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摘要：

近年來，許多發(fā)達(dá)國家積極的進(jìn)行超低能耗建筑的相關(guān)研究并建設(shè)了典型的示范工程。國內(nèi)的相關(guān)工作也正逐步展開，如何從傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛谀芎闹笜?biāo)控制的性能化設(shè)計(jì)方法是我國大范圍推廣超低能耗建筑的關(guān)鍵之一。本文基于此，分析了傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)與超低能耗建筑設(shè)計(jì)的不同，并提出了三種科學(xué)通用的超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，最后列舉相關(guān)案例進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：

超低能耗建筑；能耗指標(biāo)；性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與超低能耗建筑設(shè)計(jì)

1.1傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)

目前我國大多數(shù)建筑設(shè)計(jì)依舊是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，即依照我國現(xiàn)行的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范以及建筑設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。以我國現(xiàn)行的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）和各氣候區(qū)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為例，其中詳細(xì)的規(guī)定了建筑、暖通以及電氣專業(yè)的節(jié)能性能指標(biāo)，主要包括熱工參數(shù)限值以及空調(diào)系統(tǒng)形式與設(shè)備能效限值等。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法最大的特點(diǎn)是分工明確（參考圖1），以國家現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為原則，以滿足用戶對(duì)建筑我各項(xiàng)功能需求為核心，團(tuán)隊(duì)各專業(yè)分別實(shí)現(xiàn)自身職責(zé)，相關(guān)工作人員只需要滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與建筑功能，就可以做出“合規(guī)”的設(shè)計(jì)。但施用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在一定的局限性，無法滿足建設(shè)超低能耗建筑的目標(biāo)，具體表現(xiàn)在四個(gè)方面。①傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在滿足功能與安全性要求的同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)大小無法進(jìn)行有效把控，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)偏大，從而造成資源浪費(fèi)、成本增加、設(shè)計(jì)閑置等問題；②我國現(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大部分分散在各個(gè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系中大多數(shù)的節(jié)能條款歸于分專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致多數(shù)孤立節(jié)能技術(shù)的堆砌，并無法有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期節(jié)能的目標(biāo)；③實(shí)行建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值的要求并不能將建筑能量需求最小化，無法促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)建筑材料的研發(fā)使用；④傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定的拘束性，不利于設(shè)計(jì)人員發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，無法最大程度的提高能效。

1.2超低能耗建筑圖1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

目前，德國被動(dòng)房作為超低能耗建筑的一種形式，在建筑行業(yè)內(nèi)被廣泛接受，一般來說，被動(dòng)房最大供熱負(fù)荷不超過10W/m2、供熱以及制冷能耗需求量不超過15kW•h/（m2•a）、年度一次能源總消耗（其中包含生活熱水、烹飪以及供熱制冷）不超過120kW•h/（m2•a），所以，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)僅僅實(shí)現(xiàn)了建筑功能，而超低能耗建筑設(shè)計(jì)則實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化建筑性能的提升，即實(shí)現(xiàn)了能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)。相比于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)分工明確的特點(diǎn)，超低能耗建筑設(shè)計(jì)則體現(xiàn)在各分支專業(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（參考圖2），從圖2中我們可以清楚的看到整個(gè)建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都有同一個(gè)核心目標(biāo)，即能耗指標(biāo)。①基于能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)具有低能耗指標(biāo)作為明確的導(dǎo)向，從而協(xié)調(diào)各專業(yè)，使得各專業(yè)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的主觀能動(dòng)性；②在初期設(shè)計(jì)階段能夠?qū)ㄖ误w與圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的把控，從而將建筑能源需求最小化，并以能耗為導(dǎo)向，將被動(dòng)優(yōu)先與主動(dòng)優(yōu)化相結(jié)合，同時(shí)開展對(duì)建筑場(chǎng)地周圍可再生能源應(yīng)用潛力儲(chǔ)能技術(shù)和能量回收技術(shù)潛力的相關(guān)研究工作；③該設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程的具體節(jié)能措施并沒有硬性的規(guī)定，而是以建筑能耗表現(xiàn)作為終極目標(biāo)，從而優(yōu)化整合適用節(jié)能技術(shù)與設(shè)計(jì)方案。

