被動式超低能耗建筑的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢

徐舟

中天建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310000

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，被動式超低能耗建筑作為一種節(jié)能建筑類型，可以逐步告別傳統(tǒng)式供暖供冷方式，充分利用建筑最原始的環(huán)境和性能，給人們帶來最大的效益，有效地節(jié)約各種資源和成本，同時也改善了人們的居住環(huán)境。為全面貫徹綠色發(fā)展和“雙碳”政策的戰(zhàn)略部署，在綠色、低碳方向上推進新一輪能源變革，各地政府有關(guān)部門圍繞綠色建筑的理念，對發(fā)展被動式超低能耗建筑作了相關(guān)部署。

1 被動式低能耗建筑技術(shù)應(yīng)用基本原理

被動式超低能耗建筑，簡稱為被動式建筑，是一種結(jié)合多種被動、可再生能源技術(shù)，最大幅度降低能耗的綠色節(jié)能建筑，是國際建筑業(yè)積極倡導(dǎo)的綠色節(jié)能建筑。建筑物節(jié)能新理念是在80年代被設(shè)計出來的，它結(jié)合了環(huán)保技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和可循環(huán)再利用。建筑的能源消耗邊界主要有兩類，第一類是指建筑能量需求邊界；第二類邊界是指能源對于建筑的使用邊界，前者是建筑與室外環(huán)境進行能量交換的場所。這些能耗主要產(chǎn)生于對能源的需求，即為建筑物所需要的電力、空調(diào)等能源系統(tǒng)提供需要的化石能源。建筑工程這兩種建筑邊界的實質(zhì)就是利用相關(guān)技術(shù)來滿足建筑的能量需求，可根據(jù)所采用的技術(shù)和實施方法來區(qū)分被動式低能耗建筑。其主要目的是通過被動式科技手段，使建筑物對能源的需求最小化，使建筑物對能源系統(tǒng)的依賴性降至最低，達到降低總能耗的目的。值得注意的是，這一技術(shù)旨在減少能源消費的需求，而非增加能源供給[1]。

2 我國被動式超低能耗建筑發(fā)展面臨的問題

當前，我國發(fā)展被動式超低能耗建筑尚處于起步階段。工程實例主要集中在政府試點和示范工程建設(shè)中，且主要項目在北方嚴寒寒冷地區(qū)為主。在管理標準、設(shè)計理念、建設(shè)制度、運行維護等方面都存在一些不足，在推廣和發(fā)展中面臨了不少問題。

2.1 尚未完善的政策制度和標準

第一，我國還沒有建立健全建筑節(jié)能法律制度。當前，國家對建筑節(jié)能標準的要求還是比較低，而被動建筑則沒有相關(guān)制度規(guī)定，應(yīng)完善落實被動式超低能耗建筑相關(guān)政策。

第二，尚未形成完整的、被動式超低能耗建筑理論體系和完整的技術(shù)體系。中國缺乏被動設(shè)計、材料制造、建造、質(zhì)量控制、操作管理等方面的技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量監(jiān)督體系；缺乏適合我國國情和當?shù)貧夂驐l件的被動式超低能耗建筑技術(shù)標準體系、監(jiān)管評價體系和咨詢服務(wù)體系。

第三，支持被動式超低能耗建筑發(fā)展的激勵機制不健全。在激勵政策上，國家缺乏鼓勵房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)建設(shè)和消費者購買被動房的優(yōu)惠激勵政策。

2.2 被動式技術(shù)及集成技術(shù)尚不成熟

國內(nèi)被動式超低能耗建筑的節(jié)能技術(shù)和能耗水平相對滯后。有關(guān)的理論、材料、技術(shù)和產(chǎn)品有待完善。

第一，設(shè)計實踐存在困難。受到實際環(huán)境條件、技術(shù)支持等因素的影響，人們對超低能耗建筑的技術(shù)特性知之甚少，還沒有形成系統(tǒng)的被動式建筑設(shè)計理論。

第二，超低能耗建筑技術(shù)與裝配式建筑技術(shù)相結(jié)合不緊密。裝配式建筑在我國目前尚處于發(fā)展的初級階段。關(guān)于材料的制造，如滿足被動式建筑技術(shù)要求的建筑材料、門窗、外保溫、新風(fēng)熱回收等關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品尚未成熟。

第三，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有待深化，尚未形成集研發(fā)、設(shè)計、施工、產(chǎn)業(yè)跟蹤、運營為一體的產(chǎn)業(yè)鏈。

