲透，在供暖季或空調(diào)季，會增加供暖負荷或空調(diào)負荷[9]。超低能耗建筑應(yīng)合理設(shè)計氣密性包含區(qū)域，嚴格遵循無熱橋及氣密性設(shè)計原則和方法，營造室內(nèi)良好的氣密性環(huán)境，對于可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性熱橋的部位應(yīng)進行妥善處理。氣密性薄弱處通常在門窗四周與洞口處，門窗本身、穿墻/穿屋面管道、線管洞口，穿地下室底板洞口等部位有縫隙，應(yīng)盡可能保證洞口周邊保溫填塞及內(nèi)外側(cè)氣密性材料的粘貼密實。應(yīng)重點核查氣密性設(shè)計節(jié)點做法及施工工藝工法，確保完成質(zhì)量。

該項目實施過程中，避免了在外墻上固定龍骨、支架等可能導致熱橋的部件；保溫使用斷熱橋的錨固件；管道穿外墻部位熱橋經(jīng)過詳細的計算分析后，預留了足夠的保溫間隙，洞口周邊局部無結(jié)露風險，且不影響室內(nèi)舒適度；戶內(nèi)開關(guān)、插座接線盒等均置于內(nèi)墻上；處于氣密區(qū)域邊界的外門全部采用高保溫隔熱性、高氣密性外門，且采用了斷熱橋安裝方式。

3.3 暖通空調(diào)系統(tǒng)

3.3.1冷熱源選擇

對超低能耗居住建筑而言，采用常規(guī)集中式能源系統(tǒng)來滿足建筑的單戶負荷需求，其靈活性和可調(diào)節(jié)性都存在一定不足。分散的戶用高效冷熱源從靈活可控、產(chǎn)權(quán)劃分上都具有優(yōu)勢[10]。超低能耗建筑冷熱負荷顯著低于常規(guī)建筑，考慮設(shè)備系統(tǒng)運行效率及用戶個性化啟閉、調(diào)節(jié)靈活性，在寒冷地區(qū)常采用空氣源熱泵與新風一體機。

而在嚴寒地區(qū)，空氣源熱泵的效率將大幅下降，且在極寒天氣容易發(fā)生故障，因此應(yīng)考慮采用超低溫空氣源熱泵。超低溫空氣源熱泵采用準二級壓縮噴射增焓系統(tǒng)，保證機組在-30～-25 ℃仍能正常制熱，實現(xiàn)了空氣源熱泵在嚴寒地區(qū)供暖的可能。

此外，在嚴寒地區(qū)，超低能耗住宅的熱源也可采用市政供暖及戶式燃氣壁掛爐等形式。冷源可另設(shè)分體機或超低能耗建筑專用多聯(lián)機。需要指出的是，在寒冷地區(qū)綜合能效低于空氣源熱泵的市政供熱，在嚴寒地區(qū)其綜合能效、供暖可靠性及舒適度均表現(xiàn)較優(yōu)，所欠缺的僅僅為絕大部分地區(qū)無法實現(xiàn)的熱計量收費，使得使用過程中，用戶無法享受超低能耗帶來的收益。實際項目應(yīng)對多種方案的運行可靠性、能源利用效率及初投資等進行綜合比選。

根據(jù)項目情況結(jié)合相關(guān)方意向，該項目機電系統(tǒng)可能采用的方案的優(yōu)缺點及能耗計算結(jié)果見表7。

表7 冷熱源方案分析

可見，除方案3電供暖之外，其余供暖方式建筑綜合能耗值均可以達標。方案1由于項目所在地無法實現(xiàn)熱計量收費，用戶采用市政供暖無法享受超低能耗帶來的收益而未被采用；方案2存在室外掛冰錐及冰錐墜落風險而未被采用。最終，該項目采用了方案4(超低溫空氣源熱泵的戶式新風冷熱源一體機)，同時采用石墨烯電熱膜作為備用系統(tǒng)。超低溫空氣源熱泵突破了常規(guī)戶式新風冷熱源一體機在嚴寒地區(qū)的使用限制。該系統(tǒng)能夠省去接入市政供暖的配套費用及樓內(nèi)管線鋪設(shè)費用，在市政供暖不實行計量收費的地區(qū)，該方式可使用戶切實體會到超低能耗的節(jié)能收益。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在室外溫度-20 ℃、室內(nèi)溫度20 ℃的工況下，該項目所采用機組正常制熱，COP為1.69。

