超低能耗技術在綠色建筑中的應用研究

梁雪瑩

（天津市天勘建筑設計院，天津300191）

1 引言

保護環(huán)境、節(jié)約能源是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，也是為人們創(chuàng)造健康、安全、舒適的工作和生活環(huán)境的關鍵。由于工程建筑行業(yè)相較于其他行業(yè)能耗高，污染嚴重，因此，有必要在建筑行業(yè)中加大使用清潔、超低能耗技術，以解決能源短缺和環(huán)境污染問題[1]。我國提出環(huán)保問題后，建筑行業(yè)開始積極實施創(chuàng)新改革，研發(fā)了大量成熟的綠色節(jié)能技術。本文以華北地區(qū)的建筑設計為例，介紹了超低能耗技術在綠色建筑中的應用要點，希望能為低能耗技術在綠色建筑中的應用研究提供一些參考。

2 充分利用自然能的被動式建筑設計

合理利用空間布局，根據(jù)建筑物的結(jié)構特點和主體細節(jié)優(yōu)化建筑的室內(nèi)環(huán)境是被動式建筑設計的關鍵。在被動式建筑設計中，應注意以下要點：（1）進行建筑物的功能布局規(guī)劃時，應先合理規(guī)劃和設計建筑物的外觀和朝向，以充分利用自然光和自然通風，這樣可以促進夏季通風，冬季防寒。（2）合理設計頂層的日光窗、天窗、露臺等，如果條件允許，建議在建筑內(nèi)部安裝抽風天井，以促進建筑內(nèi)部的通風。（3）建筑物朝南方向的墻體應設置尺寸較大的透明窗戶，以便于室內(nèi)白天采光，從而減少電子照明設備的使用，減少對電能的消耗，而且可以有效提升建筑室內(nèi)空間的舒適度[2]。（4）設計建筑物時，還必須考慮獨特的遮陽外觀，根據(jù)數(shù)據(jù)詳細計算從夏至到冬至期間當?shù)氐娜照崭叨?，以確保房間具有充足的自然光和適當?shù)恼诠庑Ч?。?）在室外設計中，要充分利用植物美化環(huán)境，還可以設置景觀美化池，對室外氣候進行一定的調(diào)節(jié)。

3 優(yōu)良節(jié)能的圍護結(jié)構保溫隔熱技術

完成超低能耗建筑設計的關鍵之一是要進行合理的圍護結(jié)構設計，以顯著減少建筑物的采暖和制冷負荷。另外，應合理利用建筑的空間布局，根據(jù)建筑物的結(jié)構特點進行室內(nèi)結(jié)構的被動式設計。我國華北地區(qū)四季分明，夏季炎熱，華北地區(qū)建筑的空調(diào)能耗明顯高于冬季。因此，低能耗建筑的圍護結(jié)構設計應以夏季的熱導率為重點，而冬季則更多地需要考慮建筑圍護結(jié)構的隔熱性。通常情況下，圍護結(jié)構最薄弱的部分是門窗和冷橋。其中，門窗面積約占建筑圍護結(jié)構總面積的30%，門窗能耗約占建筑圍護結(jié)構熱損失的50%。因此，提高外門窗的隔熱性能對于超低能耗建筑至關重要。

3.1 外墻

根據(jù)項目的實際情況，華北地區(qū)建筑的外墻可以采用外墻保溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)將自保溫和內(nèi)部保溫有機地結(jié)合在一起。進行設計時，應精確計算和分析隔熱系統(tǒng)的各項參數(shù)，以合理選擇保溫材料，并滿足圍護結(jié)構的耐候性、抗風荷載性以及冬季抗融冰性的要求。建議在外墻使用淺色材料或絕緣反射涂料[3]。在外墻設計過程中，還應對冷橋組件進行適當處理，以提高其蓄熱和節(jié)能性能，以最大限度地減少冷橋?qū)ㄖ哪艿挠绊?。另外，建議盡可能使用雙層外墻圍護結(jié)構，并在外墻內(nèi)部使用可移動的模塊化隔熱墻。該結(jié)構在夏季和季節(jié)過渡期可以折疊起來，促進室內(nèi)空間的散熱；冬季可以將其覆蓋在外墻表面，增加外墻的厚度，從而提高外墻的隔熱性能，室內(nèi)的自由溫度也會升高，減少采暖能耗。需要注意的是，華北地區(qū)建筑外墻的傳熱系數(shù)平均值不應超過0.40 W/（m2·K）。

