超低能耗技術在綠色建筑中的應用研究

梁雪瑩

（天津市天勘建筑設計院，天津300191）

1 引言

保護環境、節約能源是實現經濟可持續發展的有效途徑，也是為人們創造健康、安全、舒適的工作和生活環境的關鍵。由于工程建筑行業相較于其他行業能耗高，污染嚴重，因此，有必要在建筑行業中加大使用清潔、超低能耗技術，以解決能源短缺和環境污染問題[1]。我國提出環保問題后，建筑行業開始積極實施創新改革，研發了大量成熟的綠色節能技術。本文以華北地區的建筑設計為例，介紹了超低能耗技術在綠色建筑中的應用要點，希望能為低能耗技術在綠色建筑中的應用研究提供一些參考。

2 充分利用自然能的被動式建筑設計

合理利用空間布局，根據建筑物的結構特點和主體細節優化建筑的室內環境是被動式建筑設計的關鍵。在被動式建筑設計中，應注意以下要點：（1）進行建筑物的功能布局規劃時，應先合理規劃和設計建筑物的外觀和朝向，以充分利用自然光和自然通風，這樣可以促進夏季通風，冬季防寒。（2）合理設計頂層的日光窗、天窗、露臺等，如果條件允許，建議在建筑內部安裝抽風天井，以促進建筑內部的通風。（3）建筑物朝南方向的墻體應設置尺寸較大的透明窗戶，以便于室內白天采光，從而減少電子照明設備的使用，減少對電能的消耗，而且可以有效提升建筑室內空間的舒適度[2]。（4）設計建筑物時，還必須考慮獨特的遮陽外觀，根據數據詳細計算從夏至到冬至期間當地的日照高度，以確保房間具有充足的自然光和適當的遮光效果。（5）在室外設計中，要充分利用植物美化環境，還可以設置景觀美化池，對室外氣候進行一定的調節。

3 優良節能的圍護結構保溫隔熱技術

完成超低能耗建筑設計的關鍵之一是要進行合理的圍護結構設計，以顯著減少建筑物的采暖和制冷負荷。另外，應合理利用建筑的空間布局，根據建筑物的結構特點進行室內結構的被動式設計。我國華北地區四季分明，夏季炎熱，華北地區建筑的空調能耗明顯高于冬季。因此，低能耗建筑的圍護結構設計應以夏季的熱導率為重點，而冬季則更多地需要考慮建筑圍護結構的隔熱性。通常情況下，圍護結構最薄弱的部分是門窗和冷橋。其中，門窗面積約占建筑圍護結構總面積的30%，門窗能耗約占建筑圍護結構熱損失的50%。因此，提高外門窗的隔熱性能對于超低能耗建筑至關重要。

3.1 外墻

根據項目的實際情況，華北地區建筑的外墻可以采用外墻保溫系統，該系統將自保溫和內部保溫有機地結合在一起。進行設計時，應精確計算和分析隔熱系統的各項參數，以合理選擇保溫材料，并滿足圍護結構的耐候性、抗風荷載性以及冬季抗融冰性的要求。建議在外墻使用淺色材料或絕緣反射涂料[3]。在外墻設計過程中，還應對冷橋組件進行適當處理，以提高其蓄熱和節能性能，以最大限度地減少冷橋對建筑耗能的影響。另外，建議盡可能使用雙層外墻圍護結構，并在外墻內部使用可移動的模塊化隔熱墻。該結構在夏季和季節過渡期可以折疊起來，促進室內空間的散熱；冬季可以將其覆蓋在外墻表面，增加外墻的厚度，從而提高外墻的隔熱性能，室內的自由溫度也會升高，減少采暖能耗。需要注意的是，華北地區建筑外墻的傳熱系數平均值不應超過0.40 W/（m2·K）。

3.2 樓板

建筑設計中，豎直方向和水平方向的噪聲干擾一直是熱門問題。建筑聲環境的質量直接影響著人們的日常生活質量和身心健康。因此，樓板可以采用具有隔熱和隔音作用的浮動樓板，這樣地板的沖擊聲隔音可以提高到65 dB，有效解決了上下樓層的噪聲問題，顯著提高生活質量。需要注意的是，華北地區建筑樓板的傳熱系數不應超過0.55 W/（m2·K）。

4 充分利用可再生能源

4.1 地源熱泵

地熱泵系統的能效比高于空氣源熱泵的能效比。華北大部分地區夏季炎熱，冬季寒冷。夏季的熱負荷通常比冬季的熱負荷高很多。同時，冬季從源頭來的水溫波動要遠小于夏季[4]。地源熱泵在冬季時的工作效果極好，但是考慮到冬季和夏季埋管的熱平衡，建議使用冷卻塔作為輔助設備，因為夏季埋管的冷卻負荷最高。為了使熱泵的效率最大化，地熱源通常使用土壤和冷卻塔作為冷熱源。在夏季，將地源熱泵和冷卻塔系統用作冷熱源，其向地下管道系統提供的熱量傳遞可以平衡地下熱場并防止熱量積聚；在冬季，將地源熱泵用作系統維護的熱源，所需的熱量由其在夏季傳遞的熱量提供。并且冷卻塔可以實時啟動，使用方便。

4.2 太陽能

在常見的使用太陽能的方法中有被動式和主動式2 種。常見的被動式太陽能系統是太陽能房頂和太陽能煙囪。太陽能煙囪中，壁掛式太陽能煙囪應用較多，能夠使屋內夏季通風良好。其在夏季的原理為：室內空氣從儲熱壁的下部進入太陽能煙囪通道，被儲熱壁加熱，逐漸上升，最后通過上部開口排到室外。冬季的工作原理與夏季相同。但是，操作條件截然相反：外部冷空氣進入太陽能煙囪通道后，被集熱壁加熱，然后空氣溫度上升，并通過集熱壁的上部入口進入房間以進行通風和加熱[5]。

在很多具有玻璃幕墻以及遮光板等結構的建筑屋頂安裝有集成的太陽能系統。通過合理的建筑設計，可以最大限度地利用太陽能板收集太陽能，然后根據建筑需要，將太陽能轉換為其他形式的能源，減少對不可再生能源的應用，充分利用清潔能源，減少對環境的影響。例如，光伏發電系統可以用于建筑物的室內和室外照明，有效減少建筑對傳統能源的需求。

5 結語

基于我國在綠色建筑建設方面的努力，人們對健康環境的概念有了新的認識，如綠色能源、節能減排等，均是實現綠色建筑的可行途徑。并且各行各業還開始引入“綠色管理”，全面實施“被動優先，積極優化，可持續發展，經濟實用”的建筑理念。超低能耗綠色建筑必須充分利用空間布局、建筑結構和主體建筑的細節，以確保室內環境的舒適度，還要充分考慮建筑所在地的氣候特征和經濟成本，在實現綠色建筑建設的同時，減少總成本，促進綠色建筑的可持續發展。