近零能耗建筑發(fā)展淺析

(沈陽(yáng)建筑大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110000)

一、建筑業(yè)當(dāng)前的能源消耗情況

我國(guó)的總能耗中，建筑業(yè)能耗占比將近30%，可推斷發(fā)達(dá)國(guó)家該比例達(dá)到40%以上。在人們生活水平日益提升的同時(shí)，建筑能耗也在持續(xù)提升。將建材生產(chǎn)與運(yùn)輸能耗涵蓋在內(nèi)的話，建筑業(yè)能耗在國(guó)家總能耗中將超過(guò)50%。由此可知，建筑節(jié)能是勢(shì)在必行的。除此之外，在緯度及氣候相同的區(qū)域，我國(guó)相比于發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗為后者的2至3倍，但建筑壽命卻僅為其的1/3。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得知，中國(guó)當(dāng)前的煤炭資源可使用量已小于100年，尤其是老煤礦壽命都為幾十年，資源日益枯竭的現(xiàn)狀導(dǎo)致諸多資源型城市必須面臨轉(zhuǎn)型問(wèn)題。傳統(tǒng)的石油、煤炭、化石等能源因自身的限制以及人們的不合理利用，都決定其具有不可持續(xù)性。礦產(chǎn)資源也是有限的，目前諸多礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)采比也僅為幾十年。此外，全球氣候變暖以及環(huán)境污染不斷加劇的狀態(tài)，都意味著能源結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變都為迫在眉睫的事宜。

二、被動(dòng)房發(fā)展現(xiàn)狀

(一)近零能耗發(fā)展現(xiàn)狀。通過(guò)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的考察可知，建筑節(jié)能與低碳化都應(yīng)從多個(gè)方面共同入手來(lái)完成。英國(guó)在1970至2006年這30多年來(lái)并無(wú)多大的能源消耗增長(zhǎng)，其的節(jié)能減排主要是利用建筑隔熱保溫與能源效率提升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先應(yīng)利用節(jié)能材料，再加上隔熱保溫材料，則可大幅減少建筑物能量消耗，例如被動(dòng)房就可達(dá)到超過(guò)90%的節(jié)能量，如此一來(lái)，熱水通過(guò)太陽(yáng)能或熱泵提供都可滿足建筑物需求。保溫條件好的基礎(chǔ)上，建筑物的供暖通過(guò)低溫?zé)岜镁涂蓾M足，就可取消以往能耗較大的暖氣片系統(tǒng)以及中高溫鍋爐。

要切實(shí)實(shí)現(xiàn)建筑的零排放以及零能耗，必須從諸多方面共用入手，所面臨的選擇也非常多，具體應(yīng)結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行分析。規(guī)則都是可改變的，選擇風(fēng)源、水源還是土源熱泵，都應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況明確。最為重要是依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況，確保綜合效益最大的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。例如當(dāng)?shù)赜胸S富的水源，則可選擇水源熱泵，假如當(dāng)?shù)赜胸S富的地?zé)豳Y源，則可選擇地?zé)峁┡蛑评洹?/p>

無(wú)論是何種可再生資源都不可能獨(dú)立存在、獨(dú)立發(fā)展的，都是與其他資源合理分工、相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展的。而實(shí)現(xiàn)零能耗及零排放，也應(yīng)是協(xié)調(diào)各項(xiàng)資源，增加用戶的選擇性，這樣項(xiàng)目可行性也可得以有效提升。而具體選擇哪個(gè)低碳能源系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際條件進(jìn)行合理的選擇。

(二)可再生建材現(xiàn)狀。木材、秸稈建材、竹藤等都屬于可再生建材，這些材料都具有可再生、綠色環(huán)保等特征，尤其是秸稈，每年有超過(guò)7億噸的產(chǎn)量，具有顯著的可持續(xù)性?？稍偕ú目晌占皟?chǔ)存溫室氣體，實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。木質(zhì)建材就是顯著的負(fù)排放材料，其在建筑業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛，在此方面，可借鑒老祖宗與發(fā)達(dá)國(guó)家的做法。

我國(guó)當(dāng)前的森林覆蓋率為20%，假如可將該比例提升到35%，則中國(guó)的被動(dòng)房建設(shè)木材即可自給自足，完全可滿足建筑需求。由于我國(guó)之前一直處于過(guò)度砍伐的狀態(tài)，導(dǎo)致當(dāng)前50%以上的木材都是進(jìn)口而來(lái)，必須要改變此觀念，跟上世界文明發(fā)展腳步，樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展理念，朝著零排放綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向持續(xù)努力著，切實(shí)實(shí)現(xiàn)可再生建材的發(fā)展。

