超低能耗建筑設計方法與應用

陳 曦

（天津市長城建筑設計有限公司，天津 300041）

0 前言

降低能耗、構建節(jié)約型社會是現(xiàn)代社會發(fā)展的顯著特點，尤其是現(xiàn)代建筑的能耗極高，通過超低能耗建筑設計將有助于降低建筑能耗，提高能源的利用率。為實現(xiàn)建筑的節(jié)能優(yōu)化可以采用超低能耗建筑設計方法。與傳統(tǒng)建筑設計所不同的是超低能耗建筑設計將建筑能耗指標作為建設設計優(yōu)化的重要方向，通過優(yōu)化設計以使得建筑性能得到最優(yōu)化的提升。

1 超低能耗建筑設計的特點

超低能耗建筑設計是建筑節(jié)能降耗的一種重要設計方法。相較于傳統(tǒng)的設計方法，超低能耗建筑設計除了需要滿足建筑使用功能外還需要通過最優(yōu)化設計用以優(yōu)化建筑的能耗指標，降低建筑的能耗。超低能耗建筑設計中需要對建筑的各分支能耗項目進行詳細的統(tǒng)計計算，并結合建筑能耗指標對各能耗分支進行優(yōu)化設計，以系統(tǒng)性的優(yōu)化來降低建筑的總體能耗。設計中需要結合建筑項目的特點借助于周邊自然條件通過各分支專業(yè)之間的相互配合來構建出完善合理的建筑設計方案。與傳統(tǒng)設計方法相比超低能耗建筑設計法具有以下幾方面的特點：（1）以建筑能耗指標為終極目標實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)調優(yōu)化。（2）建筑初設階段需要對建筑形體及圍護結構熱工參數(shù)進行嚴格的把控，并對建筑的能源需求進行計算和優(yōu)化，以能耗指標為設計目標通過被動與主動優(yōu)化相結合的方式做好建筑設計優(yōu)化，設計中還需要對建筑周邊可再生能源進行詳細的分析計算看是否能夠應用于建筑設計中。（3）超低能耗建筑設計是總體性優(yōu)化，是通過對各部能耗進行統(tǒng)計并進行系統(tǒng)性的優(yōu)化以實現(xiàn)建筑總體能耗的降低，進而合理的確定建筑設計方案。

2 超低能耗建筑設計的通用方法

超低能耗建筑設計有多種不同的通用設計方法：（1）關鍵參數(shù)限額法。這一設計方法是在超低能耗建筑設計中應用較多的也是較為廣泛的一種設計方法，這一設計方法以降低建筑能耗為最終目標，借助于建筑周邊的自然、氣候等條件來嚴控建筑的各項性能指標，并在設計中與高效新風熱回收技術進相結合以使得建筑設計能夠滿足用戶需求，這一設計方法較為科學，同時也具有較強的實際應用性，加之其對于可再生能源依賴度不高，能夠以較為簡單的建筑模型完成節(jié)能標準的控制，實現(xiàn)建筑能耗的降低，這是一種較為優(yōu)秀的設計方法。（2）雙向交叉平衡法。雙向交叉平衡法是一種在超低能耗建筑設計中較為通用的一種設計方法，通過應用雙向交叉平衡法能夠有效地確保建筑設計能夠具有良好的節(jié)能減排效果。在設計中其以能耗、舒適度為設計核心，以可再生能源為實現(xiàn)超低能耗建筑設計的主要方式，相較于上一種方法其對于可再生能源的依賴性更高，在超低能耗建筑設計方法的選擇上需要結合建筑設計的實際情況進行合理化的選取。（3）經濟環(huán)境決策法。超低能耗建筑設計中經濟環(huán)境決策法是一種較為常見同時也是應用效果較好的設計方法。通過這一設計方法的應用可以確保超低能耗建筑設計能夠更多的滿足用戶的需求。超低能耗建筑設計中對于建筑的能耗、舒適度與經濟性3個指標進行綜合考慮完成對于建筑的設計，超低能耗建筑設計注重于降低建筑能耗、提升住戶的舒適度以及建筑的經濟可行性，以上述3個指標作為核心完成對于超低能耗建筑設計，確保超低能耗建筑設計能夠取得良好的設計效果。

