被動式超低能耗建筑研究與探討

吳曉燕

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，唐山 064000）

1 前言

在城市化發展過程中，逐漸擴大了建筑行業的發展規模。因為傳統建筑施工能耗較高，同時會發生污染問題，這不符合建筑行業綠色環保的發展目標。為了實現建筑的多種功能，對施工技術提出了較多的要求。為了最大限度上滿足人們對于建筑的需求，需要在建筑行業中融合節能減排理念。設計和施工單位需要統籌規劃自然環境和人文環境，保障城市建筑的綜合效益，實現節能環保的發展目標。近些年，在建筑行業中開始廣泛利用被動式超低能耗建筑施工技術，這項技術具有綠色節能優勢，有利于節省建筑行業的建設能耗。同時通過利用各種環保材料和節能降耗技術等，增強了建筑使用的安全性和舒適度，也提高了人們對于建筑的滿意度。

2 被動式超低能耗建筑

被動式超低能耗建筑指的是綜合利用天然條件和建筑環境特點，建立科學的設計方案，合理配置施工材料和能源，自動化調節和平衡建筑能量，從而在最大限度上降低建筑能耗。被動式超低能耗建筑無需輸入外部能源，主要是利用高效隔熱和自然通風等措施，提高自然能源和環境條件的利用效果，合理減少能耗。正是因為被動式超低能耗建筑具有較多的優勢，因此相關部門需要加大研究力度。本文主要分析了被動式超低能耗設計原則和實現技術，結合相應的工程案例推廣建設被動式超低能耗建筑，有利于節省整體建筑能耗，保障建筑企業的綜合效益，符合我國當前倡導的節能環保發展目標。

3 概述被動式超低能耗建筑技術

利用被動式超低能耗建筑技術，施工單位需要綜合分析當地氣候條件和水文條件以及地形條件等。例如在實際施工中合理選擇圍護結構，使其具備保溫隔熱作用和氣密性等，可以降低整體建筑能耗，保障室內環境的舒適度。通過利用被動式超低能耗建筑技術，一方面可以優化住戶使用體驗，另一方面可以降低建筑能耗[1]。例如在設計建筑的過程中，通過建設外墻保溫系統，根據普通建筑節能規范進一步升級建筑能耗標準，通過完善保溫系統，可以增強熱阻隔作用，保障室內溫度的穩定性，控制溫度變化在小幅度范圍內，在實現建筑節能降耗目標的同時提高建筑居住過程的舒適度。

針對傳統的建筑工程，為了優化建筑居住效果，在室內配置了暖氣和空調等設備，避免因為季節變化導致住戶產生不適感。但是這種人為干預方式將會消耗較多的能源，同時會污染周圍環境。而利用被動式超低能耗建筑技術，可以有效銜接人文環境和自然環境，充分利用自然資源，合理選用節能環保材料和綠色施工技術等，保障建筑后續應用的舒適性。在設計被動式超低能耗建筑的過程中，通過提高內飾面層水蒸氣滲透阻力，有效控制建筑室內外冷熱交替，提高外飾面層的水密性，減小水蒸氣滲透阻力，可以避免雨水滲入墻體，同時可以排除室內的濕氣。利用被動式超低能耗建筑技術的過程中，應綜合考慮當地氣候條件和地形條件等，并且結合住戶需求，合理選擇利用各項節能環保材料和設備，有利于控制光線輻射，并且對室內射入的陽光進行柔化處理，避免因為室內外溫差增加建筑能耗。

4 被動式超低能耗建筑設計原則和技術措施

施工現場的經濟條件和文化發展情況等都關系到被動式超低能耗建筑設計工作，設計人員在設計之前需要重視可再生能源的利用，根據相關規定充分利用各種能源，這樣才可以滿足建筑節能環保的目標[2]。通過利用被動式超低能耗建筑，有利于保障建筑使用的舒適性，保障整體工程的綜合效益，帶動整體建筑行業健康發展。針對傳統的建筑設計，施工單位利用過多的人工干預方式，例如利用各類供暖設施和空調等，調節建筑環境，雖然也可以在一定程度上滿足人們的需求，但是會增加建筑能耗。而利用被動式超低能耗建筑設計方案，主要是挖掘自然資源的使用價值，例如利用通風措施等調節室內溫度。此外可以結合居住環境和自然環境，根據相關規定合理利用自然資源，降低建筑的能耗，同時不會嚴重破壞周圍環境。最佳的居住環境溫度為18℃～26℃，如果溫度較低，可以利用太陽能資源，從而提高室內溫度；如果溫度過高，可以利用自然通風方式，從而提高人們居住的舒適度。

