赵帅：岭南地区近零碳住宅围护结构性能关键指标研究

文摘 2025-01-13 22:46 北京

欢迎关注《工程建设标准化》杂志官方微信

摘要：岭南地区作为中国南部经济发达区域，具有独特的气候特征和建筑用能模式，开展近零碳住宅建筑的研究与实践对于推动区域乃至全国的可持续发展具有示范意义。本研究以岭南地区为研究对象，采用数值模拟与敏感性分析等方法，开展近零碳住宅建筑围护结构指标分析，并结合岭南地区实际开展近零碳住宅围护结构性能关键指标研究。

关键词：岭南地区、住宅建筑、围护结构、近零碳建筑

引言：2020年9月，我国政府明确提出了双碳战略，旨在2030年前达成碳达峰的里程碑，并规划在2060年前全面实现碳中和。聚焦于近零碳与零碳建筑领域的发展，对于推动和实现这一宏伟目标具有不可估量的重要性。当前，建筑在运行阶段所产生的碳排放已占据全国总碳排放量的超过21%的比例，而建筑材料生产过程中的碳排放更是高达16%。随着城市化进程的加速，住宅建筑作为建筑类型中的主体，其占比在我国城镇建筑总量中已突破75%，因此，加强对城镇住宅的节能减排设计，已成为当前我国节能减排工作中的核心任务与紧迫需求。

岭南地区主要包括广东、广西、海南、香港、澳门，是我国经济最发达的区域之一，也是建筑能耗与碳排放最高的区域之一。因此，研究岭南地区特色的近零碳住宅关键技术以及实施路径对于岭南地区乃至全国实现双碳目标具有重要意义。

强化围护结构节能设计与施工，是实现建筑领域节能减排的关键措施之一。围护结构（包括墙体、屋顶、地板、门窗等）作为建筑与外界环境之间的分隔层，其热工性能直接影响建筑内部与外部环境间的热量交换。针对岭南地区气温高、太阳辐射强度大的气候特点，优质的围护结构可降低夏季热量的侵入，降低空调系统的能耗。通过提高围护结构的保温隔热性能，可以大幅削减建筑运行过程中的能源消耗，实现节能降碳的目的。

正文：

1、围护结构指标分析方法

为研究不同围护结构的参数变化对建筑碳排放的影响，本研究建立居住建筑模型，运用能耗模拟软件进行能耗模拟，并运用敏感性分析法进行分析，得到居住建筑围护结构指标推荐值。

1.1 数值模拟分析

本研究采用Design Builder能耗模拟软件对典型居住建筑（如图1）进行能耗模拟，Design Builder是一款以EnergyPlus为计算内核的能耗模拟软件，具有操作方便、准确度高等特点，被广泛应用于建筑能耗模拟与分析。

居住建筑模型为简化后的典型三层（每层两户，户型为两室一厅）住宅楼。该建筑南北朝向，层高为3m，每层地板尺寸为15m×12m，南北向窗墙比为0.3，东西向无外窗。采用广州典型气象年8760小时气象参数作为岭南地区的典型气象代表，进行能耗模拟。

图1 居住建筑模拟模型图

建筑能耗模拟各参数按照《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021）中规定的限值进行设置，其中基准建筑围护结构热工设计参数值详见表1，空调形式采用分体空调。输入参数为围护结构各热工设计参数，输出参数为模拟计算得到的建筑单位面积碳排放强度。

表1 居住建筑模型围护结构热工设计参数限值

围护结构	指标限值
外墙传热系数	0.70（W/m2·K）
屋顶传热系数	0.40（W/m2·K）
外窗传热系数	3.00（W/m2·K）
外窗太阳得热系数	0.30

1.2 敏感性分析

敏感性分析是指从定量的角度去分析有关因素发生变化时对相关关键指标影响程度的一种不确定性分析技术，评价指标为敏感性系数，其定义可用下面的公式表达：

式中：Si表示敏感性系数；△Pi表示输入参数的变化值，△Pi=Pi-Pi,n；Pi,n表示每个输入参数的基准值；△L表示输出参数的变化值，△L=Li-Ln；Ln表示输出参数的基准值。

在计算敏感性系数取正值时，即输出参数随输入参数值的增加（减少）而增加（减少）；在计算敏感性系数为负的情况下，反之。敏感性系数的绝对值越大，输入参数影响越大。

2、岭南地区近零碳住宅建筑围护结构指标分析

2.1 基准建筑能耗与碳排放计算结果

基准建筑能耗与碳排放模拟结果如表2所示，其中碳排放因子按照0.5kgCO2/kWh计算。结果显示空调系统能耗与碳排放所占比重最大，达47.12%，照明设备次之，所占比重为29.35%，设备用能与碳排放最少，为23.53%。将基准建筑空调系统能耗与《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015-2021表A.0.1“各类新建居住建筑平均能耗指标”进行对比，发现基准建筑所在的夏热冬暖B区指标值为23.0kWh/m2，与本研究模拟结果相近，这也进一步验证了基准模型模拟结果的准确性。

