低能耗居住建筑可再生能源技術(shù)研究——以淄博普利·艾倫莊園為例

西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院 ■ 徐浩 和茜 高偉業(yè)

一 引言

采用可再生能源技術(shù)是建造低能耗建筑的重要途徑。利用可再生能源可減少或完全代替常規(guī)能源，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果[1]。淄博普利·艾倫莊園項目在設(shè)計時從因地制宜、全壽命周期角度出發(fā)，充分考慮山東地區(qū)的氣候特點、建筑特性以及各項技術(shù)的適應(yīng)性等因素，本文對這個工程項目中采用的可再生能源技術(shù)作了簡要分析介紹。

二 普利·艾倫莊園可再生能源利用的基本情況

普利·艾倫莊園位于淄博(東經(jīng)117?32'至118?31'，北緯 35?56'至 37?18')著名風(fēng)景區(qū)——馬鞍山生態(tài)森林園半山龍脈。總占地約14hm2，基址地形成“北斗七星”狀，社區(qū)以園林為主題景觀，湖水、溪水自然分流，形成世外桃源——桃花島獨立庭院豪宅、半山龍脈雙拼山地豪宅、眾星捧月TownHouse景觀聯(lián)排、獨立入戶山地疊拼四大組團(tuán)。私家豪宅面積在170～700m2。40～600m2前庭后院、側(cè)院、中庭、空中庭院三重庭院。戶型功能齊全，擁有公共活動空間、家庭成員空間、主人私密空間、地下室娛樂廳、多功能視聽室、健身房等。普利·艾倫莊園總平面圖如圖1所示。

1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計

通過采用外墻和屋面保溫技術(shù)，窗戶采用斷橋隔熱鋁合金中空玻璃窗等，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能率達(dá)到65%。

建筑主要朝向為正南正北，體形系數(shù)在0.35～0.4之間。由于建筑地點位于北方，氣候類型屬于寒冷地區(qū)，因此北向和東、西向開窗面積相對較小，絕大部分能滿足《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ 14-037-2006)(山東省標(biāo)準(zhǔn))第3.3,4條規(guī)定，東、西、北窗墻比≤0.3，南向窗墻比≤0.5。

(1) 外墻外保溫

項目一期16000m2住宅建筑采用外墻外保溫，承重墻為370(240)mm厚煤矸石多孔磚，墻體保溫材料是80mm厚聚苯板，墻體平均傳熱系數(shù)K=0.45W/(m2·K)。屋頂保溫采用70mm厚擠塑苯板，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K=0.39W/(m2·K)。

項目一期以外的住宅建筑采用夾心墻保溫，主要做法為：90mm厚外葉墻+10mm厚空氣層+60mm厚擠塑苯板+240(370)mm厚內(nèi)葉墻，墻體采用煤矸石多孔磚，墻體平均傳熱系數(shù)K=0.45 W/(m2·K)。屋頂保溫采用70mm厚擠塑苯板，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)K=0.39W/(m2·K)。

(2) 節(jié)能門窗

窗戶為斷橋隔熱鋁合金中空玻璃門窗,分戶門采用具有防盜、保溫、隔聲等性能的金屬門。采用的門窗傳熱系數(shù)K=2.7W/(m2·K)。

2 太陽能生活熱水系統(tǒng)

本項目的太陽能熱水系統(tǒng)采用分體承壓強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，全年采集的有效太陽能為7480.6MJ，實際太陽能保證率為52%，不足部分由電加熱器作為輔助能源提供，從而減少了常規(guī)能源的使用。在多層住宅中采用單獨系統(tǒng)(每戶一個獨立的太陽能熱水器)，屋頂布置整體式太陽能熱水器的供熱水方式。

另外，系統(tǒng)分戶設(shè)置，控制方便靈活。每個單元的坡屋頂削平一段，做成局部平屋面，用來放置各戶的整體式太陽能熱水器(熱水器雙排布置，前后排之間預(yù)留足夠的間距)。屋頂缺口用構(gòu)架補(bǔ)齊，依然是兩坡屋面的住宅。這種設(shè)計不但使人們在地面上看不到坡屋頂上的集熱管和水箱，絲毫不影響立面效果，還豐富其造型，使得整座小區(qū)顯得更加現(xiàn)代、生動，擺脫了住宅固有的形式。同時，放置集熱管和水箱的平屋面的大小可根據(jù)平面形式、坡屋頂?shù)母叨?、角度和放置熱水器的?shù)量來靈活設(shè)計，如圖2所示。

太陽能可成為建筑物供熱(生活熱水、采暖)、空調(diào)及照明、供電的主要能源。太陽能與建筑結(jié)合，使建筑物的屋面、墻體、外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)成為太陽能集熱器和光電板的附著載體，既充分利用了太陽能，又不破壞建筑物外觀，甚至可成為很好的建筑景觀[2]。

