被動(dòng)式超低能耗建筑的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

徐舟

中天建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310000

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，被動(dòng)式超低能耗建筑作為一種節(jié)能建筑類型，可以逐步告別傳統(tǒng)式供暖供冷方式，充分利用建筑最原始的環(huán)境和性能，給人們帶來(lái)最大的效益，有效地節(jié)約各種資源和成本，同時(shí)也改善了人們的居住環(huán)境。為全面貫徹綠色發(fā)展和“雙碳”政策的戰(zhàn)略部署，在綠色、低碳方向上推進(jìn)新一輪能源變革，各地政府有關(guān)部門(mén)圍繞綠色建筑的理念，對(duì)發(fā)展被動(dòng)式超低能耗建筑作了相關(guān)部署。

1 被動(dòng)式低能耗建筑技術(shù)應(yīng)用基本原理

被動(dòng)式超低能耗建筑，簡(jiǎn)稱為被動(dòng)式建筑，是一種結(jié)合多種被動(dòng)、可再生能源技術(shù)，最大幅度降低能耗的綠色節(jié)能建筑，是國(guó)際建筑業(yè)積極倡導(dǎo)的綠色節(jié)能建筑。建筑物節(jié)能新理念是在80年代被設(shè)計(jì)出來(lái)的，它結(jié)合了環(huán)保技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和可循環(huán)再利用。建筑的能源消耗邊界主要有兩類，第一類是指建筑能量需求邊界；第二類邊界是指能源對(duì)于建筑的使用邊界，前者是建筑與室外環(huán)境進(jìn)行能量交換的場(chǎng)所。這些能耗主要產(chǎn)生于對(duì)能源的需求，即為建筑物所需要的電力、空調(diào)等能源系統(tǒng)提供需要的化石能源。建筑工程這兩種建筑邊界的實(shí)質(zhì)就是利用相關(guān)技術(shù)來(lái)滿足建筑的能量需求，可根據(jù)所采用的技術(shù)和實(shí)施方法來(lái)區(qū)分被動(dòng)式低能耗建筑。其主要目的是通過(guò)被動(dòng)式科技手段，使建筑物對(duì)能源的需求最小化，使建筑物對(duì)能源系統(tǒng)的依賴性降至最低，達(dá)到降低總能耗的目的。值得注意的是，這一技術(shù)旨在減少能源消費(fèi)的需求，而非增加能源供給[1]。

2 我國(guó)被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展面臨的問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)發(fā)展被動(dòng)式超低能耗建筑尚處于起步階段。工程實(shí)例主要集中在政府試點(diǎn)和示范工程建設(shè)中，且主要項(xiàng)目在北方嚴(yán)寒寒冷地區(qū)為主。在管理標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)理念、建設(shè)制度、運(yùn)行維護(hù)等方面都存在一些不足，在推廣和發(fā)展中面臨了不少問(wèn)題。

2.1 尚未完善的政策制度和標(biāo)準(zhǔn)

第一，我國(guó)還沒(méi)有建立健全建筑節(jié)能法律制度。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求還是比較低，而被動(dòng)建筑則沒(méi)有相關(guān)制度規(guī)定，應(yīng)完善落實(shí)被動(dòng)式超低能耗建筑相關(guān)政策。

第二，尚未形成完整的、被動(dòng)式超低能耗建筑理論體系和完整的技術(shù)體系。中國(guó)缺乏被動(dòng)設(shè)計(jì)、材料制造、建造、質(zhì)量控制、操作管理等方面的技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量監(jiān)督體系；缺乏適合我國(guó)國(guó)情和當(dāng)?shù)貧夂驐l件的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、監(jiān)管評(píng)價(jià)體系和咨詢服務(wù)體系。

第三，支持被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展的激勵(lì)機(jī)制不健全。在激勵(lì)政策上，國(guó)家缺乏鼓勵(lì)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)建設(shè)和消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)被動(dòng)房的優(yōu)惠激勵(lì)政策。

2.2 被動(dòng)式技術(shù)及集成技術(shù)尚不成熟

國(guó)內(nèi)被動(dòng)式超低能耗建筑的節(jié)能技術(shù)和能耗水平相對(duì)滯后。有關(guān)的理論、材料、技術(shù)和產(chǎn)品有待完善。

第一，設(shè)計(jì)實(shí)踐存在困難。受到實(shí)際環(huán)境條件、技術(shù)支持等因素的影響，人們對(duì)超低能耗建筑的技術(shù)特性知之甚少，還沒(méi)有形成系統(tǒng)的被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)理論。

第二，超低能耗建筑技術(shù)與裝配式建筑技術(shù)相結(jié)合不緊密。裝配式建筑在我國(guó)目前尚處于發(fā)展的初級(jí)階段。關(guān)于材料的制造，如滿足被動(dòng)式建筑技術(shù)要求的建筑材料、門(mén)窗、外保溫、新風(fēng)熱回收等關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品尚未成熟。

第三，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同有待深化，尚未形成集研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、產(chǎn)業(yè)跟蹤、運(yùn)營(yíng)為一體的產(chǎn)業(yè)鏈。

