被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與應(yīng)用分析

楊芳

【摘要】我們都致力于實(shí)現(xiàn)資源短缺、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、減少碳排放、減少污染和保護(hù)環(huán)境等共同目標(biāo)，為安全健康的生活方式創(chuàng)造有利環(huán)境。上世紀(jì)80年代以來(lái)，建設(shè)部提出了建筑節(jié)能三步，按照1981年標(biāo)準(zhǔn)，每一步節(jié)能30%，我國(guó)已完成節(jié)能建設(shè)三個(gè)階段，部分城市實(shí)現(xiàn)節(jié)能75%。上世紀(jì)90年代，德國(guó)建造了世界上第一座被動(dòng)建筑。由于每年采暖能耗較低，德國(guó)成為被動(dòng)式建筑的發(fā)源地，所有電器的年耗電量均小于或等于15kw/s，可有效節(jié)約能源，提高建筑環(huán)境的舒適性和健康性。因此，世界上許多國(guó)家開(kāi)始研究德國(guó)被動(dòng)建筑的先進(jìn)理論和實(shí)踐，為指導(dǎo)國(guó)內(nèi)被動(dòng)超低成本建筑的發(fā)展，本文根據(jù)國(guó)家節(jié)能總政策，按照省節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，從外墻保溫施工密封、熱橋設(shè)計(jì)、窗施工、新風(fēng)系統(tǒng)、新能源組合等方面，研究被動(dòng)超低成本建筑技術(shù)在我國(guó)城市氣候差異中的應(yīng)用，導(dǎo)致氣候特征的差異，不同地區(qū)建筑文化習(xí)慣，建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的差異。南方地區(qū)考慮夏季保溫和冬季采暖;由于北方氣候寒冷，保溫是施工的主要因素。通過(guò)對(duì)我國(guó)不同地區(qū)低能耗建筑的對(duì)比研究，找出其差異，分析了微型被動(dòng)式能耗技術(shù)的特點(diǎn)，并將其應(yīng)用于北方高速公路建設(shè)中。熱橋設(shè)計(jì)為從圍墻外墻、門(mén)窗、從建筑輔助傳熱系統(tǒng)到控制方案，希望本研究的結(jié)論能為我們對(duì)被動(dòng)超低能耗建筑理論的研究提供補(bǔ)充，為今后的被動(dòng)超低能耗建筑的研究與實(shí)踐提供參考。

【關(guān)鍵詞】超低能耗;圍護(hù)結(jié)構(gòu);項(xiàng)目調(diào)研;被動(dòng)式

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

17.079

緒論：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，能源需求量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，人們從三大建筑功能出發(fā)，建筑的舒適性越來(lái)越成為社會(huì)發(fā)展對(duì)節(jié)約資源、協(xié)調(diào)人類需求與自然環(huán)境的發(fā)展，因此，建筑被動(dòng)式超低能耗是節(jié)能產(chǎn)業(yè)最重要的研究方向之一，前景也很重要。物質(zhì)文明時(shí)代的追求忽視了保護(hù)地球資源的必要性，惡化了環(huán)境，加劇了能源危機(jī)。在能源形勢(shì)更加復(fù)雜的情況下，建筑能耗嚴(yán)重制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑節(jié)能迫在眉睫。我們呼吁在未來(lái)的城市建設(shè)過(guò)程中減少使用可支配能源，更廣泛地使用可再生和無(wú)污染資源，不要白白浪費(fèi)它們。在我國(guó)城市化進(jìn)程中，建筑業(yè)異軍突起。建筑、拆遷等嚴(yán)重阻礙了以資源環(huán)境管理為基礎(chǔ)的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程。因此，如何更好地與自然相處是當(dāng)今人類面臨的主要挑戰(zhàn)之一。當(dāng)我們不得不面對(duì)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)時(shí)，我們必須重新思考城市發(fā)展的理念，城市發(fā)展不僅是城市發(fā)展的基石，也是能源消費(fèi)的主要來(lái)源，受到社會(huì)各界的關(guān)注。由于建筑節(jié)能效果明顯，在節(jié)能過(guò)程中必須重視建筑節(jié)能。我國(guó)政府積極推進(jìn)建筑節(jié)能事業(yè)，采取了一系列節(jié)能措施，城市民用建筑已成為我國(guó)節(jié)能的重點(diǎn)之一。目前，我國(guó)建筑熱環(huán)境不好，特別是在冷暖地區(qū)，圍巖保溫性能較弱，采暖過(guò)程中能量損失嚴(yán)重;在寒冷地區(qū)，集中供熱主要通過(guò)市政熱水器進(jìn)行，在寒冷的夏季，主要利用空調(diào)提供涼爽的環(huán)境，而在冬季則利用室內(nèi)溫暖的環(huán)境。在制冷和制熱過(guò)程中，能耗越來(lái)越大，越來(lái)越普遍，能量損失也越來(lái)越頻繁。降低冷暖建筑能耗是我國(guó)的節(jié)能工程之一。

