超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法探究

劉則鳴

摘 要 近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗嚴(yán)重問題已被我國(guó)國(guó)民廣泛關(guān)注。我國(guó)建筑行業(yè)同樣如此。在建筑業(yè)里，超低能耗被大范圍推廣的關(guān)鍵原因是我國(guó)能耗指標(biāo)的轉(zhuǎn)變。對(duì)于超低能耗建筑設(shè)計(jì)，當(dāng)今世界上多是針對(duì)某一設(shè)計(jì)案例或設(shè)計(jì)中的某一方面開展深入研究，缺少系統(tǒng)化、通用性強(qiáng)的超低能耗建筑設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法。本文通過分析國(guó)內(nèi)外超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法相關(guān)研究，提煉出3種科學(xué)通用的超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法—關(guān)鍵參數(shù)限額法、雙向交叉平衡法和經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法，以供參考。

關(guān)鍵詞 超低能耗建筑 性能化設(shè)計(jì)方法 能耗指標(biāo) 設(shè)計(jì)流程

1超低能耗建筑設(shè)計(jì)

目前，作為超低能耗建筑的一種形式，德國(guó)被動(dòng)房被廣泛接受，通常其最大供熱負(fù)荷不超過10W/㎡、供熱、制冷能耗需求量均不超過15kW·h/（㎡·a）、年一次能源總消耗（包括生活熱水、供熱制冷和烹飪）不超過120kW·h（㎡·a），由此可見，超低能耗建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的不同在于從僅僅實(shí)現(xiàn)建筑功能到最優(yōu)化建筑性能的提升，即實(shí)現(xiàn)滿足能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)。

以能耗為控制指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)方法可以理解為：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，通過充分利用建筑周圍自然條件，各專業(yè)交互配合提出滿足建筑功能及能耗指標(biāo)的建筑體形系數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)以及高效設(shè)備及系統(tǒng)方案，對(duì)其最終運(yùn)行能耗進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，從而得出每一棟建筑最優(yōu)化合理的設(shè)計(jì)方案。

相對(duì)于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方法，基于能耗指標(biāo)的性能化設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：

（1）以能耗指標(biāo)為導(dǎo)向，協(xié)調(diào)各專業(yè)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師主觀能動(dòng)性。（2）初設(shè)階段嚴(yán)格把控建筑形體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)，最小化建筑能源需求，以能耗指標(biāo)為導(dǎo)向，被動(dòng)優(yōu)先主動(dòng)優(yōu)化相結(jié)合，同時(shí)對(duì)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)潛力進(jìn)行研究。（3）不規(guī)定整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程的具體節(jié)能措施，以建筑能耗表現(xiàn)為終極目標(biāo)優(yōu)化整合適用節(jié)能技術(shù)和設(shè)計(jì)方案。

2超低能耗建筑設(shè)計(jì)流程及技術(shù)優(yōu)選研究

2.1設(shè)計(jì)流程框架研究

在超低能耗建筑設(shè)計(jì)探索中，很多研究人員根據(jù)應(yīng)用地域、技術(shù)水平、國(guó)情不同，對(duì)超低建筑的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行研究，目標(biāo)是為某一具體建筑或某氣候類型下的建筑提供一個(gè)基本的設(shè)計(jì)概念和流程框架。

MathieuDavid基于法國(guó)被動(dòng)房設(shè)計(jì)方法提出一種適用于熱帶地區(qū)零能耗建筑的設(shè)計(jì)流程，并將其應(yīng)用于法國(guó)第一棟海外零能耗建筑建造中，達(dá)到能耗指標(biāo)低于50kW·h/㎡的水平。該流程強(qiáng)調(diào)各部門協(xié)同設(shè)計(jì)、高水平設(shè)計(jì)工具應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)適用的方案，并注重對(duì)自然資源的最大化利用。

2.2節(jié)能技術(shù)優(yōu)先性研究

在設(shè)計(jì)流程研究的基礎(chǔ)上，有專家開展了對(duì)超低能耗建筑元素求解最優(yōu)值、求解被動(dòng)技術(shù)措施最優(yōu)值的方法探究，為超低能耗建筑具體的設(shè)計(jì)步驟提供參考方法，具體如下：