三、案例分析

在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)建立的近鄰能耗辦公建筑首例為沈陽(yáng)建筑大學(xué)中德節(jié)能示范中心，該中心設(shè)計(jì)工作是由中德共同合作完成的。遵循可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)理念，利用德國(guó)先進(jìn)的技術(shù)，建筑性能的控制從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各環(huán)節(jié)共同入手，全面實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的目的。該項(xiàng)目所處地區(qū)極為寒冷，室內(nèi)舒適度必然也得到有效滿足，但在滿足基礎(chǔ)上還應(yīng)盡量降低化石能源消耗。此建筑案例也為我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)的辦公建筑設(shè)計(jì)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

(一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.外保溫設(shè)計(jì)。沈陽(yáng)處在我國(guó)北方地區(qū)，極為寒冷，冬季對(duì)采暖的要求極高，在實(shí)施建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。中國(guó)通過(guò)德國(guó)被動(dòng)房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的借鑒，強(qiáng)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，再加入光伏幕墻系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)等技術(shù)作為輔助，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行能耗的有效降低。示范中心的南側(cè)為空氣間層，層內(nèi)選擇憎水巖棉板作為墻體主要材料，其它三側(cè)都選擇石墨聚苯板作為外墻，提升保溫性能，主要的門窗都選擇3 層 Low-E 玻璃，達(dá)到8級(jí)的氣密性。

2.熱橋處理。相比于遼寧省的熱巧處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該中心的熱巧處理更為嚴(yán)謹(jǐn)及細(xì)致，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)可能有熱橋存在的屋面、地面、外墻等都采用專門的構(gòu)造設(shè)計(jì)，為降低有熱橋部位的熱橋影響，專門在這些部位增加保溫層，通過(guò)計(jì)算可知，室內(nèi)熱橋部位溫度與露點(diǎn)溫度相比更高，因此結(jié)露現(xiàn)象不會(huì)在室內(nèi)形成。

3.氣密性設(shè)計(jì)。對(duì)于建筑能耗來(lái)說(shuō)，氣密性是極為關(guān)鍵的一個(gè)影響因素。示范中心的外窗通過(guò)安裝位置與構(gòu)造連接方式的改變，利用鋁制窗臺(tái)板及防水密封性極佳的材料，再引入斷熱橋方式，使得外窗達(dá)到8級(jí)的氣密性。外保溫構(gòu)造則選擇四邊雙道企口縫拼接聯(lián)合兩層石墨聚苯板交錯(cuò)鋪設(shè)的方式，確保其的保溫性能，使得建筑氣密性可得以再次提升。

4.雙層幕墻系統(tǒng)。將連通幕墻空腔的通風(fēng)管道設(shè)置于外墻2層與地下室梁下，該管道與熱泵機(jī)房相連接，由此可實(shí)現(xiàn)空腔中的空氣熱量合理組織利用。冬季則可充分利用太陽(yáng)能對(duì)空腔空氣進(jìn)行加熱，加熱后的空氣則會(huì)經(jīng)2層管道到達(dá)熱泵機(jī)組，有效融合機(jī)組的水與空氣熱量，實(shí)現(xiàn)建筑冬季采暖，換熱之后的冷空氣還可回到空腔再次加熱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，也就是我們常說(shuō)的煙囪效應(yīng)原理。晚上將風(fēng)閥關(guān)閉，雙層幕墻的空氣間層達(dá)到密閉狀態(tài)，南外墻也可由此大幅提升保溫性能。

(二)合理使用可再生能源

1.太陽(yáng)能。太陽(yáng)能發(fā)電裝置在南立面與屋頂都有設(shè)置。中心預(yù)估每年將達(dá)到大約 45000 kWh的發(fā)電量，其的全年用電超過(guò)90%都可得到滿足。在樓梯間頂部安裝的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，可產(chǎn)生219 m3/a熱水量，中心全年的熱水需求都可通過(guò)該系統(tǒng)得以滿足。

2.水處理。中心主要是利用回收利用雨水與中水的水處理技術(shù)，預(yù)估中心全年的雨水與中水收集量可達(dá)到 996.5m3。具體處理時(shí)，首先將屋面、室外的雨水混合中水，再與地下的雨水混合進(jìn)入中心處理系統(tǒng)。主要將這些水用在衛(wèi)生間清潔、綠化灌溉等方面。全年可達(dá)到 1626.6 m3的總用水量，而非傳統(tǒng)水源可達(dá)到61.2%的利用率，傳統(tǒng)的水資源可得到極大程度的節(jié)約。

總結(jié)：(1)傳統(tǒng)建筑業(yè)消耗的資源、能源量巨大，對(duì)環(huán)境造成諸多負(fù)面影響，不利于可持續(xù)發(fā)展；(2)通過(guò)綠色建材以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用，全面推動(dòng)被動(dòng)房的發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)零耗能、零排放的綠色建筑，甚至于可實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。(3)在被動(dòng)房等綠色建筑興起的大背景下，建材以及新能源產(chǎn)業(yè)將擁有更好的發(fā)展前景；建材、新能源、建筑等產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)相輔相成、共同發(fā)展，為社會(huì)與百姓造福。