2.3 初始建設(shè)費用高

被動式超低能耗建筑初始投資比一般建筑物要高不少。在建筑規(guī)劃、設(shè)計、施工三個階段，采用被動設(shè)計技術(shù)、保溫隔熱、密封性更好的綠色圍護、設(shè)備系統(tǒng)、基于氣候特點的被動式施工方法，都增加了初期建設(shè)費用。建筑每平方米需增加600～1000元。房地產(chǎn)業(yè)開發(fā)過程中，由于初期投資過高，大部分開發(fā)商都沒有考慮其整個生命周期的經(jīng)濟性，不愿采用被動式建筑，這在很大程度上阻礙了被動式超低能耗建筑的發(fā)展。

2.4 市場認知誤區(qū)

針對被動式超低能耗建筑市場的整體供需狀況，投資者和消費者對其了解不夠，難以推廣應(yīng)用。在消費者看來，被動式技術(shù)要求高、造價高、難度大；消費者認為這種建筑是一種“奢侈品”，高成本抑制了需求。鑒于被動式超低能耗建筑在建筑全壽命周期中的綜合效益，提高社會對建筑的認知度是亟待解決的問題[2]。

3 被動式超低能耗建筑的相關(guān)技術(shù)分析

3.1 保溫圍護結(jié)構(gòu)

對被動式超低能耗建筑而言，不透光保溫圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)在0.15W/（m2·K）以內(nèi)，對于南方非嚴寒地區(qū)，可適當放寬。計算圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)時，應(yīng)充分考慮其年冷、熱負荷和能耗。此外，還應(yīng)考慮通過自然通風(fēng)、冬季太陽能供暖和各種制冷能耗來增加建筑室內(nèi)熱量，切實控制建筑能耗。科學(xué)、合理、經(jīng)濟的外圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的確定應(yīng)以保溫材料厚度均勻為基礎(chǔ)。在施工過程中要求施工人員根據(jù)實際情況，對建筑物外墻外保溫層使用的多層保溫材料進行適宜的斷熱橋錨栓。避免因出現(xiàn)熱橋效應(yīng)，而使得保溫層內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)露結(jié)霜的情況，影響整體保溫性能。

3.2 無熱橋結(jié)構(gòu)

無熱橋結(jié)構(gòu)是被動式超低能耗建筑的關(guān)鍵技術(shù)之一。在建筑設(shè)計過程中，應(yīng)盡量取消外挑結(jié)構(gòu)，線性熱橋在建筑設(shè)計中要與結(jié)構(gòu)層相連接。需要將建筑無熱橋和被動建筑設(shè)計理念結(jié)合起來，嚴格地控制外立面凹凸。無熱橋結(jié)構(gòu)在被動式超低能耗建筑保溫施工中，應(yīng)注意與建筑的陰陽角相結(jié)合，選擇具有良好保溫性的材料，在所有窗框覆蓋的基礎(chǔ)上，結(jié)合錯縫搭接，杜絕通縫問題，提升保溫效果。保溫材料需用對女兒墻進行全包裹，保溫厚度與墻體保溫厚度一致。對于室外流水管、空調(diào)機支架等，還要通過隔熱材料與基層墻體做分隔，同時使用密封石膏、專用膠帶等對支架穿保溫層部分的縫隙進行封堵。

3.3 被動式門窗

對于被動式超低能耗建筑，需要設(shè)計理念一致的門窗，即被動門窗。此類門窗的傳熱系數(shù)不超過1.0W/（m2·K），被動窗玻璃傳熱系數(shù)在0.8W/（m2·K）以內(nèi)，其中太陽得熱系數(shù)大于0.45，選擇性透射系數(shù)大于1.25，非寒冷地區(qū)可適當放寬。這就是說，這種超低能耗門窗必須具有良好的室內(nèi)采光和通風(fēng)，超低的建筑能耗和良好的保溫隔熱性能。如果是特殊的超低能耗建筑，則可適當增加南北面的面積，以便冬季盡可能多地得到陽光，減少室內(nèi)供暖消耗；對于東西向窗戶，需要適當縮小面積。被動式門窗不同于傳統(tǒng)門窗，其安裝方式多采用外懸式，即在建筑物的外圍掛門窗，并用保溫層將窗框完全包覆，既與無熱橋結(jié)構(gòu)要求相符，又能有效提高建筑氣密性。此外，實際安裝門窗框體被動安裝時，還須將門窗框體與洞口間產(chǎn)生的縫隙全部用膨脹密封膠帶封住門窗框體與洞口之間的縫隙，門窗框體內(nèi)側(cè)與外側(cè)分別牢固貼防水隔汽膜和防水透氣膜，以進一步提高門窗防水隔熱性能和隔聲性能。

