嚴(yán)寒區(qū)域近零能耗居住建筑熱舒適和能耗問(wèn)題探討

張博宇（天津仁愛(ài)學(xué)院，天津300221）

目前，近零能耗建筑已經(jīng)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家成為建筑節(jié)能發(fā)展的新趨勢(shì)，我國(guó)的建筑節(jié)能需要設(shè)定更高、更長(zhǎng)期的目標(biāo)。此外，國(guó)內(nèi)所倡導(dǎo)的節(jié)能減排的政策也要求建筑節(jié)能做出更大的貢獻(xiàn)，而近零能耗則是唯一途徑，也是我國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展的終極目標(biāo)。

1 嚴(yán)寒區(qū)域近零能耗居住建筑熱舒適和能耗研究

1.1 研究對(duì)象及方法

該研究分為兩個(gè)部分：文獻(xiàn)調(diào)查和實(shí)地考察。首先，對(duì)近年來(lái)我國(guó)嚴(yán)寒區(qū)域的一般建筑的能源消耗情況和居住的舒適性進(jìn)行了調(diào)研，選取了數(shù)個(gè)居住舒適性指標(biāo)，包括室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、人們可接受的溫度等。其次，選取北方嚴(yán)寒區(qū)域的某近零能耗建筑進(jìn)行了實(shí)地考察和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試所采用的方法如下：實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一個(gè)利用被動(dòng)式技術(shù)手段構(gòu)造的建筑，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)可再生資源的充分利用，符合國(guó)標(biāo)規(guī)定的《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求。該建筑共分為兩層，整體面積為304.5m2。第一層主要用來(lái)做住宅示范，高3.4m；第二層主要用來(lái)辦公，高3.6m。本次的實(shí)地考研都是以居住為中心，因此選擇一層樓作為研究對(duì)象。

建筑舒適度體驗(yàn)者選擇的對(duì)象為當(dāng)?shù)啬侈k公樓的工作人員，其中男性80人，女性58人，所有的都在該地區(qū)居住兩年以上，已經(jīng)充分適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境。實(shí)驗(yàn)人員的年齡集中在24～28歲，將所有參與實(shí)驗(yàn)的人隨機(jī)分配到各個(gè)房間中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了避免實(shí)驗(yàn)人員主觀因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在實(shí)驗(yàn)者適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境之后再開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

客觀測(cè)試的測(cè)量參數(shù)包括室內(nèi)空氣的溫度、濕度、風(fēng)速等[3]。同時(shí)利用電表對(duì)建筑內(nèi)部的水泵、新風(fēng)換氣機(jī)等設(shè)備的電量使用情況進(jìn)行測(cè)量，以便切除供暖季各項(xiàng)能源消耗指標(biāo)。針對(duì)溫度和濕度的測(cè)試，在每個(gè)房間的屋內(nèi)外設(shè)置相應(yīng)的儀器用于記錄溫濕度。在正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之后，選取高度0.1m、0.6m、1.1m三個(gè)位置對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)試，在0.6m處對(duì)溫度和風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)采用五點(diǎn)測(cè)溫法對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)和炕表面的溫度進(jìn)行測(cè)量。

主觀測(cè)試通過(guò)制作問(wèn)卷對(duì)每一個(gè)參與實(shí)驗(yàn)的人員的感受進(jìn)行調(diào)查，問(wèn)卷的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)人員的穿戴情況、主觀的熱感覺(jué)、可忍受的熱程度等。在整個(gè)試驗(yàn)的過(guò)程中，要求參與人員盡量減少活動(dòng)，最好保持靜坐的姿態(tài)。將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以得到結(jié)果。

1.2 研究結(jié)果

近零能耗居住建筑熱舒適測(cè)試結(jié)果如下：

在本次試驗(yàn)中一共發(fā)放了138份問(wèn)卷，回收128有效問(wèn)卷，其中男性80次，女性78次。實(shí)驗(yàn)的時(shí)間選擇當(dāng)?shù)販囟茸畹偷囊欢螘r(shí)間，室內(nèi)外的平均溫度為-8.7℃，平均相對(duì)濕度為45%，通過(guò)測(cè)量可以得到該建筑本身各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。由上述數(shù)據(jù)可以知道，該建筑在寒冷季節(jié)的運(yùn)行參數(shù)符合《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的參數(shù)值范圍。