一、城市被動(dòng)式超低能耗建筑調(diào)研與解析

1.主要特征

被動(dòng)式超低建筑電耗，采用優(yōu)質(zhì)保溫材料粘貼在外墻和屋頂、地面等不透明的圍欄區(qū)域;在透明防護(hù)設(shè)施中，采用低輻射、低輻射的雙腔三重玻璃;由于封閉式建筑所需空氣密度高，在采暖期內(nèi)任何時(shí)候都不應(yīng)打開(kāi)通風(fēng)門(mén)窗，為了保持室內(nèi)空氣的清潔，我們需要采用一種新的通風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)廢氣中的熱量可以回收，新鮮空氣可以引入室內(nèi)，減少能耗，使房間表面溫度不低于3度，為人們提供舒適溫暖的空間。目前，被動(dòng)建筑不僅在住宅建筑中，還延伸到辦公樓、學(xué)校、酒店等其他類型的公共建筑中。

2.被動(dòng)式超低能耗房屋遵循的基本原則

（1）在冬季，所有不透明的墻磚都應(yīng)保溫，保溫性能良好。保溫是指夏季圍欄的設(shè)計(jì)可以避免陽(yáng)光的熱輻射通過(guò)室外圍欄，進(jìn)入房間影響人們的滿意度。（2）密封性好的窗框應(yīng)具有良好的隔熱性能，并應(yīng)安裝低玻璃e，并填充氬氣或氪氣，以防傳熱。對(duì)于大多數(shù)寒冷天氣，這意味著U值為08w/（m）2K）或更小，g值約為50%（g）=總太陽(yáng)透射率，太陽(yáng)能比為室內(nèi)。（3）高效的熱風(fēng)再生系統(tǒng)是保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和節(jié)能的關(guān)鍵。在非能動(dòng)外殼中，至少75%的余熱通過(guò)熱交換器重新進(jìn)入新鮮空氣.（4）對(duì)于50帕斯卡壓力（包括壓力和減壓）通過(guò)縫隙的建筑物的嚴(yán)密性，不受控制的滲漏應(yīng)小于總居住面積6%的0%。（5）應(yīng)仔細(xì)規(guī)劃和實(shí)施熱橋的所有側(cè)面、角度、連接和通道，以避免熱橋。圖1所示。

3.調(diào)研內(nèi)容

根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-93），寒冷地區(qū)包括遼寧省、吉林省、黑龍江省北部、中國(guó)東部、新疆北部和西藏北部。冬季，月平均氣溫低于-10℃℃. 冬天，早晚溫差大，雨水少，氣候干燥，沙多，取暖占了一年的大部分時(shí)間。10月底至明年3月，施工主要考慮防寒防凍要求。

二、被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1.自然能源利用設(shè)計(jì)

利用太陽(yáng)能、地?zé)崮?、雨水收集系統(tǒng)等自然能源如風(fēng)能，是建筑模式的主要特點(diǎn)之一。目前，太陽(yáng)能是目前應(yīng)用最廣泛的自然資源，具有零污染、可持續(xù)再生的自然特征。建筑頂部采用太陽(yáng)能板，它能產(chǎn)生光電能，主要是在建筑物內(nèi)部傳輸?shù)奶?yáng)能和電能有效轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，滿足降低建筑物的常規(guī)電費(fèi)。圖1顯示了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。

2.保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）在建筑保溫材料的選擇中，必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要出發(fā)，盡量選擇材料，環(huán)保節(jié)能。在保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，主要材料可用于無(wú)機(jī)保溫液等新型保溫材料、保溫裝飾集成板、納米隔熱屏、泡沫玻璃、EPS泡沫板等，科學(xué)合理地調(diào)整設(shè)計(jì)保溫厚度。（2）在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了被動(dòng)超低能耗建筑，并對(duì)圍墻設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是散熱設(shè)計(jì);第二個(gè)絕緣設(shè)計(jì)。特別是保溫設(shè)計(jì)受區(qū)域技術(shù)差異的影響，如南外墻保溫設(shè)計(jì)，特別是豎向墻體綠化、無(wú)機(jī)保溫、通風(fēng)墻、干通風(fēng)墻、被動(dòng)蒸發(fā)水等。從保溫結(jié)構(gòu)的角度看，主要涉及北方冬季建筑的室內(nèi)熱損失，與其他混凝土或磚材料相比，苯瓦復(fù)合材料作為墻體材料在建筑設(shè)計(jì)中采用，含苯復(fù)合材料能最大限度地避免室內(nèi)熱損失。（3）屋頂綠色建筑理念、地板保溫、傳統(tǒng)聚苯乙烯板保溫性能、泡沫玻璃等常用保溫材料等，如不能滿足環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，更廣泛地推廣屋頂通風(fēng)隔熱等屋面保溫，通常如：水、屋頂種植;金屬涂層，通風(fēng)層;房子的紅色屋頂。例如，通過(guò)種植土層厚度適當(dāng)?shù)奈菝妫梢怨?jié)省屋面保溫安裝時(shí)間，屋頂綠化種植不僅提高了空氣質(zhì)量，減少了粉塵，減輕了熱島效應(yīng)，還通過(guò)綠化系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，打造獨(dú)特的屋頂花園，營(yíng)造出非常豐富、層次分明、裝飾性強(qiáng)的城市天空景觀。此外，屋頂耕作還可以促進(jìn)雨水的滯留，成為城市暴雨洪水的有效壓力環(huán)節(jié)。在北方保溫系統(tǒng)中，板式保溫系統(tǒng)是非常重要的一部分。在材料的選用過(guò)程中，主要包括保溫板和保溫砂漿，與傳統(tǒng)保溫板相比，保溫材料對(duì)薄石混凝土保護(hù)層的影響明顯。

