被動式超低能耗建筑研究與探討

吳曉燕

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，唐山 064000）

1 前言

在城市化發(fā)展過程中，逐漸擴(kuò)大了建筑行業(yè)的發(fā)展規(guī)模。因?yàn)閭鹘y(tǒng)建筑施工能耗較高，同時(shí)會發(fā)生污染問題，這不符合建筑行業(yè)綠色環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)建筑的多種功能，對施工技術(shù)提出了較多的要求。為了最大限度上滿足人們對于建筑的需求，需要在建筑行業(yè)中融合節(jié)能減排理念。設(shè)計(jì)和施工單位需要統(tǒng)籌規(guī)劃自然環(huán)境和人文環(huán)境，保障城市建筑的綜合效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。近些年，在建筑行業(yè)中開始廣泛利用被動式超低能耗建筑施工技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)具有綠色節(jié)能優(yōu)勢，有利于節(jié)省建筑行業(yè)的建設(shè)能耗。同時(shí)通過利用各種環(huán)保材料和節(jié)能降耗技術(shù)等，增強(qiáng)了建筑使用的安全性和舒適度，也提高了人們對于建筑的滿意度。

2 被動式超低能耗建筑

被動式超低能耗建筑指的是綜合利用天然條件和建筑環(huán)境特點(diǎn)，建立科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，合理配置施工材料和能源，自動化調(diào)節(jié)和平衡建筑能量，從而在最大限度上降低建筑能耗。被動式超低能耗建筑無需輸入外部能源，主要是利用高效隔熱和自然通風(fēng)等措施，提高自然能源和環(huán)境條件的利用效果，合理減少能耗。正是因?yàn)楸粍邮匠湍芎慕ㄖ哂休^多的優(yōu)勢，因此相關(guān)部門需要加大研究力度。本文主要分析了被動式超低能耗設(shè)計(jì)原則和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的工程案例推廣建設(shè)被動式超低能耗建筑，有利于節(jié)省整體建筑能耗，保障建筑企業(yè)的綜合效益，符合我國當(dāng)前倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展目標(biāo)。

3 概述被動式超低能耗建筑技術(shù)

利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，施工單位需要綜合分析當(dāng)?shù)貧夂驐l件和水文條件以及地形條件等。例如在實(shí)際施工中合理選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使其具備保溫隔熱作用和氣密性等，可以降低整體建筑能耗，保障室內(nèi)環(huán)境的舒適度。通過利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，一方面可以優(yōu)化住戶使用體驗(yàn)，另一方面可以降低建筑能耗[1]。例如在設(shè)計(jì)建筑的過程中，通過建設(shè)外墻保溫系統(tǒng)，根據(jù)普通建筑節(jié)能規(guī)范進(jìn)一步升級建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)，通過完善保溫系統(tǒng)，可以增強(qiáng)熱阻隔作用，保障室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，控制溫度變化在小幅度范圍內(nèi)，在實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能降耗目標(biāo)的同時(shí)提高建筑居住過程的舒適度。

針對傳統(tǒng)的建筑工程，為了優(yōu)化建筑居住效果，在室內(nèi)配置了暖氣和空調(diào)等設(shè)備，避免因?yàn)榧竟?jié)變化導(dǎo)致住戶產(chǎn)生不適感。但是這種人為干預(yù)方式將會消耗較多的能源，同時(shí)會污染周圍環(huán)境。而利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，可以有效銜接人文環(huán)境和自然環(huán)境，充分利用自然資源，合理選用節(jié)能環(huán)保材料和綠色施工技術(shù)等，保障建筑后續(xù)應(yīng)用的舒適性。在設(shè)計(jì)被動式超低能耗建筑的過程中，通過提高內(nèi)飾面層水蒸氣滲透阻力，有效控制建筑室內(nèi)外冷熱交替，提高外飾面層的水密性，減小水蒸氣滲透阻力，可以避免雨水滲入墻體，同時(shí)可以排除室內(nèi)的濕氣。利用被動式超低能耗建筑技術(shù)的過程中，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件和地形條件等，并且結(jié)合住戶需求，合理選擇利用各項(xiàng)節(jié)能環(huán)保材料和設(shè)備，有利于控制光線輻射，并且對室內(nèi)射入的陽光進(jìn)行柔化處理，避免因?yàn)槭覂?nèi)外溫差增加建筑能耗。

4 被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)原則和技術(shù)措施

施工現(xiàn)場的經(jīng)濟(jì)條件和文化發(fā)展情況等都關(guān)系到被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前需要重視可再生能源的利用，根據(jù)相關(guān)規(guī)定充分利用各種能源，這樣才可以滿足建筑節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)[2]。通過利用被動式超低能耗建筑，有利于保障建筑使用的舒適性，保障整體工程的綜合效益，帶動整體建筑行業(yè)健康發(fā)展。針對傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，施工單位利用過多的人工干預(yù)方式，例如利用各類供暖設(shè)施和空調(diào)等，調(diào)節(jié)建筑環(huán)境，雖然也可以在一定程度上滿足人們的需求，但是會增加建筑能耗。而利用被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)方案，主要是挖掘自然資源的使用價(jià)值，例如利用通風(fēng)措施等調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。此外可以結(jié)合居住環(huán)境和自然環(huán)境，根據(jù)相關(guān)規(guī)定合理利用自然資源，降低建筑的能耗，同時(shí)不會嚴(yán)重破壞周圍環(huán)境。最佳的居住環(huán)境溫度為18℃～26℃，如果溫度較低，可以利用太陽能資源，從而提高室內(nèi)溫度；如果溫度過高，可以利用自然通風(fēng)方式，從而提高人們居住的舒適度。

