被動式超低能耗綠色建筑節能系統與技術研究

武 濤

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

環境問題不僅僅是某個國家或者地區的問題，是全世界面臨的問題。目前，全國共有400 多億m2的建筑物，其中僅有1%為節約能源的建筑物，而全國新竣工的20 多億m2建筑物中，能夠被稱為“節能建筑”的還不到1 億m2。在我國的能源消耗結構中，建筑能源消耗約占了全社會能源消耗的1/3，這么大的比例使建筑耗能，已經成為中國經濟轉型與可持續發展不可忽視的限制因素。被動式超低能耗綠色建筑等系列節能系統，以及相關技術的問世，給建筑節能降耗難題的解決帶來轉機。為此，相關工作者應加大對此類建筑的研究和創新，推動低能耗建筑發展和應用，為人類社會和自然環境的可持續發展提供支持。

1 超低能耗建筑與綠色建筑

超低能耗建筑（圖1），主要指能適應氣候特征和場地條件的建筑，通過進行被動式的建筑設計以及采取積極主動的技術措施來最大限度地滿足建筑照明、供暖等方面的要求，極大提高了能源設備及系統效率，并最終使得建筑物室內環境參數及能效指標滿足《近零能耗建筑技術標準》及（GB/T 51350-2019）有關要求。

圖1 被動式超低能耗建筑

綠色建筑主要指全壽命過程中保護環境，減少污染，以及提供合適的使用空間等優質建筑，在實際使用時通常遵循因地制宜等原則進行，對于建筑的安全耐用、生活方便、節約資源和環境宜居的表現加以全面的考量，繼而達到人與自然和諧相處的目的。

2 超低能耗建筑與綠色建筑設計的主要內容

2.1 建筑總體設計

在進行總體建筑超低能耗的綠色設計過程中，必須要立足于全局規劃的視角，充分掌握建筑項目所在區域的地理條件以及氣候特征，針對性地進行日照輻射程度的設計，通過這種設計方式可以有效降低建筑對于傳統能源的依賴度。

2.2 建筑平面設計

為達到理想節能效果，在建筑平面設計中除應體現簡潔外，還應減少凹凸情況的發生，充分考慮到氣候緩沖等因素，把對溫度要求比較高的房間，設計到內部或者南側的位置上，達到優良的節能效果。

2.3 無熱橋的構造設計

作為超低能耗建筑設計中的關鍵內容，良好的建筑熱橋設計能夠保證建筑節能最終成果，在實際運行中應選用導熱系數小的材料，且在構造設計時，應降低保溫層兩側剛性連接的程度，以免破壞保溫層的完整性與連續性。

2.4 圍護結構設計

鑒于超低能耗建筑物圍護結構傳熱系數相對較低，圍護結構設計中應注意對保溫層厚度的控制，通常不應小于200 mm，并且設計的圍護結構要盡可能簡單，加入過多的裝飾會破壞結構的整體性，最終建筑施工和使用效果也會受到影響。

3 被動式超低能耗綠色建筑節能技術

3.1 新風換氣系統

第一，新風置換技術。新風置換機組通過負壓原理濾除空氣中污染物，從而保證室內空氣健康新鮮，不受霧霾等惡劣天氣的危害。在建設中，應根據項目具體情況，在各樓層設置800～1 200 mVh 的變頻器，以促進房間的通風效果。與CO2含量感應器、靜壓盒感應器及新風裝置相配合，使新風系統能隨著樓宇內的溫度變化而不斷調節，使樓宇內的相對濕度維持在40%～60%。經過該預處理后，新風能顯著降低其能量消耗，使其溫度上升或下降5 ℃左右，從而很好地解決了冬天低溫天氣下的防凍問題。

第二，新風熱回收。在進行新空氣循環替換的同時，在該系統中還設有全熱回收設備，可以將排風中的低品位能源，轉化為較低的采暖、降溫能耗。有關資料表明，此裝置可使建筑在冬天的時候，回收超過70%的全熱回收效率，而在夏天則可達80%以上。采用這種新型的全熱回收設備，既能減少機組的操作費用，又能減少新風系統的工作負載。另外，機組側方設有控溫裝置，可根據需要對送風溫度進行10～20 ℃的調節，最終降耗節能。

3.2 輻射采暖制冷技術

通過輻射的形式來對房間進行供暖，在保證同樣的舒適程度的前提下，房間的溫度的設計數值比常規采暖要低2～3℃，二次輻射和對流還能為房間帶來20%的熱能，在夏季，不需要與空調系統相連，只使用管道中的冷水進行循環，就能達到降溫的目的，這樣就可以發揮自然空調功能。在室內安裝溫度傳感器，就能夠根據室溫的不同自動調整回路內循環水量的大小，從而更節能。但需要指出，目前輻射供暖對用水的溫度有較高的需求（38～55 ℃），且其傳熱性能與管道中的熱介質流動密切相關，亟待提高。