2超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法

對(duì)于超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法的探究，并不需要一些套用基于單獨(dú)案例所得到的方法，也不需要一些刻板的技術(shù)指導(dǎo)，超低能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)所需要的，是能夠凝練建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)的通用性與引導(dǎo)性強(qiáng)的方法以及完整設(shè)計(jì)流程的指導(dǎo)。筆者經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)與典型案例的分析，考慮到建筑所在地氣候特點(diǎn)的差異以及目標(biāo)函數(shù)的不同，總結(jié)出了三種適用于超低能耗建筑的設(shè)計(jì)方法。

2.1關(guān)鍵參數(shù)限額法

關(guān)鍵參數(shù)限額法主要是以減少建筑耗能為導(dǎo)向，充分合理的利用建筑所在地的自然條件與氣候特征，對(duì)外墻、屋面、外窗傳熱系數(shù)等建筑關(guān)鍵元素指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，并結(jié)合新型的高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，從而基本滿足用戶舒適居住條件的設(shè)計(jì)方法。該方法并不依賴于可再生能源資源，所以不需要進(jìn)行過多的模擬計(jì)算，從實(shí)質(zhì)上將，該方法是對(duì)現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)控制指標(biāo)的提高，采用該種方法可以使建筑具備達(dá)到超低能耗建筑的潛力（該方法流程圖參考圖3）。使用關(guān)鍵參數(shù)限額法使得建筑物達(dá)到超低能耗具有三個(gè)主要技術(shù)特征：①對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能與建筑整體氣密性的提高。外墻、屋面、外窗以及樓板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)要達(dá)到規(guī)定的數(shù)值，從而最大程度的提高建筑保溫隔熱性能與氣密性；②該方法充分利用了被動(dòng)式技術(shù)技能，例如自然通風(fēng)與采光、太陽能輻射與室內(nèi)非供暖熱源的充分利用，從而有效的降低建筑能源需求以及對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的依賴；③該技術(shù)具有高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，這能夠有效保障室內(nèi)空氣質(zhì)量以及熱環(huán)境。

2.2雙向交叉平衡法

雙向交叉平衡法是以能耗指標(biāo)以及舒適度為導(dǎo)向，在對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與高校新風(fēng)熱回收進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)，還考慮到再生能源的應(yīng)用，由再生能源提供建筑所消耗的能量，從而確保建筑能量供需平衡的設(shè)計(jì)方法。使用雙向交叉平衡法達(dá)到超低能耗有三個(gè)主要技術(shù)特征：①該方法充分優(yōu)化了被動(dòng)設(shè)計(jì)手段，對(duì)建筑體形系數(shù)、內(nèi)外遮陽、自然通風(fēng)以及自然采光等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)限值進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而最大限度的減少建筑物對(duì)化石燃料的需求；②該方法主動(dòng)優(yōu)化并提高了系統(tǒng)性能，使用新型技術(shù)和設(shè)備，例如節(jié)能燈具、水泵以及變頻空調(diào)等，從而有效提高能效；③該方法科學(xué)合理的利用可再生能源，例如太陽能、風(fēng)能、淺層地?zé)崮芤约吧镔|(zhì)能等可再生能源，盡可能滿足建筑能源需求。

2.3經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法

經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法主要是以低耗、舒適度以及經(jīng)濟(jì)性為導(dǎo)向，對(duì)建筑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并有效利用建筑周圍環(huán)境以及可再生能源，考慮經(jīng)濟(jì)可行性因素，不斷的對(duì)建筑設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，直至得到使得建筑物各項(xiàng)指標(biāo)滿足的設(shè)計(jì)條件與設(shè)計(jì)方法。使用經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法達(dá)到超低能耗有三個(gè)主要的技術(shù)特征：①要同時(shí)滿足低耗、舒適度以及經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)指標(biāo)，建筑設(shè)計(jì)初期就要圍繞三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)；②充分主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，循環(huán)計(jì)算優(yōu)化，從而得到單個(gè)參數(shù)的最優(yōu)取值以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)營方案；③經(jīng)濟(jì)可行性分析，對(duì)節(jié)能與投資之間的額關(guān)系進(jìn)行決策，從而選擇合適方案。