3.2 樓板

建筑設計中，豎直方向和水平方向的噪聲干擾一直是熱門問題。建筑聲環(huán)境的質(zhì)量直接影響著人們的日常生活質(zhì)量和身心健康。因此，樓板可以采用具有隔熱和隔音作用的浮動樓板，這樣地板的沖擊聲隔音可以提高到65 dB，有效解決了上下樓層的噪聲問題，顯著提高生活質(zhì)量。需要注意的是，華北地區(qū)建筑樓板的傳熱系數(shù)不應超過0.55 W/（m2·K）。

4 充分利用可再生能源

4.1 地源熱泵

地熱泵系統(tǒng)的能效比高于空氣源熱泵的能效比。華北大部分地區(qū)夏季炎熱，冬季寒冷。夏季的熱負荷通常比冬季的熱負荷高很多。同時，冬季從源頭來的水溫波動要遠小于夏季[4]。地源熱泵在冬季時的工作效果極好，但是考慮到冬季和夏季埋管的熱平衡，建議使用冷卻塔作為輔助設備，因為夏季埋管的冷卻負荷最高。為了使熱泵的效率最大化，地熱源通常使用土壤和冷卻塔作為冷熱源。在夏季，將地源熱泵和冷卻塔系統(tǒng)用作冷熱源，其向地下管道系統(tǒng)提供的熱量傳遞可以平衡地下熱場并防止熱量積聚；在冬季，將地源熱泵用作系統(tǒng)維護的熱源，所需的熱量由其在夏季傳遞的熱量提供。并且冷卻塔可以實時啟動，使用方便。

4.2 太陽能

在常見的使用太陽能的方法中有被動式和主動式2 種。常見的被動式太陽能系統(tǒng)是太陽能房頂和太陽能煙囪。太陽能煙囪中，壁掛式太陽能煙囪應用較多，能夠使屋內(nèi)夏季通風良好。其在夏季的原理為：室內(nèi)空氣從儲熱壁的下部進入太陽能煙囪通道，被儲熱壁加熱，逐漸上升，最后通過上部開口排到室外。冬季的工作原理與夏季相同。但是，操作條件截然相反：外部冷空氣進入太陽能煙囪通道后，被集熱壁加熱，然后空氣溫度上升，并通過集熱壁的上部入口進入房間以進行通風和加熱[5]。

在很多具有玻璃幕墻以及遮光板等結(jié)構的建筑屋頂安裝有集成的太陽能系統(tǒng)。通過合理的建筑設計，可以最大限度地利用太陽能板收集太陽能，然后根據(jù)建筑需要，將太陽能轉(zhuǎn)換為其他形式的能源，減少對不可再生能源的應用，充分利用清潔能源，減少對環(huán)境的影響。例如，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以用于建筑物的室內(nèi)和室外照明，有效減少建筑對傳統(tǒng)能源的需求。

5 結(jié)語

基于我國在綠色建筑建設方面的努力，人們對健康環(huán)境的概念有了新的認識，如綠色能源、節(jié)能減排等，均是實現(xiàn)綠色建筑的可行途徑。并且各行各業(yè)還開始引入“綠色管理”，全面實施“被動優(yōu)先，積極優(yōu)化，可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟實用”的建筑理念。超低能耗綠色建筑必須充分利用空間布局、建筑結(jié)構和主體建筑的細節(jié)，以確保室內(nèi)環(huán)境的舒適度，還要充分考慮建筑所在地的氣候特征和經(jīng)濟成本，在實現(xiàn)綠色建筑建設的同時，減少總成本，促進綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。