嚴寒地區超低能耗綠色建筑關鍵技術體系構建

王婉，滕佳穎

（吉林建筑大學 經濟與管理學院）

隨著我國新型城鎮化的快速發展，對我國綠色建筑的節能減排又提出了新階段的高要求。國際上，建設被動式超低能耗綠色建筑是實現快速發展的關鍵路徑。由于我國嚴寒地區具有特殊的氣候特征，因此，需要依據現有的綠色建筑技術體系提出適合嚴寒地區超低能耗綠色建筑發展的新思路和新方法。

被動式超低能耗建筑又被稱為“被動式低能耗建筑”或者“被動房”，傳入我國時也被譯為“無源房屋”[1]，它起源于20世紀80年代的德國。1988年，瑞典隆德大學的阿達姆森教授和德國的菲斯特博士首先提出“被動式房屋”這一概念，他們認為被動房建筑是無需主動的采暖和空調系統就可以維持室內舒適熱環境的建筑[2]。國內專家學者也已對被動式超低能耗建筑的概念界定達成共識，認為利用氣候條件和自然特征，應用性能良好的圍護結構，附加高效的新風系統，充分利用可再生能源的低能耗建筑即為被動式超低能耗綠色建筑。

經驗證，國外的被動式超低能耗綠色建筑已經成為長壽命的建筑，也已獲得歐盟國家的認可，并開始實施立法，強行推動。但國內仍缺乏針對區域性尤其是嚴寒地區具有實踐意義的綠色建筑技術指導路徑。因此，探索被動式超低能耗綠色建筑的關鍵技術體系仍然是東北嚴寒地區發展綠色建筑的重要舉措。

2 被動式超低能耗綠色建筑研究現狀

結合我國氣候分區的不同特征，國內專家學者分別在理論、方法及應用實踐方面針對性地提出了適合不同氣候區域發展的被動式超低能耗綠色建筑的關鍵技術路徑。王學宛等[3]通過分析國內外超低能耗建筑設計方法相關研究，提煉了三種科學通用的超低能耗建筑設計方法——關鍵參數限額法、雙向交叉平衡法和經濟環境決策法。馮國會等[4]在對比了德國的被動式建筑技術體系及住房和城鄉建設部出臺的《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（建科[2015]179號）基礎上，圍繞近零能耗建筑圍護結構體系、建筑設備技術、高性能建筑能源系統、可再生能源建筑一體化設計、智能化控制、建筑室內空氣品質和熱濕環境控制等方面搭建了嚴寒地區近零能耗居住建筑示范平臺。陳小凈等[5]結合被動式超低能耗建筑的六大關鍵技術進行了實證研究。孫峙峰等[6]依據《被動式超低能耗綠色建筑技術導則（試行）（居住建筑）》對首批授予評價標識的全國19個項目的實際情況進行被動式超低能耗綠色建筑關鍵技術的應用水平和增量成本分布分析。陳強等[7]結合山東建筑大學實驗樓項目提出了寒冷地區被動式超低能耗綠色建筑的關鍵技術體系，為日后寒冷地區發展被動式超低能耗綠色建筑的發展路徑指明了方向。

3 嚴寒地區建筑的特征分析

GB 50352—2005《民用建筑設計通則》中對我國進行氣候區劃分，建筑氣候區劃包括7個主氣候區，20個子氣候區。東北地區按照建筑氣候分區屬于嚴寒地區，氣候特點是冬季嚴寒且持續時間長，夏季短促且涼爽，冬季冰凍期長，積雪后太陽輻射量大、日照豐富。全年施工周期持續8個月，一般從11月末至次年3月末為冬歇期，冬季供暖周期長，因此，該區的建筑物總體規劃與單體設計上需要滿足冬季日照和防寒保溫等關鍵要素，盡量加強建筑物的密閉性，合理利用太陽等自然能源的節能措施，建筑能耗主要以冬季采暖為主。

隨著國家城鎮化進程的不斷推進，東北嚴寒地區的建設項目陡增，建筑規模不斷擴大，同時包括大量的地下空間開發。以建筑節能視角來看，節能建筑的占比很小，被動式超低能耗的綠色建筑更是鳳毛麟角。門窗和屋面的保溫隔熱性能難以達到住宅建筑節能設計標準，與同緯度的發達國家相比能耗差值較大。據估算，單位能耗為同緯度發達國家的四倍到五倍，屋頂能耗為四倍左右，門窗能耗約為兩倍。因此，東北嚴寒地區的建設項目主要的問題是由于建筑圍護結構不合理而導致熱工性能較差，從而導致熱能耗與熱損失較多。隨著東北老工業基地地區經濟的發展，針對改善型住房與學位房的需求逐年增加，人們對居住環境的配套程度要求也逐年提升，建筑能耗方面更是面臨著新的挑戰。因此，探究適用于東北地區的建筑節能技術體系是各級政府及企業所密切關注的問題，也是綠色建筑領域亟需推廣的核心綠建技術。

4 嚴寒地區被動式超低能耗綠色建筑關鍵技術

我國嚴寒地區的綠色建筑大多停留在概念的階段，缺乏因地制宜的技術。嚴寒地區的綠色建筑設計要求較多，不僅需要滿足建筑一般特性，也要符合GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》等相關標準，并且需要與當地的地域特點以及氣候特征相結合。對于寒冷的東北地區來講，建筑節能分為建筑物自身節能和供熱系統節能兩個方面。本文從節地、節能和節水三方面分析構建嚴寒地區實施被動式超低能耗綠色建筑的關鍵技術。

