超低能耗建筑設(shè)計方法探究

劉則鳴

摘 要 近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗嚴(yán)重問題已被我國國民廣泛關(guān)注。我國建筑行業(yè)同樣如此。在建筑業(yè)里，超低能耗被大范圍推廣的關(guān)鍵原因是我國能耗指標(biāo)的轉(zhuǎn)變。對于超低能耗建筑設(shè)計，當(dāng)今世界上多是針對某一設(shè)計案例或設(shè)計中的某一方面開展深入研究，缺少系統(tǒng)化、通用性強(qiáng)的超低能耗建筑設(shè)計指導(dǎo)方法。本文通過分析國內(nèi)外超低能耗建筑設(shè)計方法相關(guān)研究，提煉出3種科學(xué)通用的超低能耗建筑設(shè)計方法—關(guān)鍵參數(shù)限額法、雙向交叉平衡法和經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法，以供參考。

關(guān)鍵詞 超低能耗建筑 性能化設(shè)計方法 能耗指標(biāo) 設(shè)計流程

1超低能耗建筑設(shè)計

目前，作為超低能耗建筑的一種形式，德國被動房被廣泛接受，通常其最大供熱負(fù)荷不超過10W/㎡、供熱、制冷能耗需求量均不超過15kW·h/（㎡·a）、年一次能源總消耗（包括生活熱水、供熱制冷和烹飪）不超過120kW·h（㎡·a），由此可見，超低能耗建筑設(shè)計與傳統(tǒng)建筑設(shè)計的不同在于從僅僅實現(xiàn)建筑功能到最優(yōu)化建筑性能的提升，即實現(xiàn)滿足能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計。

以能耗為控制指標(biāo)的性能化設(shè)計方法可以理解為：各分支專業(yè)均以優(yōu)化建筑性能以及達(dá)到終極能耗指標(biāo)為中心，通過充分利用建筑周圍自然條件，各專業(yè)交互配合提出滿足建筑功能及能耗指標(biāo)的建筑體形系數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)以及高效設(shè)備及系統(tǒng)方案，對其最終運行能耗進(jìn)行預(yù)測評估，從而得出每一棟建筑最優(yōu)化合理的設(shè)計方案。

相對于傳統(tǒng)建筑設(shè)計方法，基于能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計有以下特點：

（1）以能耗指標(biāo)為導(dǎo)向，協(xié)調(diào)各專業(yè)充分發(fā)揮設(shè)計師主觀能動性。（2）初設(shè)階段嚴(yán)格把控建筑形體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)，最小化建筑能源需求，以能耗指標(biāo)為導(dǎo)向，被動優(yōu)先主動優(yōu)化相結(jié)合，同時對場地周圍可再生能源應(yīng)用潛力儲能技術(shù)和能量回收技術(shù)潛力進(jìn)行研究。（3）不規(guī)定整個建筑設(shè)計過程的具體節(jié)能措施，以建筑能耗表現(xiàn)為終極目標(biāo)優(yōu)化整合適用節(jié)能技術(shù)和設(shè)計方案。

2超低能耗建筑設(shè)計流程及技術(shù)優(yōu)選研究

2.1設(shè)計流程框架研究

在超低能耗建筑設(shè)計探索中，很多研究人員根據(jù)應(yīng)用地域、技術(shù)水平、國情不同，對超低建筑的設(shè)計流程進(jìn)行研究，目標(biāo)是為某一具體建筑或某氣候類型下的建筑提供一個基本的設(shè)計概念和流程框架。

MathieuDavid基于法國被動房設(shè)計方法提出一種適用于熱帶地區(qū)零能耗建筑的設(shè)計流程，并將其應(yīng)用于法國第一棟海外零能耗建筑建造中，達(dá)到能耗指標(biāo)低于50kW·h/㎡的水平。該流程強(qiáng)調(diào)各部門協(xié)同設(shè)計、高水平設(shè)計工具應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)適用的方案，并注重對自然資源的最大化利用。

2.2節(jié)能技術(shù)優(yōu)先性研究

在設(shè)計流程研究的基礎(chǔ)上，有專家開展了對超低能耗建筑元素求解最優(yōu)值、求解被動技術(shù)措施最優(yōu)值的方法探究，為超低能耗建筑具體的設(shè)計步驟提供參考方法，具體如下：

