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北方严寒地区钢结构建筑零碳技术探索

北方严寒地区钢结构建筑零碳技术探索

打印 0条评论来源:大区科技与设计管理部

“双碳”战略是我国环保发展的重要基础,对碳排放的要求极为严格。建筑属于碳排放“大户”,约占总碳排放的40%,而钢结构装配钢结构建筑又在碳排放领域有先天优势。基于此,本课题根据《严寒地区装配式钢结构外围护系统关键技术研究》已有的研究成果,在实践中开展对钢结构建筑在“双碳”领域发展的深度研究。


研究背景

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2021年,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重宣布,“中国将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”这就是我国政府提出的“3060”双碳目标,它为能源转型和应对气候变化开创了新纪元。而建筑行业是我国的碳排放“大户”,建筑全生命周期绿色低碳转型是实现“双碳”目标的关键所在。


从机遇角度来看,中国建筑业规模位居世界第一,建筑业将成为全国减碳的重点领域。施工建造环境将成为建筑业减碳的重要支点和引擎,也是撬动整个产业链减碳最重要的环节。一方面,由施工环节总承包商确定绿色建材的采购,建筑施工环节通过制定低碳标准,将倒逼上游建筑材料进行绿色化升级;另一方面,建筑节能技术升级,绿色建筑能够促进建筑运营过程中的节能减排,实现新建和改造楼宇运营的节能降耗,真正实现低碳发展。


探索之路

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2022年10月,位于双榆树学校项目现场的两栋低碳钢结构小屋竣工落成,正式开启钢结构碳建筑的探索之路。这两栋低碳小屋,是为《严寒地区装配式钢结构外围护系统关键技术研究》课题而建的示范小屋,一栋能够检测不同保温材料在钢结构建筑中的节能数据,精准计算出严寒地区钢结构建筑的整体保温系数;另一栋能够结合洁净能源利用,平衡钢结构建筑的使用能耗,将整体能耗降低为零或近于零,这是对钢结构建筑的近零碳技术进行的初步尝试。


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双榆树学校项目效果图


两栋示范小屋均为居住型建筑,采用同样的尺度规格,4.2mX4.2m,单层建筑,建筑面积为17平方米,层高3.0m。建筑南北朝向,采用装配式钢管混凝土框架结构,围护结构采用蒸压加气混凝土板(ALC板),墙体采用外保温和内保温相结合的方式,外保温采用建筑节能装饰一体板,内保温采用聚氨酯保温板,室内墙面和吊顶装饰采用集成墙体和集成吊顶。


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左:外保温测试示范小屋    右:近零碳测试示范小屋


两栋建筑虽然在规模和外形上一模一样,但在配置上有很多的不同。首先近零碳示范小屋参照《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019进行设计,室内温度冬季不低于20℃,夏季不高于26℃;室内相对湿度冬季不低于30%,夏季不高于60%。采用了太阳能光伏发电系统,屋顶安装6块太阳能光伏发电板,单块太阳能光伏发电板功率470W,配置一台5KW的市电互补一体逆变器, 8块200AH的胶体蓄电池,太阳能和市电互补,太阳能优先供电。外保温示范房则以《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010进行设计,四面墙采用多种不同的保温材料,可以同时得到多种保温材质的保温性能参数。


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太阳能光伏发电板


本次测试实验将持续一年。研究人员可通过对该工程全年温湿度监测,测算装配式钢结构外墙平均传热系数,评估全年能耗综合值和可再生能源利用率。同时评估该建筑的舒适性,观测该建筑是否存在发热,墙体是否存在结露、长霉和开裂等问题,为进一步改进和提升严寒地区装配式钢结构各项性能服务。


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从左至右依次为

数据记录仪、空气源热泵空调、热流密度传感器


技术原理

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主要检测技术原理是基于热阻和传热系数的计算公式,定时记录、测量建筑外墙内表面的热流值以及内外表面的温度值,经运算就能得到被测部位的传热系数值以及热阻。在最冷月,避开气温剧烈变化的天气,采用热流计法检测,测得墙体内外表面的温度Ti、Te以及通过热流计的热流E,计算墙体的传热阻R0和传热系数K。

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R0:墙体的传热阻( (m2·K)/W)

K:传热系数(W/(m2·K))

C:热流计标定系数

E:热流计读数


总结感悟

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党的二十大报告中提出,要推进美丽中国建设,坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对气候变化,协同推进降碳、减污、扩绿、增长,推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。“十四五”是落实“3060”双碳目标的关键时期,建筑全生命周期节能降碳是建筑业实现转型发展的重要途径,也是建筑领域践行绿色发展理念和实现“双碳”目标的有力抓手。


北方大区将始终坚持绿色化引领,持续开展零碳技术研究与探索。编制《钢结构碳排放计算标准》等行业技术标准,提升行业话语权;打造严寒地区零碳小屋,开展“四大领域,十六项技术”研究,推进低碳建筑研究与应用,为中建集团、公司“双碳”战略贡献北方力量。


(责任编辑:何雯丽)



延伸阅读:

钢结构工程要注意的五个重要质量控制点 2022年建筑钢结构行业十件大事 大跨度钢结构转换桁架施工关键技术研究

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[责任编辑:Susan]

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