石墨烯電供暖系統(tǒng)可作為備用系統(tǒng)，在極端天氣情況下一體機效率衰減或發(fā)生故障時啟用，啟用電供暖時可享受呼和浩特市發(fā)展改革委對電供暖實施的峰谷電價優(yōu)惠政策。

3.3.2新風系統(tǒng)

超低能耗住宅新風量應(yīng)按照人均不低于30 m3/h進行設(shè)計，同時應(yīng)滿足GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中居住建筑最小換氣次數(shù)的要求。系統(tǒng)宜采用全熱回收裝置，設(shè)備全熱回收效率不應(yīng)小于70%，熱回收機組單位風量耗功率不應(yīng)超過0.45 W/(m3/h)。

與冷熱源相同，超低能耗建筑的新風系統(tǒng)也常采用分戶式系統(tǒng)。分戶獨立設(shè)置新風系統(tǒng)無高低層戶間不平衡問題，在疫情背景下，無戶間污染和病毒擴散風險，且耗損部品如濾網(wǎng)的更換周期由用戶自行決定，可實現(xiàn)最佳新風凈化效果。若超低能耗建筑項目冷熱源為空氣源熱泵，則采用新風系統(tǒng)與熱泵組合的新風熱泵一體機系統(tǒng)，可有效減少設(shè)備體積，減少占用室內(nèi)空間。

在嚴寒地區(qū)，應(yīng)特別注意一體機室內(nèi)機的防凍和室外機的化霜水要有組織排放。新風管道應(yīng)安裝預熱裝置，當室外溫度低于-10 ℃時，新風預熱裝置啟動。新風預熱能耗應(yīng)計入建筑整體能耗。

室外化霜水管可就近引入室內(nèi)排放或在室外立管排放，需注意排水管在室外的保溫和伴熱，否則，化霜水可能結(jié)冰堵塞排水管并形成外掛冰錐，存在安全隱患。

3.3.3廚房和衛(wèi)生間通風措施

超低能耗建筑廚房應(yīng)設(shè)置就近補風，補風量等于抽油煙機排風量。嚴寒地區(qū)由于室內(nèi)外溫差較大，補風口應(yīng)盡可能布置在灶臺附近，減少室外冷空氣對廚房操作空間環(huán)境參數(shù)的影響?？臻g允許時，可設(shè)置風井補風。衛(wèi)生間排風應(yīng)進行能量回收。

3.4 可再生能源利用

我國太陽能資源豐富的嚴寒、寒冷地區(qū)，大氣透明度好，日照輻射強[11]。超低能耗建筑應(yīng)根據(jù)當?shù)啬茉促Y源條件，充分利用可再生能源，減少一次能源消耗。該項目所在地區(qū)太陽能資源豐富，在屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電用于公共區(qū)域的照明。

1、8#樓各設(shè)最大輸出功率310 W的單晶光伏組件90塊，預計年發(fā)電量41 850 kW·h；2、3、11、12#樓各設(shè)最大輸出功率310 W的單晶光伏組件54塊，預計年發(fā)電量25 110 kW·h；4、6、7#樓各設(shè)最大輸出功率310 W的單晶光伏組件72塊，預計年發(fā)電量33 480 kW·h。項目各住宅樓光伏總裝機容量(最大輸出功率)為189.72 kW，預計年發(fā)電量284 580 kW·h。

4 運行效果評估

超低能耗建筑應(yīng)具有室內(nèi)環(huán)境及能耗參數(shù)監(jiān)測設(shè)施，并在運行過程中對運行效果是否達標進行評估，必要時應(yīng)進行系統(tǒng)調(diào)適及性能提升改進。

4.1 監(jiān)測需求

應(yīng)根據(jù)GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》相關(guān)要求，對超低能耗建筑室內(nèi)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù)和建筑分類分項能耗進行監(jiān)測和記錄。通過數(shù)據(jù)分析運行狀況，優(yōu)化能源系統(tǒng)運行策略，確保實現(xiàn)超低能耗建筑的設(shè)計目標。

該項目設(shè)置1套能源管理系統(tǒng)，從820戶中選擇26戶、包含5種戶型的典型戶，監(jiān)測其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)及運行分項能耗，為項目運行效果評估及能效提升、運行策略的不斷改進提供依據(jù)。