2.3 初始建設(shè)費(fèi)用高

被動(dòng)式超低能耗建筑初始投資比一般建筑物要高不少。在建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工三個(gè)階段，采用被動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)、保溫隔熱、密封性更好的綠色圍護(hù)、設(shè)備系統(tǒng)、基于氣候特點(diǎn)的被動(dòng)式施工方法，都增加了初期建設(shè)費(fèi)用。建筑每平方米需增加600～1000元。房地產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于初期投資過(guò)高，大部分開(kāi)發(fā)商都沒(méi)有考慮其整個(gè)生命周期的經(jīng)濟(jì)性，不愿采用被動(dòng)式建筑，這在很大程度上阻礙了被動(dòng)式超低能耗建筑的發(fā)展。

2.4 市場(chǎng)認(rèn)知誤區(qū)

針對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑市場(chǎng)的整體供需狀況，投資者和消費(fèi)者對(duì)其了解不夠，難以推廣應(yīng)用。在消費(fèi)者看來(lái)，被動(dòng)式技術(shù)要求高、造價(jià)高、難度大；消費(fèi)者認(rèn)為這種建筑是一種“奢侈品”，高成本抑制了需求。鑒于被動(dòng)式超低能耗建筑在建筑全壽命周期中的綜合效益，提高社會(huì)對(duì)建筑的認(rèn)知度是亟待解決的問(wèn)題[2]。

3 被動(dòng)式超低能耗建筑的相關(guān)技術(shù)分析

3.1 保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)

對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑而言，不透光保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)在0.15W/（m2·K）以內(nèi)，對(duì)于南方非嚴(yán)寒地區(qū)，可適當(dāng)放寬。計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮其年冷、熱負(fù)荷和能耗。此外，還應(yīng)考慮通過(guò)自然通風(fēng)、冬季太陽(yáng)能供暖和各種制冷能耗來(lái)增加建筑室內(nèi)熱量，切實(shí)控制建筑能耗。科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的確定應(yīng)以保溫材料厚度均勻?yàn)榛A(chǔ)。在施工過(guò)程中要求施工人員根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)建筑物外墻外保溫層使用的多層保溫材料進(jìn)行適宜的斷熱橋錨栓。避免因出現(xiàn)熱橋效應(yīng)，而使得保溫層內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)露結(jié)霜的情況，影響整體保溫性能。

3.2 無(wú)熱橋結(jié)構(gòu)

無(wú)熱橋結(jié)構(gòu)是被動(dòng)式超低能耗建筑的關(guān)鍵技術(shù)之一。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量取消外挑結(jié)構(gòu)，線性熱橋在建筑設(shè)計(jì)中要與結(jié)構(gòu)層相連接。需要將建筑無(wú)熱橋和被動(dòng)建筑設(shè)計(jì)理念結(jié)合起來(lái)，嚴(yán)格地控制外立面凹凸。無(wú)熱橋結(jié)構(gòu)在被動(dòng)式超低能耗建筑保溫施工中，應(yīng)注意與建筑的陰陽(yáng)角相結(jié)合，選擇具有良好保溫性的材料，在所有窗框覆蓋的基礎(chǔ)上，結(jié)合錯(cuò)縫搭接，杜絕通縫問(wèn)題，提升保溫效果。保溫材料需用對(duì)女兒墻進(jìn)行全包裹，保溫厚度與墻體保溫厚度一致。對(duì)于室外流水管、空調(diào)機(jī)支架等，還要通過(guò)隔熱材料與基層墻體做分隔，同時(shí)使用密封石膏、專用膠帶等對(duì)支架穿保溫層部分的縫隙進(jìn)行封堵。

3.3 被動(dòng)式門(mén)窗

對(duì)于被動(dòng)式超低能耗建筑，需要設(shè)計(jì)理念一致的門(mén)窗，即被動(dòng)門(mén)窗。此類門(mén)窗的傳熱系數(shù)不超過(guò)1.0W/（m2·K），被動(dòng)窗玻璃傳熱系數(shù)在0.8W/（m2·K）以內(nèi)，其中太陽(yáng)得熱系數(shù)大于0.45，選擇性透射系數(shù)大于1.25，非寒冷地區(qū)可適當(dāng)放寬。這就是說(shuō)，這種超低能耗門(mén)窗必須具有良好的室內(nèi)采光和通風(fēng)，超低的建筑能耗和良好的保溫隔熱性能。如果是特殊的超低能耗建筑，則可適當(dāng)增加南北面的面積，以便冬季盡可能多地得到陽(yáng)光，減少室內(nèi)供暖消耗；對(duì)于東西向窗戶，需要適當(dāng)縮小面積。被動(dòng)式門(mén)窗不同于傳統(tǒng)門(mén)窗，其安裝方式多采用外懸式，即在建筑物的外圍掛門(mén)窗，并用保溫層將窗框完全包覆，既與無(wú)熱橋結(jié)構(gòu)要求相符，又能有效提高建筑氣密性。此外，實(shí)際安裝門(mén)窗框體被動(dòng)安裝時(shí)，還須將門(mén)窗框體與洞口間產(chǎn)生的縫隙全部用膨脹密封膠帶封住門(mén)窗框體與洞口之間的縫隙，門(mén)窗框體內(nèi)側(cè)與外側(cè)分別牢固貼防水隔汽膜和防水透氣膜，以進(jìn)一步提高門(mén)窗防水隔熱性能和隔聲性能。

