淺談超低能耗被動(dòng)式建筑的智能化設(shè)計(jì)

齊敏霞，滿春華，孫朝霞

（山東中大建筑設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)技術(shù)主要通過(guò)使用各種被動(dòng)式節(jié)能手段與部分高效節(jié)能技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)能源資源的低消耗。被動(dòng)式節(jié)能手段的能源對(duì)象是自然通風(fēng)、自然采光、太陽(yáng)能輻射等，被動(dòng)房建筑是一種更加高標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能建筑，因此，被廣泛的應(yīng)用到諸多建筑體系中。要從智能化控制的角度分析超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)。智能化專業(yè)作為附屬專業(yè)，要做好超低能耗被動(dòng)式建筑的智能化設(shè)計(jì)，首先要了解超低能耗被動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)。

2 超低能耗被動(dòng)式建筑智能化設(shè)計(jì)

2.1 超低能耗被動(dòng)式建筑的整體設(shè)計(jì)

“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”是超低能耗建筑的總原則，以能耗目標(biāo)為導(dǎo)向的性能化設(shè)計(jì)原則貫穿規(guī)劃、設(shè)計(jì)全過(guò)程。

在設(shè)計(jì)超低能耗被動(dòng)式建筑時(shí)，首先進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，因地制宜地利用天然采光、自然通風(fēng)、建筑遮陽(yáng)、建筑蓄熱等措施。滿足建筑功能空間布置、設(shè)計(jì)美學(xué)、建造成本等要求的前提下，盡量利用被動(dòng)式建筑的各種智能化設(shè)計(jì)手段，降低建筑能耗，能夠更加有效地利用太陽(yáng)能、地?zé)岬雀鞣N能源。結(jié)合能源消耗最低的原則，確保在設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)深入貫徹落實(shí)超低能耗設(shè)計(jì)理念，打造智能建筑。通過(guò)建筑能耗模擬分析對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化后確定。

2.2 合理設(shè)計(jì)建筑平面布局及空間布局

設(shè)計(jì)建筑平面以及空間的布局結(jié)構(gòu)，在滿足建筑使用功能的前提下，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行建筑平面布局、建筑朝向、體形系數(shù)、采光遮陽(yáng)、開窗形式、窗墻比、建筑空間組織、建筑熱惰性指標(biāo)等的智能化設(shè)計(jì)。

建筑造型應(yīng)規(guī)整緊湊，避免凹凸變化和裝飾性構(gòu)件，減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，保持較小的體形系數(shù)。

單體建筑的平面設(shè)計(jì)應(yīng)有利于自然通風(fēng)和冬季日照。建筑的空間組織和門窗洞口的設(shè)置并有利于組織穿堂風(fēng)，實(shí)現(xiàn)過(guò)渡季和夏季利用自然通風(fēng)帶走室內(nèi)余熱。

在低能耗智能化建筑中，建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房間宜避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向，同時(shí)考慮光照條件和通風(fēng)條件。

合理的建筑間距，可以使后排建筑躲避冷風(fēng)襲擊，同時(shí)借助高層建筑擋風(fēng)作用，把高層建筑背對(duì)著冬季風(fēng)向，有效降低冬季供暖能耗。

窗墻面積比應(yīng)通過(guò)性能化設(shè)計(jì)方法經(jīng)優(yōu)化分析計(jì)算確定，既要從全年氣候特點(diǎn)出發(fā)考慮窗墻面積比對(duì)建筑供熱供冷需求的影響，同時(shí)應(yīng)兼顧開窗面積對(duì)自然通風(fēng)和采光效果的綜合影響。

外窗一般采用三層玻璃、Low-E 膜層、填充氣體、邊部密封、型材材質(zhì)、截面設(shè)計(jì)及開啟方式等。外門和戶門均應(yīng)采用保溫密閉門。

建筑平面布局以及空間布局要以方便設(shè)備安裝，盡量設(shè)計(jì)出最優(yōu)管線道路，以減少管材使用量，從而可以降低能源損耗。在超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，一般選擇安裝一體式的通風(fēng)設(shè)備，這種通風(fēng)設(shè)備能夠通過(guò)一個(gè)管道系統(tǒng)將風(fēng)傳送到各個(gè)空間中，能夠減少材料使用和管道系統(tǒng)耗能。

2.3 做好保溫層和氣密層設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)超低能耗被動(dòng)式建筑的保溫層和氣密層時(shí)，要確保連續(xù)設(shè)計(jì)保溫層和氣密層。在設(shè)計(jì)時(shí)可以是重合設(shè)計(jì)，也可以分離設(shè)計(jì)。不同材料構(gòu)成的氣密層連接處必須妥善處理以保證氣密層的完整性；另一方面要做好各種管道間隙的封堵。