4.2 運行數(shù)據(jù)分析

該項目已建設(shè)與主打戶型相同的樣板間，樣板間位于項目地塊內(nèi)樣板房內(nèi)部，獨立建造，建筑層數(shù)為1層，建筑總高度6.65 m，建筑層高3 m，樣板間總建筑面積314 m2，其中住宅戶型樣板間供暖面積112 m2。樣板間平面圖見圖2。其圍護結(jié)構(gòu)保溫、門窗、熱橋與氣密性處理、設(shè)備系統(tǒng)等均與主體建筑同戶型做法相同。樣板間在建成后經(jīng)歷了首個寒冷冬季的考驗，獲取了運行數(shù)據(jù)。

圖2 樣板間平面圖

4.2.1室內(nèi)外溫度與空調(diào)耗電量

對樣板間的室內(nèi)溫度、一體機耗電量及室外溫度進行數(shù)據(jù)匯總和整理，得到圖3。2021年1月18日開始房間內(nèi)關(guān)閉了新風一體機，開啟了石墨烯電供暖系統(tǒng)進行供暖系統(tǒng)試驗。2020年10月1日至2021年1月31日室外最低溫度近-28 ℃，由圖3可見，室內(nèi)溫度始終維持在20 ℃以上，平均值為23.9 ℃，溫度曲線平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯波動，極寒天氣對室內(nèi)溫度的影響非常有限。由此可以看出，超低溫空氣源熱泵在極寒天氣下仍可穩(wěn)定運行，為室內(nèi)提供穩(wěn)定的熱源。

圖3 室內(nèi)外溫度與一體機耗電量關(guān)系

監(jiān)測期間室外溫度呈逐漸下降趨勢，與之相應(yīng)，一體機每日耗電量逐漸升高，每月室外平均溫度、室內(nèi)平均溫度及平均每日耗電量見圖4。

圖4 供暖季每月室外平均溫度、室內(nèi) 平均溫度及平均每日耗電量

由圖4可見，樣板間測試期間室內(nèi)溫度均高于GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》中要求的20 ℃。

呼和浩特市供暖時間為每年10月15日至次年4月15日，共計183 d。根據(jù)樣板間實測數(shù)據(jù)，以及已有的3個月的平均耗電量與逐月平均溫度的比例關(guān)系可測算出全供暖季日平均耗電量為18.27 kW·h。根據(jù)樣板間實際運行情況，供暖季室內(nèi)平均溫度為23.9 ℃，利用IBE軟件[12]計算出的樣板間供暖累計耗熱量指標為48.67 kW·h/(m2·a)，根據(jù)設(shè)備廠家提供的超低溫空氣源熱泵曲線計算出該氣候區(qū)的供暖季平均COP為2.2，再考慮當室外溫度低于-10 ℃時，開啟新風電預熱，利用逐時氣象參數(shù)和一體機設(shè)定的預熱溫度及逐時風量數(shù)據(jù)可計算出該部分能耗為4.10 kW·h/(m2·a)。此外，根據(jù)實測新風量及超低能耗建筑風機能耗約束值可算出新風排風機組的能耗為5.56 kW·h/(m2·a)，綜合考慮后，新風一體機系統(tǒng)COP為1.53。因此樣板間能耗計算預測值為17.61 kW·h/d，與實測值的偏差為3.4%，在合理范圍內(nèi)。

樣板間預測值與實測值的偏差可能源于多種因素：1) 樣板間的實際室外工況與模擬計算所采用典型年氣象參數(shù)不同，導致計算負荷與實際負荷有偏差；2) 樣板間測試時間為建成后運行的首個供暖季圍護結(jié)構(gòu)蓄冷蓄濕會導致機組耗電量略高；3) 首個供暖季圍護結(jié)構(gòu)含濕量高導致墻體整體的傳熱系數(shù)較設(shè)計值偏高；4) 樣板間參觀人數(shù)較多，外門頻繁開啟，導致室外空氣滲透量高于常規(guī)建筑；等。