4.1 節地

通過實際項目調研和專家經驗的融合，嚴寒地區節地措施的主要對象是室外道路、廣場和停車場，綠地面積為35%，植草磚面積為5%，透水混凝土面積為10%。由于嚴寒地區氣候寒冷且冬季約占全年時段的一半，因此，不建議采用屋頂綠化措施，但可以適當考慮鋪貼式墻體綠化、模塊化墻體綠化或者植物攀爬式墻體綠化。

4.2 節能

4.2.1 建筑規劃與設計

面對全球的能源環境問題，許多具有創新性的設計理念應運而生，如被動式建筑、零能耗建筑及綠色建筑等概念被廣泛推廣。在建筑規劃和設計時，根據氣候條件的影響及建筑物所在具體環境的特征，主要利用自然環境來創造良好的建筑室內氣候，盡量減少對各種電子設備的依賴。建筑的規劃與設計要符合合理的建筑形體設計，并充分利用建筑室外微環境來改善建筑室內微環境，主要通過建筑構件的結構設計和建筑內部空間的合理分隔設計得以實現。

4.2.2 建筑物圍護結構保溫隔熱系統

建筑物的圍護結構一般由屋頂、墻、地基隔熱材料、密封材料、門和窗以及遮陽設施構成。一般情況下，增加建筑圍護結構的費用僅占總投資額的3%～6%，節能卻高達20%～40%。構建建筑物的保溫隔熱系統是對建筑物采取良好的保溫隔熱的主要措施。外墻外保溫是嚴寒地區保溫效果最好、應用最廣泛的一種建筑保溫形式。保溫材料選擇主要考慮導熱率與燃燒特性，歐盟新研制的只允許單方向傳熱的熱二極管墻體可以產生良好的隔熱效果，也可以運用具有性價比高的熱工性能玻璃。外墻保溫厚度由所在氣候區一級基層墻體材料所控制，外墻保溫隔熱層厚度一般為23～40cm，屋頂保溫采用隔熱方式，也可采用反射降溫等方式。

4.2.3 節能窗戶

門窗在建筑中的作用是采光、通風和圍護，是最容易造成熱損失的構件，為增大采光通風面積，建筑物的門窗面積逐步增大，這就給建筑節能方面提出了更高的挑戰。對門窗構件的節能處理是通過改善保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能實現。目前推廣使用的新型環保節能窗戶有鋁合金斷熱型材、鋁木復合型材、鋼塑整體擠出型材、塑木復合型材以及UPVC塑料型材等一些技術含量較高的節能產品。

4.2.4 高效能暖通系統

隨著技術發展的不斷成熟，高效能的暖通空調系統是調節室內冷熱負荷的重要措施，如熱泵系統、蓄能系統和新風系統等。在使用中采用能源管理和監控系統雙輪驅動來監督和調控室內的舒適度、室內空氣品質和能耗情況，如歐洲國家通過傳感器測量周邊環境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態模型預測采暖和空調負荷，從而控制暖通空調系統的運行。針對嚴寒地區干燥的氣候特征，對暖通系統加設增加濕潤度的功能，使室內濕度達到舒適的指標。研究結果表明，使用不帶換熱功能的新風換氣系統可以節能30%，如果帶換熱功能，節能將高達80%以上。在德國，新風換氣系統已經與建筑物融為一體，成為不可缺少的重要組成部分。

嚴寒地區在冬季采暖期能耗上升，被動式超低能耗綠色建筑建議采用集中與分散供熱，合理使用地源熱泵系統等高效能暖通供熱系統，并接入溫度監測設備，實時調節室內溫濕度，因地制宜，為建筑物選擇合理的供熱空調方式。

4.2.5 建筑遮陽系統

建筑遮陽裝置一般分為外遮陽、內遮陽和位于兩層玻璃之間的中置遮陽。外遮陽應用最廣泛，適用于朝南、朝東和朝西的大面積窗戶及天窗處，既防止陽光直射，也阻擋室內溫度上升。內遮陽主要以防眩為主，遮陽為輔，適用于嚴寒地區，在防止陽光直射的同時，可以提高室內溫度。中置遮陽兼有內外遮陽的特點，一體性較強，不易損壞，但造價較高。通過不同遮陽裝置的組合使用，在夏季可以大大降低空調負荷，在冬季可以節省取暖能源。研究結果表明，利用遮陽技術，建筑物可節省約40%的能源。德國十分注重建筑遮陽技術的研發和應用，無論是辦公樓、商業建筑還是住宅樓，隨處可見遮陽裝置。

4.3 節水

嚴寒地區水資源匱乏，建議設置雨水收集系統收集屋面、地面以及綠地的雨水，用于用地紅線內的綠化灌溉和道路澆灑。GB 50400—2016《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》中規定雨水設計徑流總量公式：

式中，W為雨水設計徑流總量，m3；Ψc為雨水徑流系數；hy為年降雨量，mm；F為匯水面積，hm2。長春市年平均降雨量為570mm，可回收的雨水再利用可達每年約1000m3。

5 結語

本文通過對比總結出嚴寒地區在發展被動式超低能耗綠色建筑的技術重點是發展適合嚴寒地區建設發展的本地化關鍵技術體系。在試點示范項目的基礎上，進一步推進超低能耗的綠色建筑發展，為良好推進嚴寒地區超低能耗綠色建筑工作探索出適應本地的可持續發展道路。