依據(jù)被動(dòng)式建筑空間設(shè)計(jì)范圍的要求可知，只有同時(shí)包裹在保溫層和氣密層內(nèi)的空間才能作為被動(dòng)式空間進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循氣密層和保溫層的一般布置原則，要確保在保溫層內(nèi)側(cè)且不穿過(guò)保溫層的位置設(shè)置氣密層。要不斷精簡(jiǎn)保溫層和氣密層的設(shè)計(jì)步驟，確保幾何形體穩(wěn)定。根據(jù)保溫層空間要求，在超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將建筑結(jié)構(gòu)納入保溫層內(nèi)的，主要包括臥室、客廳、餐廳、廚房等用來(lái)起居且居民較長(zhǎng)期間活動(dòng)在其中的建筑結(jié)構(gòu)，依據(jù)這個(gè)原則，走廊、樓梯間以及單元門等等則不應(yīng)該計(jì)入氣密層。

2.4 熱橋設(shè)計(jì)

超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)，采用無(wú)熱橋設(shè)計(jì)。熱橋的設(shè)計(jì)需要盡可能地尋找出所有熱橋部位，并計(jì)算出熱橋系數(shù)并判斷被動(dòng)房建筑是否符合無(wú)熱橋設(shè)計(jì)要求。

2.5 可再生能源的利用

充分利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源的自給自足是被動(dòng)房的一大特點(diǎn)，太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能熱水、地源熱泵，光導(dǎo)照明等技術(shù)被廣泛應(yīng)用在被動(dòng)房上。

3 智能化超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)

3.1 BAS系統(tǒng)的能耗監(jiān)測(cè)

BAS系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)建筑物能耗系統(tǒng)的全參數(shù)、全過(guò)程集中管理和控制，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能運(yùn)行管理功能。

BAS能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑各個(gè)部位的溫度變化，對(duì)典型戶型的供暖供冷、照明及插座的能耗進(jìn)行分戶計(jì)量，實(shí)時(shí)采集智能電表、水表和氣表數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)焦芾碇行模芾碇行膶?duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析并上傳到上級(jí)能耗監(jiān)測(cè)中心。

溫度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化管理，為精確控制中央空調(diào)的開關(guān)機(jī)時(shí)間及溫度提供可靠依據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)門窗狀態(tài)，嚴(yán)禁開門、開窗的狀態(tài)下使用空調(diào)或供暖設(shè)備。

智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)施監(jiān)測(cè)室內(nèi)的照度，調(diào)節(jié)光的亮度。智能控制燈的開閉，人來(lái)燈亮、人走燈滅。

智能家居控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制窗簾、的開閉、電視機(jī)、空調(diào)等的遠(yuǎn)程遙控。

3.2 新風(fēng)系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)

高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)配合先進(jìn)的智能建筑控制系統(tǒng)，提供舒適健康的室內(nèi)環(huán)境。

高效熱回收新風(fēng)機(jī)，向室內(nèi)輸送新鮮空氣的同時(shí)，還起到供暖、供冷、除濕、加濕、除霾的作用，BAS系統(tǒng)嚴(yán)格控制風(fēng)速和出風(fēng)溫度，兩側(cè)過(guò)濾網(wǎng)除霾效果可達(dá)90%，可以營(yíng)造舒適、安靜、健康的室內(nèi)環(huán)境。高于75%的熱回收效率可極大降低供暖制冷的能耗，可有效提高室內(nèi)舒適度和健康度。

BAS系統(tǒng)控制能夠控制新風(fēng)系統(tǒng)按照國(guó)家相關(guān)要求來(lái)確保人均新風(fēng)量，以保障新風(fēng)量能夠滿足居民使用要求。

4 被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)中的施工技術(shù)質(zhì)量控制

超低能耗被動(dòng)式建筑的施工技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)外墻和屋面開口的控制，要及時(shí)制定完整的施工方案，以有效處理開口部位，避免其對(duì)氣密層的整體效益產(chǎn)生不良影響。智能化專業(yè)在一般項(xiàng)目中介入時(shí)間較晚，往往存在后期打洞的情況，為了避免對(duì)整體建筑產(chǎn)生不良影響，在被動(dòng)式建筑的建設(shè)過(guò)程中，智能化應(yīng)與建筑同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工。

5 結(jié)語(yǔ)

智能化系統(tǒng)能為使用者創(chuàng)造安全、舒適、高品質(zhì)的建筑環(huán)境，這與超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)的目的完全吻合。在進(jìn)行超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)超低能耗被動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)工作都要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程，并且設(shè)計(jì)出相關(guān)的圖紙，為具體的超低能耗被動(dòng)式建筑的施工工作提供直觀的參考，并不斷提高超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性，以促進(jìn)超低能耗被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)工作在我國(guó)建筑行業(yè)中的深度應(yīng)用。

[1]韓小霞,范天剛,韋古強(qiáng),胡從川.超低能耗被動(dòng)式建筑可再生能源應(yīng)用方案分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2016（35）：12-13.

[2]祝侃,劉曉靜,許超.江蘇省超低能耗被動(dòng)式建筑技術(shù)應(yīng)用分析[J].建筑節(jié)能 ,2016（44）：10-11.