5 被動式超低能耗建筑技術應用措施

本項目位于河北省唐山市朱莊子、王莊子回遷安置房項目C-1 地塊內10#，建筑面積約2262.32㎡，其中一層1081.4㎡，二層1180.92㎡；建筑高度：7.50m，體形系數0.403，朝向：北偏東31°，結構類型為鋼筋混凝土現澆框架結構，使用功能為社區配套用房。

5.1 充分利用自然能源

利用被動式超低能耗建筑技術，需要靈活利用自然環境和自然資源，例如需要轉化利用太陽能和風能以及雨水等資源。在利用太陽能的過程中，在建筑頂部安裝太陽能電池板，負責轉化太陽能為電能，為建筑各項電力設備的運行提供電力資源；在UPS 系統的供電部分利用太陽能，可以補充主電路，不斷向應急燈等設施提供電力資源，節省建筑電能消耗量。可以利用太陽能加熱熱水器中的水，這種加熱方式具有清潔性和低能耗等優勢，可以節省住戶電能消耗[3]。此外，要注意回收利用雨水資源，因為雨水的潔凈度相對較高，同時包含較少的雜質，通過修建雨水收集平臺，可以攔截和存儲雨水，避免雨水直接進入到排水管道，再利用沉淀等處理措施，在綠化和馬桶沖水等方面利用，節省用水量。

5.2 保溫施工

通過優化設計建筑保溫系統，可以降低建筑熱量消耗，減少室外因素的干擾。在保溫施工中利用被動式超低能耗建筑技術，主要是針對內外墻和屋頂等施工項目，施工單位要著重選擇環保、節能的保溫材料，例如可以利用無機保溫膏料等。同時需要控制保溫材料使用數量，例如優化設計材料使用面積和輻射厚度等，節省工程材料方面的投入。設計保溫系統的時候，需要優化設計外墻保溫和隔熱散熱的作用，在隔熱散熱設計過程中，可以設計通風墻，或者在墻面選用垂直綠化方式，優化室內通風效果，此法適用于南方建筑工程。而本工程位于北方地區，主要是控制室內熱量損失，因為室外氣溫較低，在墻體夾層中可以利用苯板復合材料，從而控制建筑熱量損耗。此外，需要針對屋面和地面等采取通風隔熱設計工作，可以在建筑頂部種植綠色植物，對于陽光直射起到阻礙作用。還可以在屋面施工中利用金屬夾芯隔熱材料，可以減少散失室內熱量。

本項目外墻采用石墨聚苯板薄抹灰系統，石墨聚苯板厚度200mm，淺色涂料飾面，主斷面傳熱系數0.135W/（m2·K），平屋面保溫板采用分層錯縫粘貼做法，避免出現通縫。保溫總厚度250mm，主斷面傳熱系數為0.124 W/（m2·K）。屋面設置有兩層防水，底層防水位于保溫板下面覆蓋屋面和女兒墻內側墻體，上層防水位于保溫板上部，找平層上面覆蓋屋面及女兒墻頂部。

5.3 外窗施工

被動式超低能耗建筑的外窗結構主要是利用雙層結構，內部利用純木制里框，外框利用鋁包木形式，在二者之間充入保護氣體，可以發揮出隔熱、降噪等作用，同時可以對壓力沖擊發揮出抵抗作用。成型鋁包木外框的過程中需要利用隔斷熱橋加工技術，通過對復合框架和玻璃型材進行緊密連接，不僅可以優化整體保溫性能，還可以提高整體外窗結構的穩固性[4]。窗體材質主要包括木體結構和LOW-E 型玻璃材料，施工單位可以結合具體的要求合理選擇玻璃層數，同時用暖邊條連接。因為玻璃具有較高的硬度，同時可以提高太陽光照的透射比，因此需要綜合利用自然光和冷白光等光源，避免外窗影響到陽光照射。為了優化整體通風條件，需要利用內開形式，有利于順利開合外窗。