但總體來看，IBE軟件預測的供暖負荷及能耗與實際值非常接近。

根據(jù)目前的運行數(shù)據(jù)，若電費按0.5元/(kW·h)計算，樣板間供暖季供暖費用為1 671.91元，單位面積供暖費用11.69元/m2。與呼和浩特地區(qū)市政供暖費用每年22元/m2相比，可節(jié)約47%?？紤]到樣板間的諸多不利條件，如獨立一戶，上下及左右均無供暖房間相鄰，其外墻、屋面、及地面均向室外環(huán)境散熱，可預測主體建筑投入使用后平均每日耗電量在樣板間基礎(chǔ)上有較大下降空間。可見該項目技術(shù)措施綜合節(jié)能效果及經(jīng)濟效益顯著。

4.2.2相對濕度

對樣板間運行過程中的室內(nèi)外相對濕度數(shù)據(jù)匯總整理，得到圖5。由圖5可見，測試期間室外相對濕度在20%～90%之間，波動幅度較大，而室內(nèi)相對濕度波動較為平穩(wěn)，基本維持在30%～40%之間?；緷M足GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》中冬季室內(nèi)相對濕度不小于30%的要求。

圖5 測試期間室內(nèi)外日平均相對濕度關(guān)系

4.2.3PM2.5

對樣板間一體機自行記錄的PM2.5濃度數(shù)據(jù)及中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺公布的每日室外PM2.5濃度數(shù)據(jù)進行匯總整理，得到圖6。

圖6 測試期間室內(nèi)外平均PM2.5質(zhì)量濃度關(guān)系

可見，樣板間運行過程中PM2.5的日均質(zhì)量濃度在0～40 μg/m3范圍內(nèi)波動，平均值為7.90 μg/m3。室外PM2.5質(zhì)量濃度大部分時間在6～100 μg/m3范圍內(nèi)波動，少數(shù)天氣PM2.5污染較重，可達到250 μg/m3以上。在室外PM2.5質(zhì)量濃度超過250 μg/m3時，室內(nèi)達到43 μg/m3，空氣品質(zhì)優(yōu)良。供暖季全時段室外PM2.5質(zhì)量濃度平均值為44.84 μg/m3?？梢?，室內(nèi)PM2.5的質(zhì)量濃度平均值相當于室外濃度的18%，表明樣板間氣密性處理有效，新風系統(tǒng)過濾效果良好。

4.2.4CO2濃度

對樣板間記錄的CO2體積分數(shù)進行數(shù)據(jù)匯總和整理，得到圖7。

圖7 測試期間室內(nèi)CO2體積分數(shù)

CO2日平均體積分數(shù)大部分時間均在6×10-4以下，樣板間運行過程中CO2日平均體積分數(shù)最大值為6.98×10-4，最小值為4.06×10-4，平均值為5.08×10-4，低于設(shè)計目標限值1.0×10-3。個別時段升高至6.98×10-4，與樣板間人員參觀活動有關(guān)。

可見，與主體建筑同等設(shè)計的樣板間首個冬季運行過程中室內(nèi)溫濕度滿足GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》的規(guī)定；室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度低于GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》中一類區(qū)適用的濃度限值；室內(nèi)CO2體積分數(shù)滿足GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》的規(guī)定；由于樣板間試運行條件所限，供暖季能耗略高于GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技術(shù)標準》的規(guī)定，但扣除因蓄冷蓄濕導致的耗電量后，主體建筑投入運行后應(yīng)能夠低于設(shè)計目標要求。

5 結(jié)論

嚴寒地區(qū)建設(shè)超低能耗居住建筑節(jié)能效益顯著，適宜大規(guī)模推廣。嚴寒地區(qū)居住建筑設(shè)計關(guān)鍵要點如下：

1) 建筑總圖布局及平面布局應(yīng)能夠充分獲得太陽輻射得熱、自然采光及通風；

2) 外保溫厚度應(yīng)采用性能化設(shè)計優(yōu)化，且保溫安裝時應(yīng)設(shè)置托架；

3) 外窗型材應(yīng)具有對抗室內(nèi)外較大溫差的材料穩(wěn)定性和耐久性，安裝方式應(yīng)考慮熱橋值、安全性及后續(xù)更換的可行性；

4) 冷熱源系統(tǒng)應(yīng)進行詳細的方案比選分析后確定，若采用超低溫空氣源熱泵一體機，應(yīng)注意做好應(yīng)急備用系統(tǒng)，計算新風預熱能耗，考慮室外化霜水的排放問題。