被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术研究

武 涛

（山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）

环境问题不仅仅是某个国家或者地区的问题，是全世界面临的问题。目前，全国共有400 多亿m2的建筑物，其中仅有1%为节约能源的建筑物，而全国新竣工的20 多亿m2建筑物中，能够被称为“节能建筑”的还不到1 亿m2。在我国的能源消耗结构中，建筑能源消耗约占了全社会能源消耗的1/3，这么大的比例使建筑耗能，已经成为中国经济转型与可持续发展不可忽视的限制因素。被动式超低能耗绿色建筑等系列节能系统，以及相关技术的问世，给建筑节能降耗难题的解决带来转机。为此，相关工作者应加大对此类建筑的研究和创新，推动低能耗建筑发展和应用，为人类社会和自然环境的可持续发展提供支持。

1 超低能耗建筑与绿色建筑

超低能耗建筑（图1），主要指能适应气候特征和场地条件的建筑，通过进行被动式的建筑设计以及采取积极主动的技术措施来最大限度地满足建筑照明、供暖等方面的要求，极大提高了能源设备及系统效率，并最终使得建筑物室内环境参数及能效指标满足《近零能耗建筑技术标准》及（GB/T 51350-2019）有关要求。

图1 被动式超低能耗建筑

绿色建筑主要指全寿命过程中保护环境，减少污染，以及提供合适的使用空间等优质建筑，在实际使用时通常遵循因地制宜等原则进行，对于建筑的安全耐用、生活方便、节约资源和环境宜居的表现加以全面的考量，继而达到人与自然和谐相处的目的。

2 超低能耗建筑与绿色建筑设计的主要内容

2.1 建筑总体设计

在进行总体建筑超低能耗的绿色设计过程中，必须要立足于全局规划的视角，充分掌握建筑项目所在区域的地理条件以及气候特征，针对性地进行日照辐射程度的设计，通过这种设计方式可以有效降低建筑对于传统能源的依赖度。

2.2 建筑平面设计

为达到理想节能效果，在建筑平面设计中除应体现简洁外，还应减少凹凸情况的发生，充分考虑到气候缓冲等因素，把对温度要求比较高的房间，设计到内部或者南侧的位置上，达到优良的节能效果。

2.3 无热桥的构造设计

作为超低能耗建筑设计中的关键内容，良好的建筑热桥设计能够保证建筑节能最终成果，在实际运行中应选用导热系数小的材料，且在构造设计时，应降低保温层两侧刚性连接的程度，以免破坏保温层的完整性与连续性。

2.4 围护结构设计

鉴于超低能耗建筑物围护结构传热系数相对较低，围护结构设计中应注意对保温层厚度的控制，通常不应小于200 mm，并且设计的围护结构要尽可能简单，加入过多的装饰会破坏结构的整体性，最终建筑施工和使用效果也会受到影响。

3 被动式超低能耗绿色建筑节能技术

3.1 新风换气系统

第一，新风置换技术。新风置换机组通过负压原理滤除空气中污染物，从而保证室内空气健康新鲜，不受雾霾等恶劣天气的危害。在建设中，应根据项目具体情况，在各楼层设置800～1 200 mVh 的变频器，以促进房间的通风效果。与CO2含量感应器、静压盒感应器及新风装置相配合，使新风系统能随着楼宇内的温度变化而不断调节，使楼宇内的相对湿度维持在40%～60%。经过该预处理后，新风能显著降低其能量消耗，使其温度上升或下降5 ℃左右，从而很好地解决了冬天低温天气下的防冻问题。

第二，新风热回收。在进行新空气循环替换的同时，在该系统中还设有全热回收设备，可以将排风中的低品位能源，转化为较低的采暖、降温能耗。有关资料表明，此装置可使建筑在冬天的时候，回收超过70%的全热回收效率，而在夏天则可达80%以上。采用这种新型的全热回收设备，既能减少机组的操作费用，又能减少新风系统的工作负载。另外，机组侧方设有控温装置，可根据需要对送风温度进行10～20 ℃的调节，最终降耗节能。

3.2 辐射采暖制冷技术

通过辐射的形式来对房间进行供暖，在保证同样的舒适程度的前提下，房间的温度的设计数值比常规采暖要低2～3℃，二次辐射和对流还能为房间带来20%的热能，在夏季，不需要与空调系统相连，只使用管道中的冷水进行循环，就能达到降温的目的，这样就可以发挥自然空调功能。在室内安装温度传感器，就能够根据室温的不同自动调整回路内循环水量的大小，从而更节能。但需要指出，目前辐射供暖对用水的温度有较高的需求（38～55 ℃），且其传热性能与管道中的热介质流动密切相关，亟待提高。