3.4 新風(fēng)系統(tǒng)

對被動式超低能耗建筑來說，自然透風(fēng)是不夠的。還要有良好的通風(fēng)系統(tǒng)。為了有效地控制新風(fēng)能耗，在具體建設(shè)項目中，新風(fēng)系統(tǒng)的熱能利用率應(yīng)達到75%以上。具體新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)確保各房間送風(fēng)量相互獨立。在室內(nèi)設(shè)計某處回風(fēng)氣流組織時，應(yīng)充分利用門下1～2cm的間隙，避免采用直角彎頭，在簡化管路設(shè)計的基礎(chǔ)上，盡量減小系統(tǒng)阻力。另外，還可在新風(fēng)系統(tǒng)中安裝F7過濾器，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。冬天寒冷時，要保證新風(fēng)的出風(fēng)口溫度在17℃以上，新風(fēng)系統(tǒng)也要配備除濕裝置。在被動式超低能耗設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合實際情況，在降低建筑能耗的同時，真正實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的生態(tài)環(huán)保[3]。

4 被動式超低能耗建筑設(shè)計發(fā)展趨勢

第一，發(fā)展被動式超低能耗建筑技術(shù)是對現(xiàn)有建筑技術(shù)的有效補充。因我國地域遼闊，地區(qū)間氣候差異較大，建筑室內(nèi)環(huán)境差異大，使超低能耗建筑難以形成統(tǒng)一的標準。為此，我國應(yīng)加強對被動超低能耗建筑技術(shù)的研究，通過增加人力、物力、資財力，使相關(guān)技術(shù)更加完善。與此同時，建筑設(shè)計者和施工人員也要樹立超低能耗建筑的設(shè)計和施工理念，加強對風(fēng)能、太陽能等清潔能源的利用，靈活使用各種保溫材料，優(yōu)化建筑保溫圍護性能、加強非熱橋等結(jié)構(gòu)形式，積極利用各種低能耗可再生先進技術(shù)，更好地為被動超低能耗建筑設(shè)計服務(wù)。堅持因地制勢，結(jié)合不同地區(qū)氣候特點，制定不同的操作規(guī)程和操作程，使設(shè)計與施工更加規(guī)范化以及標準化。

第二，發(fā)展改進現(xiàn)有材料的性能。為了有效降低建設(shè)成本，今后應(yīng)大力開發(fā)更多高質(zhì)量、高性能的建筑節(jié)能材料。采用原材料就地取材，降低運輸成本，實現(xiàn)施工項目成本的控制。國家鼓勵和認可被動式超低能耗建筑，并引導(dǎo)各類組織、科研機構(gòu)、施工企業(yè)、材料加工企業(yè)進行合作，共享資源優(yōu)勢。堅持先進的材料技術(shù)導(dǎo)向，自主開發(fā)更多高質(zhì)量的材料和產(chǎn)品。與此同時，我國還應(yīng)與國際質(zhì)量管理體系接軌，建立被動超低能耗建筑材料和相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量認證體系，確保施工嚴格遵守標準，降低不良后果。

第三，發(fā)展被動式超低能耗建筑是響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略，落實節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展設(shè)計理念的必然要求。被動式超低能耗建筑無論是在建筑設(shè)計上，還是材料使用上，或者理念的體現(xiàn)上，都體現(xiàn)了 “雙碳、節(jié)能、綠色”的生態(tài)可持續(xù)建筑新理念，是當下降低能耗改善環(huán)境的必然要求，也是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。對于被動式超低能耗建筑設(shè)計進行研究和應(yīng)用，掌握設(shè)計方法和應(yīng)用技術(shù)，把握超低能耗建筑設(shè)計發(fā)展方向，是一項非常緊迫、具有重要意義的工作。

5 結(jié)束語

被動式超低能耗建筑采用高性能保溫圍護、建筑結(jié)構(gòu)、被動門窗、新風(fēng)系統(tǒng)等諸多技術(shù)措施，對降低建筑能耗、改善建筑綠色性能、促進生態(tài)節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。雖然此類建筑及相關(guān)技術(shù)在目前發(fā)展中還存在不足，但未來我國還將繼續(xù)加大被動式超低能耗建筑技術(shù)的研究，不斷提高建筑技術(shù)水平，重視加強本土建筑材料質(zhì)量性能的優(yōu)化與完善，使被動式超低能耗建筑及其關(guān)鍵技術(shù)得到更好的發(fā)展，可以更好地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢。