基于实际案例分析超低能耗建筑设计方法

李晓光

摘要：建筑能耗占据了社会总能耗的50%左右，尤其是伴随着城市化进程的加快，建筑工程的数量不断增加，这个比例也在持续上涨，在能源危机越发严峻的现在，做好建筑能耗的控制意义重大。本文结合实际案例，对超低能耗建筑的设计方法进行了简要分析，希望能够为建筑的节能降耗提供一些参考。

关键词：超低能耗建筑；设计方法；案例分析

前言

自2000年开始，在全球范围内，超低能耗建筑逐渐兴起，并且迅速受到了世界各国的重视。不过，在相关研究中，超低能耗建筑设计针对的多是某个具体案例或者某个方面的研究，缺乏通用性、系统性的超低能耗建筑设计方法。从降低建筑能耗，构建绿色节能建筑的角度着眼，需要明确超低能耗建筑的具体设计方法，确保其能够更好的适应我国的具体国情，推动建筑行业的可持续健康发展。

1超低能耗建筑的设计方法

单纯从技术方面分析，通过被动式节能设计，在提升建筑运行效率的同时，降低其能耗水平，以可再生能源满足建筑对于能耗的需求，能够建设超低能耗乃至零能耗建筑。但是从实际出发，受各种因素的影响，超低能耗建筑的实现存在着许多的阻碍，如成本过高、建筑能耗指标难以降低等。这里结合当前超低能耗建筑的研究和实践，对其通用设计方法进行分析和讨论。

1.1关键参数限额法

以降低建筑能耗为目标，结合建筑所处区域的自然条件与气候特征，对建筑中的关键性指标进行严格控制，然后配合高效新风热回收技术，基本上能够满足用户对于居住舒适性的要求。关键参数限额法不需要进行大量的模拟计算，也不需要过度依赖可再生能源资源，从实质分析，主要是通过提升现有的节能标准控制指标，达到超低能耗建筑的各种要求。该设计方法存在三个比较关键的技术特征，一是提升建筑整体气密性以及围护结构的热工性能，包括墙体、屋面、门窗等，确保其传热系数及密闭性能够满足相关规范的要求：二是被动式节能技术，包括太阳辐射、自然通风等，以降低建筑在运行过程中对于能源的需求：三是高效的新风热回收系统，可以充分保障室内的热环境及空气质量。

1.2经济环境决策法

经济环境决策法的导向包括了能耗、舒适度及经济性三个指标，在对建筑围护结构进行优化的同时，合理利用可再生能源，在考虑经济性的前提下，对建筑进行优化设计，以找出满足各项指标需求的设计条件。由于需要同时考虑三个指标，可以采用定量分析结合循环迭代的方法，获取最优化目标函数，以同时满足业主和用户的需求。该方法的三个主要技术特征为：一是必须同时满足三相指标，不能出现偏向或者先后：二是应该稽核循环迭代优化，获取单一参数的最优值以及系统的设计运行方案：三是必须正确处理节能与成本的关系，对设计方案进行合理选择。

1.3双向交叉平衡法

这种方法是将能耗指标和舒适度指标作为导向，在设置高校新风热回收系统、优化围护结构的同时，运用可再生清洁能源来满足建筑运行过程中的能源需求，实现能量供需的平衡。在进行设计的过程中，可以通过建筑朝向及窗墙比等的变化，将其围护结构与可再生能源等实现优化组合。双向交叉平衡法想要满足超低能耗的需求，同样有三个技术特征，一是被动设计手段的优化，通过对建筑形体系数、自然通风采光、内外遮阳等的合理调节，控制围护结构的参数限制，以尽可能减少建筑对于能源的需求：二是系统性能的主动优化，即运用先进的技术和设备，提升能源利用效率，如变频风机、变频水泵、节能灯具等：三是可再生能源的利用，包括太阳能、风能、地热能等，以满足建筑对于能源的需求。

2实例分析

2.1概况

某展示中心总体占地面积1.1万㎡，建筑面积4782.3㎡，包括地上两层和地下一层，采用钢框架结构，建筑高度为15m，体形系数0.22，总窗墙比0.2。采用超低能耗建筑的标准进行设计，要求场地范围内运行能耗趋于零。

2.2设计方法

经分析研究，最终选择经济环境决策法的设计方法，一方面，通过被动技术措施，降低建筑在使用过程中对于能源的需求，另一方面，通过主动技术措施，提升建筑对于能源的利用效率，降低能源的浪费，同时以可再生能源取代传统化石能源，满足超低能耗的标准。

2.3技术措施

（1）被动式设计：首先，结合建筑所处区域，进行自然环境和气候条件的分析，重点考虑其冬季的保温性能，提升外墙、屋面、门窗的保温隔热性能，通过调整建筑布局的方式，使得出入口避开了冬季主导风向。经优化设计，建筑整体采用梭形结构，南北朝向，在避免冬季冷风入侵的同时，也可以充分利用夏季风实现自然通风。其次，在通风设计中，采用了坑道风，结合屋顶通风窗以及大厅地面送风口，对建筑的自然通风能力进行了强化，经测算，能够入口大厅的空调制冷时间缩短20%以上，减少能耗30%。同时，利用天窗、中庭等增强了热压通风效果，可以通过外窗实现直接通风。然后，采光的设计以自然采光为主，经测算，将窗墙比设置在0.26，能够在保证自然采光效果的同时，最大限度的降低能耗。在具体设计中，还对外窗阳台进行了优化，配合设置在屋顶的浅色发光板，对自然采光的效果进行了强化。同时，在屋顶设置了采光天窗，房间内部的隔断采用了透明玻璃，都可以强化室内采光效果，降低能耗。

（2）主动式设计：采用干燥新风，通过对风量的控制，实现室内环境相对湿度的调节，同时也高温冷水经独立末端调节室内的温度。空调系统的冷热源采用的是高温地源热泵耦合太阳能光热系统+溶液调湿系统+VRF的形式，搭配干式直流无刷电机风机盘管，可以将风机的效率提高约20%，年节约电耗1230kW。结合建筑本身的实际情况，选择地板辐射采暖的方式，在保证采暖效率的同时，也提升了舒适度。经模拟分析，建筑整体全年的能耗在61.2-62.2kWh/㎡.a，与基准建筑相比，节能率达到了54.2%。

（3）可再生能源利用：主要是对太阳能的利用，为了保证良好的立面效果，这里采用了一体化设计，在建筑屋顶设置弧形的光伏板支架，以增加光伏板的整体面积。太阳能光伏板的設置保持与建筑主体风格一致，使得展示中心在外观上更加富有科技感和未来感。同时，利用计算机仿真模拟技术，对建筑南向的光伏板支架形状进行了调整，使得其能够与建筑外遮阳以及自然通风系统相互结合起来，实用性更强。建筑中采用了单晶硅光伏组件，对于太阳光的转换效率可以达到16.7%，总装机容量为315.78kWp，全年可发电326MWh，基本能够满足建筑对于电能的全部需求。

3结语

总而言之，超低能耗建筑的作为一种比较新颖的概念，需要从设计方法、性能控制等方面进行逐步落实，在充分考虑区域气候条件及经济技术条件的基础上，实现建筑节能技术的优化组合，尽可能减少建筑在使用过程中的能源消耗。应该注意的是，在超低能耗建筑的设计中，应该在尽量降低建筑对于能源需求的同时，强调可再生能源的开发利用，减少建筑使用中的给自然环境带来的负担，促进可持续发展的顺利实施。

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现代物业杂志社

2020-02-19