基于實際案例分析超低能耗建筑設計方法

李曉光

摘要：建筑能耗占據了社會總能耗的50%左右，尤其是伴隨著城市化進程的加快，建筑工程的數量不斷增加，這個比例也在持續上漲，在能源危機越發嚴峻的現在，做好建筑能耗的控制意義重大。本文結合實際案例，對超低能耗建筑的設計方法進行了簡要分析，希望能夠為建筑的節能降耗提供一些參考。

關鍵詞：超低能耗建筑；設計方法；案例分析

前言

自2000年開始，在全球范圍內，超低能耗建筑逐漸興起，并且迅速受到了世界各國的重視。不過，在相關研究中，超低能耗建筑設計針對的多是某個具體案例或者某個方面的研究，缺乏通用性、系統性的超低能耗建筑設計方法。從降低建筑能耗，構建綠色節能建筑的角度著眼，需要明確超低能耗建筑的具體設計方法，確保其能夠更好的適應我國的具體國情，推動建筑行業的可持續健康發展。

1超低能耗建筑的設計方法

單純從技術方面分析，通過被動式節能設計，在提升建筑運行效率的同時，降低其能耗水平，以可再生能源滿足建筑對于能耗的需求，能夠建設超低能耗乃至零能耗建筑。但是從實際出發，受各種因素的影響，超低能耗建筑的實現存在著許多的阻礙，如成本過高、建筑能耗指標難以降低等。這里結合當前超低能耗建筑的研究和實踐，對其通用設計方法進行分析和討論。

1.1關鍵參數限額法

以降低建筑能耗為目標，結合建筑所處區域的自然條件與氣候特征，對建筑中的關鍵性指標進行嚴格控制，然后配合高效新風熱回收技術，基本上能夠滿足用戶對于居住舒適性的要求。關鍵參數限額法不需要進行大量的模擬計算，也不需要過度依賴可再生能源資源，從實質分析，主要是通過提升現有的節能標準控制指標，達到超低能耗建筑的各種要求。該設計方法存在三個比較關鍵的技術特征，一是提升建筑整體氣密性以及圍護結構的熱工性能，包括墻體、屋面、門窗等，確保其傳熱系數及密閉性能夠滿足相關規范的要求：二是被動式節能技術，包括太陽輻射、自然通風等，以降低建筑在運行過程中對于能源的需求：三是高效的新風熱回收系統，可以充分保障室內的熱環境及空氣質量。

1.2經濟環境決策法

經濟環境決策法的導向包括了能耗、舒適度及經濟性三個指標，在對建筑圍護結構進行優化的同時，合理利用可再生能源，在考慮經濟性的前提下，對建筑進行優化設計，以找出滿足各項指標需求的設計條件。由于需要同時考慮三個指標，可以采用定量分析結合循環迭代的方法，獲取最優化目標函數，以同時滿足業主和用戶的需求。該方法的三個主要技術特征為：一是必須同時滿足三相指標，不能出現偏向或者先后：二是應該稽核循環迭代優化，獲取單一參數的最優值以及系統的設計運行方案：三是必須正確處理節能與成本的關系，對設計方案進行合理選擇。

1.3雙向交叉平衡法

這種方法是將能耗指標和舒適度指標作為導向，在設置高校新風熱回收系統、優化圍護結構的同時，運用可再生清潔能源來滿足建筑運行過程中的能源需求，實現能量供需的平衡。在進行設計的過程中，可以通過建筑朝向及窗墻比等的變化，將其圍護結構與可再生能源等實現優化組合。雙向交叉平衡法想要滿足超低能耗的需求，同樣有三個技術特征，一是被動設計手段的優化，通過對建筑形體系數、自然通風采光、內外遮陽等的合理調節，控制圍護結構的參數限制，以盡可能減少建筑對于能源的需求：二是系統性能的主動優化，即運用先進的技術和設備，提升能源利用效率，如變頻風機、變頻水泵、節能燈具等：三是可再生能源的利用，包括太陽能、風能、地熱能等，以滿足建筑對于能源的需求。

