北京市昌平区未来科学城第二小学

本文转自被动房网，作者为住房和城乡建设部科技与产业化发展中心 杨润芳   彭梦月，原文刊载于《建设科技》2021年10月 第19期

项目概况

北京市昌平区未来科学城第二小学建设工程项目是由北京市昌平区教育委员会开发建设、北京未来科学城置地有限公司代建、中国建筑第八工程局有限公司总承包、住房和城乡建设部科技与产业化发展中心提供超低能耗建筑全过程咨询的装配式钢结构超低能耗学校建筑。

项目位于北京市昌平区未来科学城英才南三街与岭上东路交叉口，总建筑面积为28447㎡,其中14008.52㎡为超低能耗建筑示范区域，包括教学楼及办公宿舍楼地上部分，见图1。项目地下一层，地上四层， 首层层高5.4m，二~四层层高均为4.0m，地下1层， 层高5.0，总高度17.70m。

地下为钢筋混凝土框架结构，上为钢结构，装配率为57.32%。项目于2018年4月正式启动，2018年9月完成了北京市超低能耗示范项目的评审和公示，2020年9月通过第三方气密性测试， 2020年10月投入运营。

图1 项目实景图

关键技术

项目整体布局采用方（各功能单体围合）圆（中部围合下沉庭院空间）围合布局方式。建筑使用率高的教学楼及多功能厅和办公宿舍楼正南北向布置，非主要功能性房间体育馆及食堂沿街布置，从而提高南侧房间冬季得热，降低东西侧房间夏季得热。

通过建筑围合中间共享空间，并由绿植、遮阳棚架强化向心空间布局，有效减少冬季西北风侵袭。建筑设计采用了规整紧凑原则， 学校建筑避免过多凹凸变化，减少了外围护结构面积。

严格控制体形系数，教学楼、办公宿舍楼体形系数分别为0.18和0.2。建筑立面造型设计过程中最大限度地减少西侧开窗面积，有效避免西晒。在教学楼、多功能厅屋面设置天窗，进一步利于建筑利用自然采光，降低照明能耗。

项目参考《北京市超低能耗示范项目技术要点》及德国被动房研究所的推荐性指标进行设计，辅助DEST软件、IBE软件对建筑能耗进行计算，不断优化超低能耗建筑设计，最终形成了经济、合理、可行的技术方案， 包括高性能围护结构保温隔热技术、高性能外门窗系统 技术、无热桥技术、提高建筑气密性技术、高效热回收 技术和可再生能源利用技术等。

项目满足如下考核指标：

（1）供暖、空调和照明能耗（计入可再生能源贡献）在现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015基础上降低60%以上；

（2）换气次数N50≤0.6；

（3） 室内环境标准达到现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中的Ⅰ级热舒适度。关键部品技术描述及指标，见表1。

表1   关键部品性能参数值

项目在钢梁、柱与条板墙交界处、窗框与外墙连接部位、穿墙管与外墙连接部位等易漏气的部位采用气密性专用材料处理，如，钢梁、柱与条板墙交界处通过室内粘贴防水隔汽材料、室外粘贴防水透气材料进行处理， 粘贴长度超出交界处的距离不小于50mm，交界处两侧的粘贴宽度均不小于30mm，条板拼缝处理方式同上， 见图2～图3。

图2 室内气密性处理

图3 ALC条板间隙粘贴气密性胶带

项目主要热桥包括外门窗洞口、女儿墙、外挑阳台、穿围护结构的金属构件和管道等。项目对热桥部位加强连续保温，并采用断热桥构件或结构断开的设计最大限度降低热桥，例如金属连接件的断热桥处理、穿外墙管道的断热桥处理及外挑阳台局部进行结构断热桥处理等，见图4。

图4 关键节点断热桥处理

本项目地处未来科学城区域能源站覆盖范围内，该区域能源站采用燃气蒸汽联合循环冷热电三联供技术， 冬季供热采用发电余热经热交换后直接进行供热；夏季供冷利用余热锅炉尾部烟气余热驱动溴化锂吸收式制冷机组制冷，并串联离心式制冷机组进行深冷。

末端采用风机盘管+新风系统，新风热回收机组均设置低阻高效的空气净化装置，采用二级过滤措施（G4+F8），有效减小雾霾天气对室内空气品质的影响。机组均进行消声隔震处理，风道和风口设计优化尽可能降低管道和风口风速，新风出口处和排风入口处设消声装置，风机与风管连接处采用了软连接，进行隔振降噪，保证达到室内环境噪声要求。

教学楼和办公宿舍楼采用高效新风-排风全热回收模块，教学楼的多功能厅采用带全热回收功能的组合式空调机组。办公宿舍楼每层设置1台新风机组，共4台,新风量8500㎡/h，布置于各层的新风机房内。

教学楼分区域布置（共4台）,新风量51000㎡/h,将新风机组布置于屋顶；教学楼一层的多功能厅将带全热回收功能 的组合式空调机组（1台）布置于三层空调机房,新风 量10000㎡/h。