3.節(jié)能一體化設(shè)計(jì)

今后，節(jié)能措施的一體化設(shè)計(jì)將成為被動(dòng)式能耗設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)，在實(shí)施節(jié)能綜合設(shè)計(jì)時(shí)，必須有效整合技術(shù)質(zhì)量，避免“高性能”低質(zhì)量。被動(dòng)式超低功耗主動(dòng)將節(jié)能集成引入建筑設(shè)計(jì)中，這不僅可以有效延長(zhǎng)建筑的整體壽命，還可以促進(jìn)城市建設(shè)的低碳生態(tài)。

4.無(wú)熱橋的設(shè)計(jì)

在被動(dòng)式超低功耗設(shè)計(jì)中，熱橋的使用主要包括以下幾個(gè)方面，在熱橋和幾何熱橋中形成多個(gè)熱流。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)陽(yáng)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)與底板的有效分離，采用伸縮式陽(yáng)臺(tái)作為陽(yáng)臺(tái)板的支撐，并填充適量的保溫材料，實(shí)現(xiàn)了橋梁保溫的有效設(shè)計(jì)。

三、超低能耗技術(shù)在雁鳴湖服務(wù)區(qū)綜合樓工程中的應(yīng)用

1.建筑功能優(yōu)化

本項(xiàng)目主要功能是在服務(wù)區(qū)內(nèi)修建道路和單獨(dú)單層建筑。一樓主要功能：大堂、咨詢服務(wù)、旅客休息區(qū);大型餐廳、私人房間、廚房、食品儲(chǔ)藏室;超市、倉(cāng)庫(kù)、辦公室;廁所和其他設(shè)施。二樓主要提供職工和乘客的休息室、雙人間、四人間、洗衣房、男女更衣室等，功能標(biāo)識(shí)清晰，目前線路合理，滿足消防疏散要求。“驛站”為群眾提供休息、就餐、加油等服務(wù)，為群眾維護(hù)等服務(wù)，也為司機(jī)和乘客提供了更安全的環(huán)境。更舒適的休息場(chǎng)所，使汽車(chē)加油和保養(yǎng)速度比普通道路快，消除駕駛員和乘客面臨的問(wèn)題，提高道路使用者的安全舒適性。

2.技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)季節(jié)性冰凍湖氣候特征和鄂清湖服務(wù)區(qū)的特點(diǎn)，以被動(dòng)超低能耗建筑節(jié)能85%為主線進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究，為研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化保護(hù)設(shè)施和EPS模塊保溫材料的應(yīng)用研究技術(shù)，將在保溫系統(tǒng)建筑外修建高速公路季節(jié)性凍土區(qū)。目前我國(guó)尚無(wú)此類指標(biāo)，可作為參考，需要大量的計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)熱試驗(yàn)，才能在不良區(qū)域的公路服務(wù)區(qū)得到指標(biāo)，進(jìn)行獨(dú)立現(xiàn)場(chǎng)熱施工，經(jīng)試驗(yàn)后獲得標(biāo)準(zhǔn)的基本數(shù)據(jù)。

結(jié)論：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和石油危機(jī)的加劇，建筑節(jié)能已引起世界各國(guó)的重視。本研究的目的是為我國(guó)被動(dòng)式建筑理論的研究提供建議，為我國(guó)特殊的地理位置、西部和東部地區(qū)水平較低、生態(tài)多樣性大、生態(tài)環(huán)境脆弱等實(shí)際建筑設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持，經(jīng)濟(jì)條件有限，技術(shù)水平不足。我們必須在研究德國(guó)被動(dòng)式建筑理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，走符合民族特色的被動(dòng)式建筑建設(shè)之路，在我們的傳統(tǒng)建筑中找到動(dòng)靜的地方，生態(tài)建筑指導(dǎo)現(xiàn)代城市建設(shè)和建筑設(shè)計(jì)，努力建設(shè)一個(gè)無(wú)污染、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益好的新型城市。根據(jù)寒區(qū)、寒區(qū)、寒區(qū)夏季被動(dòng)式超低能耗建筑的研究成果，在分析寒區(qū)、寒區(qū)、寒區(qū)夏季被動(dòng)式超低能耗的基礎(chǔ)上，并根據(jù)國(guó)內(nèi)外建筑節(jié)能立法的實(shí)際情況進(jìn)行比較實(shí)踐，尋找適合我國(guó)地域特點(diǎn)的被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目。

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