2實例分析

2.1概況

某展示中心總體占地面積1.1萬㎡，建筑面積4782.3㎡，包括地上兩層和地下一層，采用鋼框架結構，建筑高度為15m，體形系數0.22，總窗墻比0.2。采用超低能耗建筑的標準進行設計，要求場地范圍內運行能耗趨于零。

2.2設計方法

經分析研究，最終選擇經濟環境決策法的設計方法，一方面，通過被動技術措施，降低建筑在使用過程中對于能源的需求，另一方面，通過主動技術措施，提升建筑對于能源的利用效率，降低能源的浪費，同時以可再生能源取代傳統化石能源，滿足超低能耗的標準。

2.3技術措施

（1）被動式設計：首先，結合建筑所處區域，進行自然環境和氣候條件的分析，重點考慮其冬季的保溫性能，提升外墻、屋面、門窗的保溫隔熱性能，通過調整建筑布局的方式，使得出入口避開了冬季主導風向。經優化設計，建筑整體采用梭形結構，南北朝向，在避免冬季冷風入侵的同時，也可以充分利用夏季風實現自然通風。其次，在通風設計中，采用了坑道風，結合屋頂通風窗以及大廳地面送風口，對建筑的自然通風能力進行了強化，經測算，能夠入口大廳的空調制冷時間縮短20%以上，減少能耗30%。同時，利用天窗、中庭等增強了熱壓通風效果，可以通過外窗實現直接通風。然后，采光的設計以自然采光為主，經測算，將窗墻比設置在0.26，能夠在保證自然采光效果的同時，最大限度的降低能耗。在具體設計中，還對外窗陽臺進行了優化，配合設置在屋頂的淺色發光板，對自然采光的效果進行了強化。同時，在屋頂設置了采光天窗，房間內部的隔斷采用了透明玻璃，都可以強化室內采光效果，降低能耗。

（2）主動式設計：采用干燥新風，通過對風量的控制，實現室內環境相對濕度的調節，同時也高溫冷水經獨立末端調節室內的溫度。空調系統的冷熱源采用的是高溫地源熱泵耦合太陽能光熱系統+溶液調濕系統+VRF的形式，搭配干式直流無刷電機風機盤管，可以將風機的效率提高約20%，年節約電耗1230kW。結合建筑本身的實際情況，選擇地板輻射采暖的方式，在保證采暖效率的同時，也提升了舒適度。經模擬分析，建筑整體全年的能耗在61.2-62.2kWh/㎡.a，與基準建筑相比，節能率達到了54.2%。

（3）可再生能源利用：主要是對太陽能的利用，為了保證良好的立面效果，這里采用了一體化設計，在建筑屋頂設置弧形的光伏板支架，以增加光伏板的整體面積。太陽能光伏板的設置保持與建筑主體風格一致，使得展示中心在外觀上更加富有科技感和未來感。同時，利用計算機仿真模擬技術，對建筑南向的光伏板支架形狀進行了調整，使得其能夠與建筑外遮陽以及自然通風系統相互結合起來，實用性更強。建筑中采用了單晶硅光伏組件，對于太陽光的轉換效率可以達到16.7%，總裝機容量為315.78kWp，全年可發電326MWh，基本能夠滿足建筑對于電能的全部需求。

3結語

總而言之，超低能耗建筑的作為一種比較新穎的概念，需要從設計方法、性能控制等方面進行逐步落實，在充分考慮區域氣候條件及經濟技術條件的基礎上，實現建筑節能技術的優化組合，盡可能減少建筑在使用過程中的能源消耗。應該注意的是，在超低能耗建筑的設計中，應該在盡量降低建筑對于能源需求的同時，強調可再生能源的開發利用，減少建筑使用中的給自然環境帶來的負擔，促進可持續發展的順利實施。