3 超低能耗建筑設計法在建筑設計中的典型案例分析

3.1 中國“幸福堡”商業(yè)綜合樓

該項目位于中國新疆省烏魯木齊市，目標建筑總面積為7667m2，樓體為地上六層地下兩層的結構形式。由于新疆地區(qū)氣候干燥、晝夜溫差較大，在超低能耗建筑設計中主要采用的是關鍵參數(shù)限額法來對其進行設計。由于建筑為商業(yè)建筑，其在設計中將以降低建筑能耗為主要設計導向，將建筑中的生活熱水、供熱、制冷以及生活用電總額進行了設計限定為540kW。在設計中將遵循以下設計流程：（1）結合建筑形式規(guī)定圍護結構熱工參數(shù)限值，并制定建筑所使用的隔熱、加熱措施。外墻、屋面等圍護結構K值上限為0.15W/m2·k，而窗玻璃的K值上限則為0.8。建筑設計中需要對建筑邊緣、轉角以及連接縫隙等部位的設計詳圖進行詳細的標注。此外，建筑所使用的供熱管道需要進行外加保溫密封處理。（2）在建筑的通風采光設計中，應當以自然冷光源和自然光為主減少建筑對室內照明和空調的依賴。在項目設計中在建筑主體地上一至三層采用了中庭結構，并加設了電動開窗器和電動外遮陽器來增強建筑的通風采光性能。（3）積極做好建筑能源系統(tǒng)的設計優(yōu)化。對于建筑的空調系統(tǒng)設計優(yōu)化，由于新疆位于高緯度地區(qū)夏季干熱在制冷系統(tǒng)的選擇上以降溫加濕為主，在制冷空調系統(tǒng)的選擇上選用的是高溫水和干工況，采用地面輻射供冷的形式使得供回水溫度在16-21℃的區(qū)間范圍內，高性能的冷水機組設計工況下系統(tǒng)能效能夠達到14.9，且不結霜。供熱空調系統(tǒng)將主要以落地式冷凝模塊低溫和高溫燃氣鍋爐進行高溫供暖。通過鍋爐的調節(jié)器最高熱效能夠達到約97.4%，有效地減少了能源的浪費。建筑中所使用的新風熱回收機組其熱回收率能夠達到約75%，有效地提升了建筑內的空氣質量和能源優(yōu)化指標。采用上述流程最終確保“幸福堡”實現(xiàn)了超低能耗設計。

3.2 美國國家可再生能源實驗辦公室辦公大樓

在這一項目中應用超低能耗建筑設計其注重一體化設計，在設計中以性能指標、成本以及經濟性為相關設計指標開展設計，為實現(xiàn)超低能耗設計主要以雙向交叉平衡法為主要設計方法，通過對建筑中的各能耗部分進行統(tǒng)計優(yōu)化，并通過建筑設計最終將建筑能耗控制在111kW·h/（m2·a），設計流程如下：（1）首先對建筑周邊的環(huán)境進行詳細的勘測，以便在建筑設計中加大對于周邊環(huán)境的利用確保建筑能夠獲得最優(yōu)的采光效果。通過對建筑各方向的太陽輻射與風向頻率進行計算確定滿足超低能耗建筑設計所需的建筑形狀與朝向。（2）被動設計，優(yōu)化建筑的外圍護結構，使其具有良好的保溫隔熱性能。（3）主動優(yōu)化設計。將建筑中的各能耗環(huán)節(jié)與智能控制系統(tǒng)進行連接，以確保智能控制系統(tǒng)可以對建筑功耗進行調節(jié)實現(xiàn)建筑設計中的最小能耗。（4）做好可再生能源在建筑設計中的應用。積極將可再生能源（如太陽能、風能等）應用于建筑中，以可再生能源來補充建筑的一部分能源消耗。

結語

超低能耗建筑設計是針對傳統(tǒng)建筑高能耗的特點所發(fā)展起來的一種建筑設計方法。本文在分析超低能耗建筑設計常用方法與特點的基礎上對超低能耗建筑設計的具體應用案例進行了分析介紹。