3 采暖空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

本示范項目采用分戶式土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，其流程圖如圖3所示，室內(nèi)采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。各戶空調(diào)用電獨立計量，不存在管網(wǎng)設(shè)計效率問題。系統(tǒng)運(yùn)行能效比＞4.0。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，工作環(huán)境穩(wěn)定，不受外界大氣溫度影響，是一種既節(jié)能又環(huán)保的新型能源技術(shù)。

4 環(huán)境影響分析

通過減少常規(guī)能源的消耗，低能耗系統(tǒng)可以有效減輕對環(huán)境的負(fù)面影響[3]。太陽能系統(tǒng)在工作過程中不會向環(huán)境產(chǎn)生任何排放物，因此，太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用不會對環(huán)境產(chǎn)生有害影響。

地埋管熱泵系統(tǒng)利用地下常溫土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部進(jìn)行熱交換的裝置，冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏季向土壤排熱為建筑物制冷[4]。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中僅需消耗少量電力，不會對環(huán)境排放任何有害物，在節(jié)能的同時還可有效降低城市熱島效應(yīng)。設(shè)計適宜的地埋管系統(tǒng)在運(yùn)行中也不會在土壤中引起冷熱積聚，對地底生態(tài)環(huán)境不會產(chǎn)生不利影響。

另一方面，通過本示范系統(tǒng)的實施，可在小區(qū)中消除采暖燃燒所需的煙囪和有害物排放，有效提升小區(qū)景觀和環(huán)境質(zhì)量。從宏觀層面上看，通過減少常規(guī)能源的消耗，可有效減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。

三 普利·艾倫莊園項目的節(jié)能措施及主要特點

該項目住宅平面布局合理，建筑物具有良好自然通風(fēng)采光條件。圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足山東省居住建筑節(jié)能65%的要求，同時使用分戶式土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)和分戶太陽能熱水系統(tǒng)，具有較好的節(jié)能效果。

1 節(jié)能措施

(1) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要節(jié)能措施

外墻一期采用370(240)mm厚煤矸石多孔磚墻+80mm厚模塑聚苯板(EPS)外保溫，傳熱系數(shù)0.45W/(m2·K)。一期以外的住宅建筑：煤矸石多孔磚夾心保溫墻體，90mm厚外葉墻+10mm厚空氣層+60mm厚擠塑苯板+240(370)mm厚內(nèi)頁墻，墻體平均傳熱系數(shù)0.45 W/(m2·K)[5]。屋頂采用混凝土屋面板+70厚擠塑聚苯板，傳熱系數(shù)0.39W/(m2·K)。外窗采用斷熱鋁合金中空玻璃窗，傳熱系數(shù)2.7 W/(m2·K)。

(2) 采暖空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施

圖3 分戶式土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)流程圖

分戶式土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。

(3) 太陽能利用措施

分戶太陽能熱水系統(tǒng)，分體承壓強(qiáng)制循環(huán)，太陽能保證率為52%。

2 該項目的主要特點

圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足山東省居住建筑節(jié)能65%的要求。采暖、空調(diào)及生活熱水是住宅建筑的主要能耗，采用土壤源熱泵系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)大幅度降低了這些能耗，值得提倡。

四 結(jié)語

本文通過對普利·艾倫莊園工程項目中采用可再生能源技術(shù)的分析，并總結(jié)了太陽能和地?zé)崮茉诮ㄖ袠I(yè)中的廣泛應(yīng)用，對建筑行業(yè)應(yīng)用類似的技術(shù)具有一定指導(dǎo)和示范作用。

加快可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)，推廣該技術(shù)的應(yīng)用，要注重技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的有效結(jié)合，鼓勵應(yīng)用污染少、成本低、效果好的可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)[6]。努力開發(fā)適合我國建筑現(xiàn)狀與發(fā)展水平，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可再生能源技術(shù)，提高新能源的使用效率。加快節(jié)能性住宅的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，通過市場化方式推動再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

此外，要大力發(fā)揮政府在推廣可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)上的功效[7]。綜合運(yùn)用法律、行政和經(jīng)濟(jì)手段鼓勵該技術(shù)的使用。為推進(jìn)可再生能源建筑技術(shù)的應(yīng)用，必須在未來鄉(xiāng)村城市化與社會主義新農(nóng)村建設(shè)過程中，逐步完善可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)法律體系，把完善建筑節(jié)能減排的制度保障作為首要任務(wù)。

[1]中國城市科學(xué)研究會.綠色建筑2010[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2010: 112－113.

[2]陳榮華.住宅建筑設(shè)計及使用中的節(jié)能[J].安徽建筑, 2006,(6): 64－66.

[3]北京土木建筑學(xué)會.建筑節(jié)能工程設(shè)計手冊[M].北京: 經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社, 2005: 14.

[4]葛一春, 屈峰, 馮莉.地源熱泵與建筑節(jié)能[J].陜西建筑, 2007(12): 24－26.

[5]劉加平.建筑物理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2009: 78.

[6]徐國英,張小松,李舒宏, 等.可再生能源在建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J].能源研究與利用,2006,(3):5－9.

[7]李慧, 荀振芳.我國可再生能源管理體制現(xiàn)狀、問題及完善對策[J].中國電力教育, 2010,18(6): 254－255.