山東建筑大學教學實驗綜合樓

項目概況

山東建筑大學綜合教學樓建設項目位于山東建筑大學新校區(qū)校園內的教學區(qū)，是國內首個鋼結構裝配式超低能耗示范項目，總建筑面積9721.05㎡，地上6層，其中1、2層為實驗室，3至6層為教學辦公室。

該項目是山東省首批超低能耗試點示范項目，也是國家首個鋼結構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-被動式低能耗建筑”質量標識及證書，同時入選了《被動式超低能耗建筑典型案例集》。

樣板節(jié)點

超低能耗建筑設計

被動式設計

無論是針對建筑與環(huán)境氣候的關系，還是建筑物單體形態(tài)的設計，或是建筑物圍護結構材料的選擇與構造設計，都達到了德國能源署對于裝配式超低能耗建筑的要求，而且也體現了設計之初就貫徹的被動優(yōu)先的設計理念。

在被動優(yōu)先綠色建筑設計時首先要對整個場地進行詳細分析，在充分了解建筑所處的環(huán)境條件和氣候條件以后，才可以進行建筑場地的規(guī)劃。為了與周圍環(huán)境相協(xié)調，最大限度地保留了場地內原有的地形，針對場地內建筑所處的環(huán)境和氣候條件，設計者對建筑形體設計的初步情況進行了場地風環(huán)境的模擬。

在形體處理方面，建筑整體為方形，體形系數保持在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于室內的直射，還能夠減少西曬對建筑的影響。

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

外圍護結構

非透明外圍護結構熱工性能設計應遵循性能化設計原則和氣候適應性原則，通過對建筑進行能耗計算分析后確定保溫性能的具體要求，通過隔熱和防潮驗算驗證并確定隔熱性能及防潮措施。根據濟南的氣候特點以及超低能耗的能耗目標要求，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。被動窗有極好的保溫氣密性，但自重大。被動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，不宜承受懸掛荷載，從結構安全的角度考慮，研究并提出內嵌于蒸壓加氣混凝土外墻安裝超低能耗建筑外窗的結構形式。

外窗安裝構造節(jié)點圖

無熱橋節(jié)點構造設計是實現超低能耗建筑目標最為關鍵的設計內容之一。項目非透明圍護結構產生的熱橋主要在墻角、雨水管支架等部位處，對于墻角部位產生的結構性熱橋采取保溫層包覆的處理方式，使該部位熱橋系數小于0.01W/（m·k）。以雨水管支架為例，對于雨水管支架連接處產生的不可避免的構造熱橋應盡量減少接觸面積，最大限度的降低熱損失。

墻角、雨水管支架構造節(jié)點

山東建筑大學教學實驗綜合樓項目氣密層材料為15mm水泥砂漿抹灰層，其包含了所有外墻室內側、地面室內側、屋面室內側及樓地面。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)。

山東建筑大學教學實驗綜合樓氣密性范圍

裝配式建筑的圍護層難免會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，會影響建筑整體氣密性能，針對項目氣密層薄弱點，如外墻掛板板間橫豎板縫、外墻掛板與樓板等部位，研究制定了相關技術方案，并通過試驗驗證，在項目中得以應用。

外墻垂直縫節(jié)點圖（局部展示）

外掛墻板與樓板交接處氣密性處理構造圖

暖通空調系統(tǒng)

暖通空調系統(tǒng)采用了可再生能源利用+高效新風系統(tǒng)+溫濕度獨立控制技術。冷熱源機組為一臺高溫螺桿式地源熱泵機組，末端采用干式風機盤管機組，負責室內溫度控制，新風機組自帶冷源對新風進行深度除濕，承擔室內濕度控制。分別在一、三、五層設置一臺6000 m3/h的內冷式雙冷源新風機組，機組自帶板式熱回收，熱回收效率大于75 %，新風系統(tǒng)支管設電動調節(jié)閥，可根據室內二氧化碳濃度調節(jié)控制新風量和新風機組的啟動。

雙冷源溫濕分控調節(jié)系統(tǒng)構成圖

實測與分析

在建成之后，進行了現場圍護結構熱工性能測試、室內熱舒適環(huán)境實測和能源環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測，以驗證其運行效果。

建筑熱成像分析

示范工程采用外保溫系統(tǒng)，在圍護結構無熱橋處理及氣密性處理方面具有優(yōu)勢。從現場熱成像測試情況看，建筑整體保溫效果良好，無明顯熱橋。

南立面熱成像

室內溫濕度分析

通過典型房間現場實際測試數據來看，在冬季供暖季節(jié)室內溫度基本能夠維持在20℃上下，個別房間溫度可達23℃，測試房間外墻內表面溫度及外窗窗框內表面溫度與室內空氣溫度差值≤3℃，滿足超低能耗建筑設計要求。

典型房間現場實際測試結果

能源環(huán)境系統(tǒng)運行分析

通過能源環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)平臺獲得暖通空調系統(tǒng)運行能耗數據，并對部分數據進行對比分析，可以看出：由于項目2017年完成驗收，隨即進入冬季供暖運行，墻體未完全干透，室內濕度較大，2018年1月1日至1月17日末端系統(tǒng)供暖運行能耗為822.9 kW·h。經過一年多的運行，人員使用率不斷提高、圍護結構熱工性能不斷改善、行為節(jié)能意識不斷增強，末端系統(tǒng)供暖運行能耗下降至653.0 kW·h，節(jié)約運行能耗20.6 %。

2017年與2018年冬季末端系統(tǒng)運行能耗情況對比