龔新智將中國(guó)依據(jù)氣候條件分為7個(gè)區(qū)域，使用正交法和列表法以能耗為目標(biāo)函數(shù)得到7種被動(dòng)技術(shù)措施適用的優(yōu)先性排序，包括外墻厚度、外墻保溫厚度、屋頂保溫厚度、窗戶朝向、窗墻比、玻璃類型、日光溫室深度寬度，指出除了夏熱冬暖地區(qū)，屋頂保溫厚度、外墻保溫厚度對(duì)能耗的影響分別占到70%和10%，應(yīng)優(yōu)先考慮。

孫永軍提出宏觀參數(shù)系統(tǒng)敏感性分析方法，逐一分析設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)零能耗建筑各系統(tǒng)規(guī)格的影響，得出影響最大的參數(shù)是室內(nèi)設(shè)定溫度、系統(tǒng)性能系數(shù)及室內(nèi)得熱密度，影響最小的參數(shù)是墻體厚度、窗墻比，滲透率及風(fēng)管能量損失。

3超低能耗建筑的通用設(shè)計(jì)方法

3.1關(guān)鍵參數(shù)限額法

關(guān)鍵參數(shù)限額法即以減小建筑耗能為導(dǎo)向，充分利用氣候特征和自然條件，嚴(yán)格控制建筑關(guān)鍵元素指標(biāo)，結(jié)合高效新風(fēng)熱回收技術(shù)，基本滿足用戶舒適條件的設(shè)計(jì)方法。這種方法對(duì)可再生能源資源的依賴性不強(qiáng)，無需過多模擬計(jì)算，實(shí)質(zhì)上是對(duì)現(xiàn)有節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)控制指標(biāo)的提升，應(yīng)用此種方法旨在使建筑具備達(dá)到超低能耗建筑的潛力。

應(yīng)用關(guān)鍵參數(shù)限額法達(dá)到超低能耗有3個(gè)主要技術(shù)特征：

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提高和建筑整體氣密性的提高。（2）充分利用被動(dòng)式技術(shù)節(jié)能。（3）高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。

3.2雙向交叉平衡法

雙向交叉平衡法即以能耗指標(biāo)、舒適度指標(biāo)為導(dǎo)向，在優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和高效新風(fēng)熱回收的同時(shí)，考慮可再生能源的應(yīng)用，建筑消耗的能量由可再生能源來提供，從而達(dá)到能量供需的平衡的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)過程中通過改變建筑朝向、窗墻比，將建筑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)備、可再生能源與高效能源有效組合。通過可再生能源達(dá)到建筑能源供需的平衡，可以充分滿足用戶的舒適要求。

應(yīng)用雙向交叉平衡法達(dá)到超低能耗有3個(gè)主要技術(shù)特征：

（1）充分優(yōu)化被動(dòng)設(shè)計(jì)手段。（2）主動(dòng)優(yōu)化提高系統(tǒng)性能。（3）合理利用可再生能源。

3.3經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法

經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法即以能耗、舒適度和經(jīng)濟(jì)性3個(gè)指標(biāo)為導(dǎo)向，通過對(duì)建筑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以及有效利用周圍環(huán)境以及可再生能源，考慮經(jīng)濟(jì)可行性因素，不斷優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方法，直到找出使建筑物各項(xiàng)指標(biāo)滿足的設(shè)計(jì)條件的設(shè)計(jì)方法。該方法將3個(gè)指標(biāo)平行考慮，需要循環(huán)迭代的計(jì)算和定量的分析，在最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的同時(shí)滿足業(yè)主和用戶的需求。

應(yīng)用經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法達(dá)到超低能耗有3個(gè)主要技術(shù)特征：

（1）同時(shí)滿足3項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。（2）充分主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。（3）經(jīng)濟(jì)可行性分析。

4結(jié)語

推行超低能耗建筑是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。我國(guó)地域遼闊，各地建筑風(fēng)格迥異、資源不同、經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展不均。當(dāng)前不同氣候區(qū)域都已有超低能耗建筑示范項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上結(jié)合地區(qū)環(huán)境特色、因地制宜，探索分析適用于我國(guó)5個(gè)氣候區(qū)域的超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法勢(shì)在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 伍小亭.超低能耗綠色建筑設(shè)計(jì)方法思考與案例分析——以中新天津生態(tài)城公屋展示中心為例[J].建設(shè)科技，2014（22）：58-65.