表2 居住建筑模型围护结构热工设计参数限值

	建筑能耗（kWh/m2）	建筑碳排放（kgCO2/m2）
空调系统	20.5	10.25
照明	12.77	6.39
设备	10.24	5.12
总计	43.51	21.76

2.2 外墙传热系数指标分析

外墙传热系数计算步长0.05，参数变化区间0.20~0.70，其它热工设计参数保持不变，分别模拟不同居住建筑外墙传热系数对应的单位建筑面积碳排放强度，然后运用敏感性公式计算相应的敏感性系数值，计算结果如图2所示。

图2 居住建筑外墙传热系数敏感性分析

由图2分析可知：当外墙传热系数由0.70逐步减少至0.20时，居住建筑外墙敏感性系数从3.44增长至4.36，居住建筑单位面积碳排放随着外墙传热系数减小而减小，且当外墙传热系数为0.2~0.4之间时，居住建筑外墙敏感性系数数值较高且变化较快，这说明在此范围内，居住建筑外墙传热系数对单位面积的碳排放影响较大。

2.3 屋顶传热系数指标分析

屋顶传热系数计算步长0.025，参数变化区间0.15~0.40，其它热工设计参数保持不变，分别模拟不同居住建筑屋顶传热系数对应的单位建筑面积碳排放强度，然后运用敏感性公式计算相应的敏感性系数值，计算结果如图3所示。

图3 居住建筑屋顶传热系数敏感性分析

由图3分析可知：屋顶传热系数由0.40逐步减少至0.15时，居住建筑屋顶敏感性系数从1.68增长至1.92，居住建筑单位面积碳排放随着屋顶传热系数减小而减小，且当屋顶传热系数为0.25~0.4之间时，居住建筑屋顶敏感性系数数值变化较快，这说明在此范围内，居住建筑屋顶传热系数对单位面积的碳排放影响较大。

2.4 外窗传热系数指标分析

外窗传热系数计算步长0.10，参数变化区间1.60~3.00，其它热工设计参数保持不变，分别模拟不同居住建筑外窗传热系数对应的单位建筑面积碳排放强度，然后运用敏感性公式计算相应的敏感性系数值，计算结果如图4所示。

图4 居住建筑外窗传热系数敏感性分析

由图4分析可知：外窗传热系数由3.00逐步减少至1.60，居住建筑外窗敏感性系数从0.24增长至0.37，居住建筑单位面积碳排放随着外窗的传热系数减小而缓慢减小，且当外窗传热系数小于等于2.00时，居住建筑外窗敏感性系数数值相对较高且变化较快，这说明在此范围内，居住建筑外窗传热系数对单位面积的碳排放影响相对较大。相较于其他围护结构指标参数，外窗传热系数变化的敏感性系数较低，说明外窗传热系数对建筑能耗的影响相对较小。

2.5 外窗得热系数指标分析

外窗得热系数计算步长0.01，参数变化区间0.17~0.30，其它热工设计参数保持不变，分别模拟不同居住建筑外窗得热系数对应的单位建筑面积碳排放强度，然后运用敏感性公式计算相应的敏感性系数值，计算结果如图5所示。

图5 居住建筑外窗传热系数敏感性分析

由图5分析可知：外窗得热系数由0.30逐步减少至0.17，居住建筑屋顶敏感性系数从1.09缓慢下降后再增长至1.82，居住建筑单位面积碳排放随着外窗的得热系数减小而减小，且当外窗得热系数小于等于0.20时，居住建筑外窗得热系数敏感性系数数值相对较高且变化较快，这说明在此范围内，居住建筑外窗得热系数对单位面积的碳排放影响相对较大。

3、岭南地区零碳住宅围护结构性能关键指标研究

基于前文分析，可以看出居住建筑围护结构敏感性系数按照从大到小排序，依次为外墙传热系数＞屋顶传热系数＞外窗得热系数＞外窗传热系数。这说明，外墙传热系数变化对居住建筑碳排放的影响最大，屋顶传热系数和外窗得热系数次之，外窗传热系数最小。因此，在加强居住建筑围护结构热工性能时，应重点从加强外墙的热工性能入手，而提高外窗的保温性能的收益最低。

根据敏感系数分析，得到岭南地区低碳零碳住宅建筑的围护结构指标如表3所示。

表3 岭南地区居住建筑低碳零碳围护结构指标表

围护结构部位	指标名称	要求
屋面	传热系数K（W/m2·K）	0.25~0.40
外墙	传热系数K（W/m2·K）	0.20~0.40
外窗（包括透光幕墙）	传热系数K（W/m2·K）	≤2.0
外窗（包括透光幕墙）	太阳得热系数SHGC	≤0.20