3.3 太陽能空調系統

在建筑項目中，將太陽能空調系統用作冷熱源，能夠對建筑的冷卻、采暖和熱水提供等方面提供保障，從而降低了主動能源的消耗。從系統的應用情況看，用電量和五匹（制冷量約12.5 kW）空調在1 a 內運行時一樣多，有效地減少了建筑物在使用時的電量損耗。在夏天，該系統以光熱轉化驅動太陽能吸收式制冷劑制冷為主要內容，從其工作狀態來看，其每一次的能耗消耗量比制冷量高1.08～1.1。因此，本裝置在依靠天然資源的情況下，完全可以滿足室內空調的需要，并可以降低室內空調系統的夏天用電。在冬天，在屋頂上安裝橫向熱管型集熱器，使其在建筑物內部進行供暖，能夠有效改善常規集熱器在實際應用中效率低下的缺點，從而提高其瞬間效率，達到0.78甚至更高，并且在低輻射量的情況下還能在短期內開始工作。

3.4 外圍護保溫隔熱系統

第一，外墻保溫層。作為一種新型的節能型綠色建筑，外保溫材料作為其外部防護體系的一個關鍵部件，能夠極大地減輕建筑的空調、采暖等設施的負荷。在進行外保溫工程施工時，必須掌握各種保溫材料的各項參數，以選擇出具有最佳經濟性的外保溫材料，目前常見的玻璃性能參數如表1 所示。為防止各種類型的隔熱材料在應用過程中在板縫中形成熱橋，在鋪設時，采取兩個板子錯開半個板子縫貼的方法，在板子陰陽角進行錯茬。在此基礎上，將耐堿型的玻璃纖維網格布粘貼到建筑物的外部，避免各隔熱片材間的熱橋、冷橋的產生，減少了開裂問題的發生概率。

表1 各類玻璃的性能參數比較

第二，高效節能窗。門窗是建筑節能效果最重要的組成部分。為了降低門窗玻璃中流失的熱能就需要對玻璃生產原材料進行變革，或者對玻璃生產工藝進行改進來實現高效節能，同時也需要對玻璃的物理性能進行變革。項目建設中應用白玻、熱反射玻璃和Low-E 玻璃后發現，Low-E 的傳熱系數和遮陽系數都比較小。這說明Low-E 型玻璃在確保透光的同時，也起到了很好的節能作用。這是因為Low-E 玻璃可以過濾陽光，使之成為寒冷的光源，從而實現隔熱的目的。冬天時由于傳熱系數較小，Low-E 玻璃可降低熱量地向外傳播而實現隔熱，圖2 為三層LOW-E玻璃窗。

圖2 三層LOW-E 玻璃窗

3.5 自然采光系統

第一，光導管采光系統。從光導管采光系統應用現狀看，采用室外采光裝置可以高效地利用太陽光，同時經過導光裝置的加強，可采用漫射器在室內進行散射。經實際使用證明，該系統的使用率和透光率均大于90%，相關光導導管的反射率為99.8%。無論是陽光明媚還是下雨，都能保證室內的光線很好。就工程學而言，現存的這個體系主要應用在兩棟三層樓設計中，由于其自身結構復雜、造價昂貴，不宜用于高層住宅。第二，采光井。為了能夠有效地保證地下室的采光率，降低地下室的能耗，就需要重視對采光井進行優化設計。通過使用鋼筋混凝土板墻結構來進行采光井的側墻建設，保證其建設效果能夠符合使用要求。同時為了進一步提高地下室的防水效果，還需要完善進行防水處理。這樣不僅可以有效地將熱橋現象消除，還能夠實現防水目的（圖3）。在天井窗口的設計中，可將窗戶的形式設計成可開合的三玻兩腔，窗戶的外部框架為塑鋼結構，內部有一層中空和一層真空，中空處以氬氣體充填，不僅可以確保采光，而且起到了保溫的作用。可將露臺窗戶與地下照明管道照明系統相結合，為地下空間提供照明。通過進行這一窗口的設計，在白天，地下空間就不需要再使用額外的照明系統，僅僅依靠建筑的綠色節能設計，就能夠使地下室的光環境質量大幅度提升。

圖3 地下采光井

4 結束語

被動超低能耗綠色建筑是建筑業可持續發展的一個重要發展趨勢，也是我國生態文明社會發展的必然要求。采用被動式超低能耗綠色建筑技術，可以對建筑用能結構進行合理調節，繼而促進建筑能效的提高，對滿足人們對生活品質越來越高的要求有著非常現實的意義。所以這也要求相關的人員必須要重視對這一技術進行更加深入的研究，不斷提高其應用效果，從而進一步推動建筑行業的發展，使其能夠滿足當前對于綠色建筑項目的建設要求。