本項目采用三玻雙low-e 斷橋鋁合金窗，內倒，玻璃配置為6low-e+16Ar+5+16Ar+6low-e，low-e 膜位于第2和第5 面，氬氣含量為90%，玻璃間采用有機隔離條（暖邊）。整窗傳熱系數為0.8 W/（m2·K），太陽能總透射比為0.5。玻璃門采用與外窗同材質型材和玻璃，開啟方式為外開。其他外門為鋁合金門，傳熱系數為1.0 W/（m2·K）。

5.4 地源熱泵

在被動式超低能耗建筑中利用地源熱泵技術，可以緩解建筑工程能源緊張的局面。通過利用地源熱泵設備，可以轉換電能為高品位能源，在建筑施工中直接利用。地源熱泵設備在利用低溫熱源的過程中，通過對地源熱泵機組和熱循環系統進行連接，可以用供熱線路向建筑中導入能源。地源熱泵設備在實際運行過程中水資源使用量比較少，同時不會產生污染問題，突出了技術環保性優勢[5]。對比燃氣鍋爐，地源熱泵具有很強的制熱能力，同時可以節省電力消耗量。為了切實滿足綠色環保需求，需要在被動式超低能耗建筑中構建獨立性的供熱系統，減少外部能源使用量。

5.5 無熱橋設計

如果建筑圍護結構保溫隔熱作用較差，將會引發熱橋現象，嚴重損失建筑能源，通常是在建筑拐角部位、門窗和墻體連接部位等發生熱橋問題[6]。因此在被動式超低能耗建筑使用過程中，需要做好無熱橋設計工作，減少建筑熱傳導。無熱橋設計主要是利用外圍護結構和門窗以及新風系統等，及時處理熱橋效應的薄弱點，有效控制熱量損失。在實際工作中，可以利用低能耗建筑技術，對陽臺主體結構和主板進行分離，陽臺板的主要支撐結構選用挑梁，同時將保溫材料填充到陽臺中，可以對熱橋效應起到阻隔作用。此外，需要做好細部處理工作，例如在建筑的陰陽角部位錯峰搭接保溫材料、對建筑門窗進行全面包裹覆蓋、對該部位的熱量損失進行控制等。針對屋頂矮墻，在鋪設保溫材料的時候，要注意統一保溫材料厚度和墻體厚度。針對建筑外部架設的雨水管道和空調外機等，因為和建筑之間存在一定的距離，因此需要利用隔熱材料包裹墻體和外部設施，同時在保溫層的縫隙穿過密封支架，也可以避免發生熱橋效應。

5.6 建筑外遮陽

通過在建筑外窗安裝具備遮陽作用的產品，可以避免建筑被直射高強度的太陽光直射。因為夏季溫度較高，利用這項措施可以避免太陽輻射直接進入室內，影響到室內溫度的適宜性。而冬季氣溫較低，可以利用這種結構控制室內溫度流失，維持室內溫暖的狀態[7]。利用建筑外遮陽技術，一方面可以減少消耗建筑能源，另一方面可以減少各類散熱設備的電能消耗量。施工時，需要結合被動式超低能耗建筑的方位，針對南向等向陽位置，合理增加遮陽設施的寬度，針對北向等背陰方位，需要合理調整遮陽設施的寬度，使其剛好覆蓋建筑窗口，即可滿足相應的需求。

6 結論

通過利用被動式超低能耗建筑技術，不僅可以滿足住戶的各種功能需求，同時滿足當前建筑行業的節能環保發展目標。因此，施工單位在今后發展過程中需要加強研究被動式超低能耗建筑技術，推動我國建筑行業健康發展。