5 被動式超低能耗建筑技術(shù)應(yīng)用措施

本項(xiàng)目位于河北省唐山市朱莊子、王莊子回遷安置房項(xiàng)目C-1 地塊內(nèi)10#，建筑面積約2262.32㎡，其中一層1081.4㎡，二層1180.92㎡；建筑高度：7.50m，體形系數(shù)0.403，朝向：北偏東31°，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，使用功能為社區(qū)配套用房。

5.1 充分利用自然能源

利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，需要靈活利用自然環(huán)境和自然資源，例如需要轉(zhuǎn)化利用太陽能和風(fēng)能以及雨水等資源。在利用太陽能的過程中，在建筑頂部安裝太陽能電池板，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)化太陽能為電能，為建筑各項(xiàng)電力設(shè)備的運(yùn)行提供電力資源；在UPS 系統(tǒng)的供電部分利用太陽能，可以補(bǔ)充主電路，不斷向應(yīng)急燈等設(shè)施提供電力資源，節(jié)省建筑電能消耗量?？梢岳锰柲芗訜釤崴髦械乃@種加熱方式具有清潔性和低能耗等優(yōu)勢，可以節(jié)省住戶電能消耗[3]。此外，要注意回收利用雨水資源，因?yàn)橛晁臐崈舳认鄬^高，同時(shí)包含較少的雜質(zhì)，通過修建雨水收集平臺，可以攔截和存儲雨水，避免雨水直接進(jìn)入到排水管道，再利用沉淀等處理措施，在綠化和馬桶沖水等方面利用，節(jié)省用水量。

5.2 保溫施工

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑保溫系統(tǒng)，可以降低建筑熱量消耗，減少室外因素的干擾。在保溫施工中利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，主要是針對內(nèi)外墻和屋頂?shù)仁┕ろ?xiàng)目，施工單位要著重選擇環(huán)保、節(jié)能的保溫材料，例如可以利用無機(jī)保溫膏料等。同時(shí)需要控制保溫材料使用數(shù)量，例如優(yōu)化設(shè)計(jì)材料使用面積和輻射厚度等，節(jié)省工程材料方面的投入。設(shè)計(jì)保溫系統(tǒng)的時(shí)候，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)外墻保溫和隔熱散熱的作用，在隔熱散熱設(shè)計(jì)過程中，可以設(shè)計(jì)通風(fēng)墻，或者在墻面選用垂直綠化方式，優(yōu)化室內(nèi)通風(fēng)效果，此法適用于南方建筑工程。而本工程位于北方地區(qū)，主要是控制室內(nèi)熱量損失，因?yàn)槭彝鈿鉁剌^低，在墻體夾層中可以利用苯板復(fù)合材料，從而控制建筑熱量損耗。此外，需要針對屋面和地面等采取通風(fēng)隔熱設(shè)計(jì)工作，可以在建筑頂部種植綠色植物，對于陽光直射起到阻礙作用。還可以在屋面施工中利用金屬夾芯隔熱材料，可以減少散失室內(nèi)熱量。

本項(xiàng)目外墻采用石墨聚苯板薄抹灰系統(tǒng)，石墨聚苯板厚度200mm，淺色涂料飾面，主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.135W/（m2·K），平屋面保溫板采用分層錯(cuò)縫粘貼做法，避免出現(xiàn)通縫。保溫總厚度250mm，主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.124 W/（m2·K）。屋面設(shè)置有兩層防水，底層防水位于保溫板下面覆蓋屋面和女兒墻內(nèi)側(cè)墻體，上層防水位于保溫板上部，找平層上面覆蓋屋面及女兒墻頂部。

5.3 外窗施工

被動式超低能耗建筑的外窗結(jié)構(gòu)主要是利用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部利用純木制里框，外框利用鋁包木形式，在二者之間充入保護(hù)氣體，可以發(fā)揮出隔熱、降噪等作用，同時(shí)可以對壓力沖擊發(fā)揮出抵抗作用。成型鋁包木外框的過程中需要利用隔斷熱橋加工技術(shù)，通過對復(fù)合框架和玻璃型材進(jìn)行緊密連接，不僅可以優(yōu)化整體保溫性能，還可以提高整體外窗結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性[4]。窗體材質(zhì)主要包括木體結(jié)構(gòu)和LOW-E 型玻璃材料，施工單位可以結(jié)合具體的要求合理選擇玻璃層數(shù)，同時(shí)用暖邊條連接。因?yàn)椴ＡЬ哂休^高的硬度，同時(shí)可以提高太陽光照的透射比，因此需要綜合利用自然光和冷白光等光源，避免外窗影響到陽光照射。為了優(yōu)化整體通風(fēng)條件，需要利用內(nèi)開形式，有利于順利開合外窗。