龔新智將中國依據(jù)氣候條件分為7個區(qū)域，使用正交法和列表法以能耗為目標(biāo)函數(shù)得到7種被動技術(shù)措施適用的優(yōu)先性排序，包括外墻厚度、外墻保溫厚度、屋頂保溫厚度、窗戶朝向、窗墻比、玻璃類型、日光溫室深度寬度，指出除了夏熱冬暖地區(qū)，屋頂保溫厚度、外墻保溫厚度對能耗的影響分別占到70%和10%，應(yīng)優(yōu)先考慮。

孫永軍提出宏觀參數(shù)系統(tǒng)敏感性分析方法，逐一分析設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)對零能耗建筑各系統(tǒng)規(guī)格的影響，得出影響最大的參數(shù)是室內(nèi)設(shè)定溫度、系統(tǒng)性能系數(shù)及室內(nèi)得熱密度，影響最小的參數(shù)是墻體厚度、窗墻比，滲透率及風(fēng)管能量損失。

3超低能耗建筑的通用設(shè)計方法

3.1關(guān)鍵參數(shù)限額法

關(guān)鍵參數(shù)限額法即以減小建筑耗能為導(dǎo)向，充分利用氣候特征和自然條件，嚴(yán)格控制建筑關(guān)鍵元素指標(biāo)，結(jié)合高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，基本滿足用戶舒適條件的設(shè)計方法。這種方法對可再生能源資源的依賴性不強(qiáng)，無需過多模擬計算，實質(zhì)上是對現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)控制指標(biāo)的提升，應(yīng)用此種方法旨在使建筑具備達(dá)到超低能耗建筑的潛力。

應(yīng)用關(guān)鍵參數(shù)限額法達(dá)到超低能耗有3個主要技術(shù)特征：

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提高和建筑整體氣密性的提高。（2）充分利用被動式技術(shù)節(jié)能。（3）高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。

3.2雙向交叉平衡法

雙向交叉平衡法即以能耗指標(biāo)、舒適度指標(biāo)為導(dǎo)向，在優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和高效新風(fēng)熱回收的同時，考慮可再生能源的應(yīng)用，建筑消耗的能量由可再生能源來提供，從而達(dá)到能量供需的平衡的設(shè)計方法。設(shè)計過程中通過改變建筑朝向、窗墻比，將建筑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)備、可再生能源與高效能源有效組合。通過可再生能源達(dá)到建筑能源供需的平衡，可以充分滿足用戶的舒適要求。

應(yīng)用雙向交叉平衡法達(dá)到超低能耗有3個主要技術(shù)特征：

（1）充分優(yōu)化被動設(shè)計手段。（2）主動優(yōu)化提高系統(tǒng)性能。（3）合理利用可再生能源。

3.3經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法

經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法即以能耗、舒適度和經(jīng)濟(jì)性3個指標(biāo)為導(dǎo)向，通過對建筑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以及有效利用周圍環(huán)境以及可再生能源，考慮經(jīng)濟(jì)可行性因素，不斷優(yōu)化建筑設(shè)計方法，直到找出使建筑物各項指標(biāo)滿足的設(shè)計條件的設(shè)計方法。該方法將3個指標(biāo)平行考慮，需要循環(huán)迭代的計算和定量的分析，在最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的同時滿足業(yè)主和用戶的需求。

應(yīng)用經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法達(dá)到超低能耗有3個主要技術(shù)特征：

（1）同時滿足3項設(shè)計指標(biāo)。（2）充分主動優(yōu)化設(shè)計。（3）經(jīng)濟(jì)可行性分析。

4結(jié)語

推行超低能耗建筑是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。我國地域遼闊，各地建筑風(fēng)格迥異、資源不同、經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展不均。當(dāng)前不同氣候區(qū)域都已有超低能耗建筑示范項目，在此基礎(chǔ)上結(jié)合地區(qū)環(huán)境特色、因地制宜，探索分析適用于我國5個氣候區(qū)域的超低能耗建筑設(shè)計方法勢在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 伍小亭.超低能耗綠色建筑設(shè)計方法思考與案例分析——以中新天津生態(tài)城公屋展示中心為例[J].建設(shè)科技，2014（22）：58-65.