3.3 太阳能空调系统

在建筑项目中，将太阳能空调系统用作冷热源，能够对建筑的冷却、采暖和热水提供等方面提供保障，从而降低了主动能源的消耗。从系统的应用情况看，用电量和五匹（制冷量约12.5 kW）空调在1 a 内运行时一样多，有效地减少了建筑物在使用时的电量损耗。在夏天，该系统以光热转化驱动太阳能吸收式制冷剂制冷为主要内容，从其工作状态来看，其每一次的能耗消耗量比制冷量高1.08～1.1。因此，本装置在依靠天然资源的情况下，完全可以满足室内空调的需要，并可以降低室内空调系统的夏天用电。在冬天，在屋顶上安装横向热管型集热器，使其在建筑物内部进行供暖，能够有效改善常规集热器在实际应用中效率低下的缺点，从而提高其瞬间效率，达到0.78甚至更高，并且在低辐射量的情况下还能在短期内开始工作。

3.4 外围护保温隔热系统

第一，外墙保温层。作为一种新型的节能型绿色建筑，外保温材料作为其外部防护体系的一个关键部件，能够极大地减轻建筑的空调、采暖等设施的负荷。在进行外保温工程施工时，必须掌握各种保温材料的各项参数，以选择出具有最佳经济性的外保温材料，目前常见的玻璃性能参数如表1 所示。为防止各种类型的隔热材料在应用过程中在板缝中形成热桥，在铺设时，采取两个板子错开半个板子缝贴的方法，在板子阴阳角进行错茬。在此基础上，将耐碱型的玻璃纤维网格布粘贴到建筑物的外部，避免各隔热片材间的热桥、冷桥的产生，减少了开裂问题的发生概率。

表1 各类玻璃的性能参数比较

第二，高效节能窗。门窗是建筑节能效果最重要的组成部分。为了降低门窗玻璃中流失的热能就需要对玻璃生产原材料进行变革，或者对玻璃生产工艺进行改进来实现高效节能，同时也需要对玻璃的物理性能进行变革。项目建设中应用白玻、热反射玻璃和Low-E 玻璃后发现，Low-E 的传热系数和遮阳系数都比较小。这说明Low-E 型玻璃在确保透光的同时，也起到了很好的节能作用。这是因为Low-E 玻璃可以过滤阳光，使之成为寒冷的光源，从而实现隔热的目的。冬天时由于传热系数较小，Low-E 玻璃可降低热量地向外传播而实现隔热，图2 为三层LOW-E玻璃窗。

图2 三层LOW-E 玻璃窗

3.5 自然采光系统

第一，光导管采光系统。从光导管采光系统应用现状看，采用室外采光装置可以高效地利用太阳光，同时经过导光装置的加强，可采用漫射器在室内进行散射。经实际使用证明，该系统的使用率和透光率均大于90%，相关光导导管的反射率为99.8%。无论是阳光明媚还是下雨，都能保证室内的光线很好。就工程学而言，现存的这个体系主要应用在两栋三层楼设计中，由于其自身结构复杂、造价昂贵，不宜用于高层住宅。第二，采光井。为了能够有效地保证地下室的采光率，降低地下室的能耗，就需要重视对采光井进行优化设计。通过使用钢筋混凝土板墙结构来进行采光井的侧墙建设，保证其建设效果能够符合使用要求。同时为了进一步提高地下室的防水效果，还需要完善进行防水处理。这样不仅可以有效地将热桥现象消除，还能够实现防水目的（图3）。在天井窗口的设计中，可将窗户的形式设计成可开合的三玻两腔，窗户的外部框架为塑钢结构，内部有一层中空和一层真空，中空处以氩气体充填，不仅可以确保采光，而且起到了保温的作用。可将露台窗户与地下照明管道照明系统相结合，为地下空间提供照明。通过进行这一窗口的设计，在白天，地下空间就不需要再使用额外的照明系统，仅仅依靠建筑的绿色节能设计，就能够使地下室的光环境质量大幅度提升。

图3 地下采光井

4 结束语

被动超低能耗绿色建筑是建筑业可持续发展的一个重要发展趋势，也是我国生态文明社会发展的必然要求。采用被动式超低能耗绿色建筑技术，可以对建筑用能结构进行合理调节，继而促进建筑能效的提高，对满足人们对生活品质越来越高的要求有着非常现实的意义。所以这也要求相关的人员必须要重视对这一技术进行更加深入的研究，不断提高其应用效果，从而进一步推动建筑行业的发展，使其能够满足当前对于绿色建筑项目的建设要求。