本項(xiàng)目采用三玻雙low-e 斷橋鋁合金窗，內(nèi)倒，玻璃配置為6low-e+16Ar+5+16Ar+6low-e，low-e 膜位于第2和第5 面，氬氣含量為90%，玻璃間采用有機(jī)隔離條（暖邊）。整窗傳熱系數(shù)為0.8 W/（m2·K），太陽能總透射比為0.5。玻璃門采用與外窗同材質(zhì)型材和玻璃，開啟方式為外開。其他外門為鋁合金門，傳熱系數(shù)為1.0 W/（m2·K）。

5.4 地源熱泵

在被動式超低能耗建筑中利用地源熱泵技術(shù)，可以緩解建筑工程能源緊張的局面。通過利用地源熱泵設(shè)備，可以轉(zhuǎn)換電能為高品位能源，在建筑施工中直接利用。地源熱泵設(shè)備在利用低溫?zé)嵩吹倪^程中，通過對地源熱泵機(jī)組和熱循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行連接，可以用供熱線路向建筑中導(dǎo)入能源。地源熱泵設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中水資源使用量比較少，同時(shí)不會產(chǎn)生污染問題，突出了技術(shù)環(huán)保性優(yōu)勢[5]。對比燃?xì)忮仩t，地源熱泵具有很強(qiáng)的制熱能力，同時(shí)可以節(jié)省電力消耗量。為了切實(shí)滿足綠色環(huán)保需求，需要在被動式超低能耗建筑中構(gòu)建獨(dú)立性的供熱系統(tǒng)，減少外部能源使用量。

5.5 無熱橋設(shè)計(jì)

如果建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱作用較差，將會引發(fā)熱橋現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p失建筑能源，通常是在建筑拐角部位、門窗和墻體連接部位等發(fā)生熱橋問題[6]。因此在被動式超低能耗建筑使用過程中，需要做好無熱橋設(shè)計(jì)工作，減少建筑熱傳導(dǎo)。無熱橋設(shè)計(jì)主要是利用外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和門窗以及新風(fēng)系統(tǒng)等，及時(shí)處理熱橋效應(yīng)的薄弱點(diǎn)，有效控制熱量損失。在實(shí)際工作中，可以利用低能耗建筑技術(shù)，對陽臺主體結(jié)構(gòu)和主板進(jìn)行分離，陽臺板的主要支撐結(jié)構(gòu)選用挑梁，同時(shí)將保溫材料填充到陽臺中，可以對熱橋效應(yīng)起到阻隔作用。此外，需要做好細(xì)部處理工作，例如在建筑的陰陽角部位錯(cuò)峰搭接保溫材料、對建筑門窗進(jìn)行全面包裹覆蓋、對該部位的熱量損失進(jìn)行控制等。針對屋頂矮墻，在鋪設(shè)保溫材料的時(shí)候，要注意統(tǒng)一保溫材料厚度和墻體厚度。針對建筑外部架設(shè)的雨水管道和空調(diào)外機(jī)等，因?yàn)楹徒ㄖg存在一定的距離，因此需要利用隔熱材料包裹墻體和外部設(shè)施，同時(shí)在保溫層的縫隙穿過密封支架，也可以避免發(fā)生熱橋效應(yīng)。

5.6 建筑外遮陽

通過在建筑外窗安裝具備遮陽作用的產(chǎn)品，可以避免建筑被直射高強(qiáng)度的太陽光直射。因?yàn)橄募緶囟容^高，利用這項(xiàng)措施可以避免太陽輻射直接進(jìn)入室內(nèi)，影響到室內(nèi)溫度的適宜性。而冬季氣溫較低，可以利用這種結(jié)構(gòu)控制室內(nèi)溫度流失，維持室內(nèi)溫暖的狀態(tài)[7]。利用建筑外遮陽技術(shù)，一方面可以減少消耗建筑能源，另一方面可以減少各類散熱設(shè)備的電能消耗量。施工時(shí)，需要結(jié)合被動式超低能耗建筑的方位，針對南向等向陽位置，合理增加遮陽設(shè)施的寬度，針對北向等背陰方位，需要合理調(diào)整遮陽設(shè)施的寬度，使其剛好覆蓋建筑窗口，即可滿足相應(yīng)的需求。

6 結(jié)論

通過利用被動式超低能耗建筑技術(shù)，不僅可以滿足住戶的各種功能需求，同時(shí)滿足當(dāng)前建筑行業(yè)的節(jié)能環(huán)保發(fā)展目標(biāo)。因此，施工單位在今后發(fā)展過程中需要加強(qiáng)研究被動式超低能耗建筑技術(shù)，推動我國建筑行業(yè)健康發(fā)展。