4、总结

本研究针对岭南地区特有的气候特征和建筑用能模式，对近零碳住宅建筑的围护结构性能关键指标进行分析。通过对居住建筑的能耗模拟以及敏感性分析，确定影响建筑碳排放的关键围护结构参数，并提出了相应的优化建议。

研究发现，外墙传热系数对居住建筑碳排放的影响最为显著，其次是屋顶传热系数和外窗得热系数，而外窗传热系数的影响相对较小。基于这一发现，建议在设计和施工过程中，特别关注外墙和屋顶的热工性能与外窗太阳得热性能。

此外，本研究还为岭南地区的低碳零碳住宅建筑提供了具体的围护结构指标建议，包括屋面和外墙的传热系数范围，以及外窗的传热系数和太阳得热系数的上限与下限值。这些指标的制定，旨在引导建筑设计向低碳、环保的方向发展，为实现区域乃至全国的双碳目标做出贡献。

因微信公众号更改了推送规则，如果您不想错过精彩内容，记得读完点一下“赞”和“在看”，这样每次新文章就会第一时间出现在订阅列表中。

订阅热线01088375610

觉得好看点这里↓新年万事兴龙↓↓

工程建设标准化

《工程建设标准化》是由中华人民共和国住房和城乡建设部主管，中国工程建设标准化协会、住房和城乡设部标准定额研究所、中国建筑标准设计研究院有限公司主办的国家一级期刊。

赵帅：岭南地区近零碳住宅围护结构性能关键指标研究

关于进一步扩大政府采购支持绿色建材促进建筑品质提升政策实施范围的通知

从“老房子”变“好房子” 既有住宅系统性更新研究与实践

更新｜已出版的中国工程建设标准化协会标准

公示｜中国工程建设标准化协会建筑物鉴定与加固专业委员会第七届青年委员

《和美乡村建设项目管理导则》印发

多地商品房取消公摊？专家解答→

全国住房城乡建设工作会议代表热议“四好建设”系列标准

住房城乡建设部发布2024版国家标准《建设工程工程量清单计价标准》

盘点2024年度关键词

《陶瓷岩板应用技术规程》首次发布

全国住房城乡建设工作会议：《住宅项目规范》等住宅标准将于2025年发布

《陶瓷岩板应用技术规程》发布

《2025年工程建设规范标准编制及相关工作计划（征求意见稿）》公开征求意见

新华网：提供技术指引与参考 “四好建设”系列标准发布试行

《工程建设标准化教程》正式出版

中国工程建设标准化学术大会在成都举行

《智能建造技术导则》公开征求意见

含金量提升，难度增加！“工程建设标准科技创新奖”评审结果公示：曾滨、张纲获标准创新成就奖

《冷冻电镜生物安全实验室技术规程》标准编制工作启动

《节肢动物生物安全实验室技术规程》标准编制工作启动

全球首部城市地下综合管廊国际标准正式发布

“工程标准大讲堂”正式开播，助力工程建设领域高质量发展

第二届建筑防火大会在滨州盛大召开

第55届世界标准日主题座谈会暨协会标准助力雄安新区高质量发展研讨会在雄安举行

关于举办新型标准体系赋能中国好住房建设论坛的紧急补充通知

2024年世界标准日祝词——美好世界的共同愿景: 聚焦可持续发展目标

关于举办新型标准体系赋能中国好住房建设论坛的紧急补充通知

2024年世界标准日祝词——美好世界的共同愿景: 聚焦可持续发展目标

《工程建设标准化》期刊祝大家国庆节快乐!

通知｜新型标准体系赋能中国好住房建设论坛

李强签署国务院令公布修订后的《烈士褒扬条例》

通知｜第55届世界标准日主题座谈会暨协会标准助力雄安新区高质量发展研讨会

第29届华东六省一市土木建筑工程建造技术交流会在上海召开

《工程建设标准化》期刊祝您中秋快乐！阖家团圆！家和事美！

欢迎报名参加9月21日在高碑店举办的超低能耗建筑外维护结构防火性能研讨会！

直播预告 | 9月12日 · 协会标准设计图集《建筑与市政工程刚性防水系统构造》发布会

2024年度“工程建设标准科技创新奖”推荐和申报工作启动

关于组织开展2024年度“工程建设标准科技创新奖”推荐和申报工作的通知

三项国家标准全文公开，9月1日起实施

15部门联合印发《关于建立碳足迹管理体系的实施方案》

大利好！国务院重磅发布！

陈宜明：房地产唯一出路就是卧薪尝胆、奋发图强、盖好房子

国家标准《建筑抗震设计规范》修改为《建筑抗震设计标准》

浙江省住建厅发布2项工程建设标准

《混凝土结构设计规范》修改为《混凝土结构设计标准》

原来这4种物业费，都算是“违规收费”，业主朋友可别再白送钱了

《2024年工程建设规范标准编制及相关工作计划》印发

国家标准《民用建筑设计统一标准（局部修订征求意见稿）》公开征求意见

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