本项目采用太阳能集热器+空气源热泵进行生活热水供应，采用真空管式太阳能集热器，集热面积 180㎡，系统形式为开式非承压系统，热水使用范围为宿舍楼淋浴，贮热水箱采用2台7.5㎡储热水箱（50mm厚聚氨酯保温）。同时，项目屋面设有220㎡光伏板， 装机量是25KW，已实现并网，见图5。

图5   太阳能集热器

项目安装了建筑能耗监测及控制系统，它在管理平台的基础上，以控制为核心，对建筑内的供热制冷、新风、照明、设备用电、生活热水等能源利用及室内温度、空气质量等进行实时监测与控制，保证舒适的建筑环境和高效的能源应用。

系统首页能够展示建筑面积、建筑三维图、人数、当月及去年人均能耗、单位面积能耗、当年和去年同比及环比的分类能耗等信息。系统包含综合能耗展示、综合能耗分析、报表统计、能耗查询、用户管理等功能，见图6、图7。

图6   数据采集箱

图7   能耗监测室

节能效果

经计算分析，项目节能率及气密性指标均满足《北京市超低能耗示范项目技术要点》要求，具体数据见表2。

注:①为超低能耗公共建筑供暖、空调和照明一次能源消耗量与满足《公共建筑节能设计标准》 (GB50189-2015)的参 照 建 筑 相 比 的 相 对节 能 率。②室内外压差50Pa的条件下，每小时的换气次数。

与节能75%参照建筑相比，昌平未来科学城第二小学教学楼每平米每年可减少碳排量24.5kgCO2/㎡， 宿舍楼每平米每年可减少碳排放量20.2kgCO2/㎡，每年可减排二氧化碳总量为326t 。

项目被评为“国家“十三五”绿色建筑及建筑工业 化专项科技示范工程”、中美清洁能源联合研究中心建筑节能合作项目“净零能耗建筑关键技术研究与示范” 示范工程，入选中国施工企业管理协会评选为2020年度工程建设行业“好经验，好做法”优秀案例，形成专利8项（其中发明专利3项），发表论文5篇，QC成果2项，项目管理成果2项。项目在成果创新转化中， 还获得“北京市结构长城杯金奖”“北京市绿色安全工 地”“绿色建筑二星”等一系列奖项。

经验总结

超低能耗建筑是建筑行业建筑品质的一场升级革命。超低能耗建筑项目的推广有利于提高能源利用效率、 降低能源消耗、减少污染物排放，为我国绿色低碳发展、环境保护与节能减排起到积极推动作用。

本项目作为钢框架装配式结构和超低能耗建筑结合的工程，装配式结构的连接安装，连接拼缝及气密漏点多等问题给超低能耗建筑目标的实现带来很大的挑战， 主要体现在以下几个方面：

（1）外墙：外墙ALC板拼缝处应与气密膜进行有效粘贴，施工质量及安装效率控制难度大;狭窄空间ALC条板安装施工效率较低，质量控制难度大;外墙外侧气密膜粘贴精度要求高，施工操作困难，人工操作效率低。

（2）外窗：高性能外窗规格型号最大为7.2m×2.7m，整窗自重大，承重支撑体系采用钢附框后置式固定安装，安装难度大；外窗与结构（钢附框）之间断热桥效果及气密性效果保证控制难度大。

（3）屋面：保温层施工完成后需立即进行防水层的覆盖施工，针对超大屋面施工，短时间无法一次施工完成，质量控制难度大；屋面女儿墙栏杆与主体结构的 断热桥连接件需穿过屋面防水层，防止渗漏的施工精度控制要求难度高。

(4)天窗：大跨度超长天窗施工难度大，成品安装精度高，天窗支撑架体安装、断热桥设置、保温施工复杂，工艺实现难度高，见图8。

图8   天窗实景图

通过本项目实施，总结以下经验：

（1）一体化设计是前提。从前期可行性研究方案 设计阶段就需要对建筑的超低能耗设计进行系统性部署，施工图设计阶段更是需要围绕关键技术，深化关键节点，绘制节点详图。设计环节精细化程度是决定施工环节进度、质量和控制成本的前提。

（2）精细化施工是基础。超低能耗建筑的各项专 项设计的落地，对工程建造施工水平提出了较高的要求。工程项目管理人员要对超低能耗建筑技术内涵深入理解，才能精确地指导现场按图纸按要求精细化施工。同时，项目管理需要不断创新升级，敢于借助数字化转型的技术力量，实现现场精细化施工的监管与可量化施工现场管理评估，保证施工精细化的实现。

（3）合理化运营是关键。超低能耗建筑项目落成后，实现既定的超低能耗目标和效果，还有赖于建筑使用者不断理解超低能耗建筑理念与应用规则，科学的使用与维护，才能最终实现超低能耗建筑的节能与舒适的目标，享受健康幸福的居住品质。