3.4 新風(fēng)系統(tǒng)

對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑來(lái)說(shuō)，自然透風(fēng)是不夠的。還要有良好的通風(fēng)系統(tǒng)。為了有效地控制新風(fēng)能耗，在具體建設(shè)項(xiàng)目中，新風(fēng)系統(tǒng)的熱能利用率應(yīng)達(dá)到75%以上。具體新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保各房間送風(fēng)量相互獨(dú)立。在室內(nèi)設(shè)計(jì)某處回風(fēng)氣流組織時(shí)，應(yīng)充分利用門(mén)下1～2cm的間隙，避免采用直角彎頭，在簡(jiǎn)化管路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，盡量減小系統(tǒng)阻力。另外，還可在新風(fēng)系統(tǒng)中安裝F7過(guò)濾器，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。冬天寒冷時(shí)，要保證新風(fēng)的出風(fēng)口溫度在17℃以上，新風(fēng)系統(tǒng)也要配備除濕裝置。在被動(dòng)式超低能耗設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，在降低建筑能耗的同時(shí)，真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的生態(tài)環(huán)保[3]。

4 被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

第一，發(fā)展被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)是對(duì)現(xiàn)有建筑技術(shù)的有效補(bǔ)充。因我國(guó)地域遼闊，地區(qū)間氣候差異較大，建筑室內(nèi)環(huán)境差異大，使超低能耗建筑難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為此，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)被動(dòng)超低能耗建筑技術(shù)的研究，通過(guò)增加人力、物力、資財(cái)力，使相關(guān)技術(shù)更加完善。與此同時(shí)，建筑設(shè)計(jì)者和施工人員也要樹(shù)立超低能耗建筑的設(shè)計(jì)和施工理念，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的利用，靈活使用各種保溫材料，優(yōu)化建筑保溫圍護(hù)性能、加強(qiáng)非熱橋等結(jié)構(gòu)形式，積極利用各種低能耗可再生先進(jìn)技術(shù)，更好地為被動(dòng)超低能耗建筑設(shè)計(jì)服務(wù)。堅(jiān)持因地制勢(shì)，結(jié)合不同地區(qū)氣候特點(diǎn)，制定不同的操作規(guī)程和操作程，使設(shè)計(jì)與施工更加規(guī)范化以及標(biāo)準(zhǔn)化。

第二，發(fā)展改進(jìn)現(xiàn)有材料的性能。為了有效降低建設(shè)成本，今后應(yīng)大力開(kāi)發(fā)更多高質(zhì)量、高性能的建筑節(jié)能材料。采用原材料就地取材，降低運(yùn)輸成本，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目成本的控制。國(guó)家鼓勵(lì)和認(rèn)可被動(dòng)式超低能耗建筑，并引導(dǎo)各類組織、科研機(jī)構(gòu)、施工企業(yè)、材料加工企業(yè)進(jìn)行合作，共享資源優(yōu)勢(shì)。堅(jiān)持先進(jìn)的材料技術(shù)導(dǎo)向，自主開(kāi)發(fā)更多高質(zhì)量的材料和產(chǎn)品。與此同時(shí)，我國(guó)還應(yīng)與國(guó)際質(zhì)量管理體系接軌，建立被動(dòng)超低能耗建筑材料和相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量認(rèn)證體系，確保施工嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)，降低不良后果。

第三，發(fā)展被動(dòng)式超低能耗建筑是響應(yīng)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略，落實(shí)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)理念的必然要求。被動(dòng)式超低能耗建筑無(wú)論是在建筑設(shè)計(jì)上，還是材料使用上，或者理念的體現(xiàn)上，都體現(xiàn)了 “雙碳、節(jié)能、綠色”的生態(tài)可持續(xù)建筑新理念，是當(dāng)下降低能耗改善環(huán)境的必然要求，也是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和應(yīng)用，掌握設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)，把握超低能耗建筑設(shè)計(jì)發(fā)展方向，是一項(xiàng)非常緊迫、具有重要意義的工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

被動(dòng)式超低能耗建筑采用高性能保溫圍護(hù)、建筑結(jié)構(gòu)、被動(dòng)門(mén)窗、新風(fēng)系統(tǒng)等諸多技術(shù)措施，對(duì)降低建筑能耗、改善建筑綠色性能、促進(jìn)生態(tài)節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。雖然此類建筑及相關(guān)技術(shù)在目前發(fā)展中還存在不足，但未來(lái)我國(guó)還將繼續(xù)加大被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)的研究，不斷提高建筑技術(shù)水平，重視加強(qiáng)本土建筑材料質(zhì)量性能的優(yōu)化與完善，使被動(dòng)式超低能耗建筑及其關(guān)鍵技術(shù)得到更好的發(fā)展，可以更好地應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。