就溫度來(lái)說(shuō)，當(dāng)人處于室內(nèi)并且沒(méi)有劇烈的活動(dòng)時(shí)，室內(nèi)溫度在20℃人處于最舒適的狀態(tài)。根據(jù)本研究數(shù)據(jù)可以知道，應(yīng)該適當(dāng)降低溫度以保證人在室內(nèi)能夠處于邊角舒適的狀態(tài)。就濕度來(lái)說(shuō)，《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中指出，在冬季室內(nèi)的相對(duì)濕度應(yīng)該大于30%。由本研究的結(jié)果可以知道，濕度尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，在問(wèn)卷調(diào)查中也顯示大部分人認(rèn)為屋內(nèi)比較干燥，這可能是因?yàn)槲輧?nèi)并沒(méi)有進(jìn)行日常的生活活動(dòng)，例如洗衣等，從而使得室內(nèi)的溫度未達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。和一般的建筑相比，近零能耗建筑在冬天室內(nèi)外的溫度差別較大，這可以使?jié)穸缺３衷谝粋€(gè)較為舒適的范圍內(nèi)。就風(fēng)速來(lái)說(shuō)，當(dāng)風(fēng)速大于0.2m/s的時(shí)候，人們就會(huì)感到風(fēng)吹，在本次試驗(yàn)中，風(fēng)速為0.04m/s～0.08m/s，人們不會(huì)感受到風(fēng)，因此這一指標(biāo)在本研究中對(duì)人們的熱舒適感影響不大。

1.3 能耗情況

對(duì)熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、新風(fēng)熱回收等系統(tǒng)裝置的能源消耗進(jìn)行分析，可以得出全面單位面積供熱設(shè)備能源消耗值，為20.7kWh/(m2·a)，其中熱泵機(jī)組的能源消占比最大，為42.88%。

2 討論

就熱感覺(jué)來(lái)說(shuō)，將普通建筑與近零能耗建筑相比較，發(fā)現(xiàn)不管是哪種建筑，大家的主觀選擇都是冷熱適中。詳細(xì)來(lái)看，和一般住宅相比較，近零能耗建筑中參與試驗(yàn)的人員選擇微暖和暖的比例呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，沒(méi)有人對(duì)室內(nèi)的感覺(jué)是偏冷的。對(duì)比收集的數(shù)據(jù)，可以知道熱中性溫度普遍大于人體熱中性溫度，這意味著在嚴(yán)寒區(qū)域的建筑房屋中普遍存在過(guò)熱的問(wèn)題。

就期望溫度和人們可承受的溫度范圍來(lái)說(shuō)，人們的熱期望溫度在23.9℃，比熱中性溫度高，這是因?yàn)樵谠摰貐^(qū)屋外的溫度變化較低并且快，這對(duì)實(shí)驗(yàn)者的熱期望溫度產(chǎn)生了影響，人們會(huì)想要獲得高于熱中性溫度的室內(nèi)溫度。

就能耗指標(biāo)和舒適性來(lái)說(shuō)，在該研究中對(duì)比相關(guān)指標(biāo)中所規(guī)定的嚴(yán)寒地區(qū)主要城市建筑物耗熱量指標(biāo)和近零能耗建筑指標(biāo)，和一般的建筑相比較，近零能耗建筑在確保人處于室內(nèi)熱舒適的情況下，在能源消耗方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在本次研究中，近零能耗建筑的平均室內(nèi)空氣溫度為25.21℃。當(dāng)室溫處于該狀態(tài)下時(shí)，在冬季個(gè)別建筑的就會(huì)存在室內(nèi)溫度高于熱舒適溫度的情況，因此可以降低供暖溫度來(lái)降低室溫，從而實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在供暖期間，由于近零能耗建筑室內(nèi)的平均溫度為25.21℃，超過(guò)了相關(guān)指標(biāo)中所規(guī)定的上限，而相對(duì)濕度則明顯偏小，因此建議在冬季降低室內(nèi)溫度，增加室內(nèi)的濕度。近零能耗的全年供暖的能源消耗為20.7kWh/(m2·a)，在保證熱舒適性的基礎(chǔ)上，其能源消耗情況遠(yuǎn)低于一般建筑。綜合來(lái)看，不管是從舒適性還是能源消耗情況來(lái)看，近零能耗建筑都有著十分大的優(yōu)勢(shì)。