3案例研究

中國新疆自治區(qū)某工程，該工程建筑區(qū)域?yàn)?667.9m2，包含地上（商業(yè)餐飲與酒店）6層，地下2層（超市與車庫），該建筑被動(dòng)式建筑面積為4361.6m2，該建筑的建成標(biāo)志著中亞嚴(yán)寒干熱氣候區(qū)有了手動(dòng)接近零能耗的標(biāo)志性建筑。該建筑采用上文所提到三種方法中的關(guān)鍵參數(shù)限額法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以建筑能耗目標(biāo)為導(dǎo)向，其中生活熱水、供熱、供冷以及生活用電總能耗限額為54kW•h/（m2•a），其耗能僅為每平方米1.5m3燃?xì)猓O(shè)計(jì)流程圖參考圖3。主要步驟如下。

3.1規(guī)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)限值

規(guī)定圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)限值，做好了防止熱橋與加熱隔熱的措施。外墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)K值上限為0.15W/（m2•K），窗戶玻璃K值上限為0.80W/（m2•K）。熱橋K值上限為0.01W/（m2•K）。另外，屋頂增加了相應(yīng)的綠化設(shè)計(jì)以提高建筑物保溫隔熱的性能，對(duì)供熱管道、設(shè)備要求，做好了保溫以及嚴(yán)格密封處理。

3.2自然通風(fēng)及采光

其次，在進(jìn)行自然通風(fēng)與采光的設(shè)計(jì)中，多利用了自然光與自然冷源，從而有效減少照明能耗與空調(diào)。在建筑一至三層還設(shè)有中庭，并采用電動(dòng)開窗器以及電動(dòng)外遮陽，確保了建筑良好的自然通風(fēng)采光。

3.3建筑能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1制冷空調(diào)系統(tǒng)

該建筑處于嚴(yán)寒干熱氣候區(qū)，夏季需降溫加濕，所以制冷空調(diào)選用高溫水與干工況，選用地面輻射供冷，供回水溫度為16~21℃，高性能冷水機(jī)組設(shè)計(jì)工況下，系統(tǒng)能效達(dá)到了14.9，且不接露。

3.3.2供熱空調(diào)系統(tǒng)

選用了落地式冷凝模塊低溫以及高溫燃?xì)忮仩t作為建筑供熱與供水。一次側(cè)循環(huán)水泵耦合連接二次側(cè)變頻節(jié)能水泵，可以根據(jù)建筑負(fù)載以及室外氣溫，對(duì)鍋爐工作數(shù)量以及輸出大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。其中，高溫燃?xì)忮仩t可提供60~80℃熱水，最高熱效率大97.4%。

3.3.3新風(fēng)熱回收機(jī)組

該建筑熱回收率達(dá)75%，有效的保證了室內(nèi)空氣質(zhì)量以及能源的節(jié)約。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是確保關(guān)鍵指標(biāo)不超過規(guī)定限值，進(jìn)而達(dá)到終極能耗指標(biāo)。例如德國的度納幼兒園，通過對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的嚴(yán)格把控，不用可再生能源系統(tǒng)，也可以達(dá)到不超過120kW•h/（m2•a）的能耗指標(biāo)。

4結(jié)語

超低能耗建筑的發(fā)展是需要從多方面進(jìn)行落實(shí)的，推行超低能耗建筑是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，所以我國要對(duì)超低能耗建筑方面加大研究力度，制定適合與各地區(qū)的科學(xué)的各項(xiàng)能耗指標(biāo)工作，實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑的廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉光.基于實(shí)際案例分析超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法[J].建筑建材裝飾，2017，16（3）：23~56.

[2]王永飛，張世發(fā).被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016，27（31）：165~210.

[3]李君.被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與應(yīng)用分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016，24（8）：30~39.

[4]張春鵬.德國被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)及保障體系探究[D].山東建筑大學(xué)，2016，27（12）：57~78.

作者:馮心怡 單位:云浮市建筑設(shè)計(jì)院有限公司