建筑設(shè)計(jì)中超低能耗建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)中超低能耗建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)

用姓名：張磊1溫貴陽2郵編：2660001單位：(張磊，青島天華易境建筑設(shè)計(jì)有限公司；溫貴陽，2山東天雅建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司)摘要：大力發(fā)展超低能耗建筑是建筑行業(yè)的未來趨勢，在當(dāng)前能源背景下，超低能耗建筑能夠保持建筑的使用功能與使用品質(zhì)，同時降低能源的使用量。而實(shí)現(xiàn)這一特性需要在設(shè)計(jì)階段通過多種具體技術(shù)與措施來提供支持。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，先行介紹了超低能耗建筑設(shè)計(jì)的基本原則，而后通過幾種技術(shù)來說明超低能耗建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。以供參考。關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；超低能耗建筑；節(jié)能措施1超低能耗建筑的發(fā)展意義超低能耗建筑是指在建筑全生命周期中，外界能源利用少、有利于環(huán)境友好、具有節(jié)能減排特征的新型建筑形式，關(guān)于超低能耗建筑的判定在不同體系下也有不同的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。在我國，一般認(rèn)為超低能耗建筑是指不使用或少使用一次性能源，盡可能依賴清潔能源和可再生能源，與一般建筑相比，至少實(shí)現(xiàn)50%以上節(jié)能效果的建筑形式；德國被動房關(guān)于超低能耗的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是指通過一系列技術(shù)將建筑供暖需求降低到15kWh/(m2-a)以下；此外丹麥、美國、歐盟等也均具有各自的超低能耗認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。無論遵循哪種標(biāo)準(zhǔn)，超低能耗建筑都是指減少對能源的消耗，提高能源利用率，在當(dāng)今世界能源緊缺的背景下，大力發(fā)展超低能耗建筑具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。2超低能耗建筑設(shè)計(jì)原則2.1建筑功能及品質(zhì)保障開展超低能耗建筑設(shè)計(jì)的前提是需滿足建筑需求，建筑的本質(zhì)是為人服務(wù)，而進(jìn)行超低能耗建筑設(shè)計(jì)探索也建立在該基本原則的基礎(chǔ)上。建筑在使用過程中，因改善環(huán)境或?qū)崿F(xiàn)需求，必然會產(chǎn)生能源消耗，而建筑節(jié)能并不是一味的縮減能源使用量或控制使用階段的能源使用，其核心思想是通過合理的設(shè)計(jì)，在不損害基本使用功能和建筑品質(zhì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能源利用量的降低，減少不必要的能源浪費(fèi)。故在進(jìn)行超低能耗建筑設(shè)計(jì)過程中的原則之一，就是需要保障建筑的基本使用功能及使用品質(zhì)。2.2全生命周期的建筑節(jié)能此原則的應(yīng)用需要明確。超低能耗的建筑的能源節(jié)約是指建筑全生命周期的能源使用量下降，其指的并不是單一的施工階段或使用階段。這就需要在設(shè)計(jì)過程中對所應(yīng)用的技術(shù)、材料、設(shè)備等進(jìn)行全面考量，如材料的生產(chǎn)運(yùn)輸與施工過程所產(chǎn)生的能源消耗，也需計(jì)算在建筑整體總能耗當(dāng)中，這也是設(shè)計(jì)過程中需要遵從的基本設(shè)計(jì)原則。3超低能耗建筑設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用3.1外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計(jì)建筑的外圍結(jié)構(gòu)主要是指外墻外窗和屋頂，通過相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)同樣有利于建筑節(jié)能。在超低能耗建筑中，對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計(jì)是十分重視的。按照建筑使用階段的能源消耗分類，有極大的能源占比都是應(yīng)改善室內(nèi)熱環(huán)境所產(chǎn)生的，若能夠提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫能力，這將有利于室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定，這也能夠直接或間接地降低因改善室內(nèi)熱環(huán)境所產(chǎn)生的能源消耗。外墻的節(jié)能可通過外墻保溫工程來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)外墻保溫以聚苯乙烯板或巖棉板作為保溫材料，通過薄抹灰技術(shù)使保溫板固定于建筑外立面形成一個整體。在超低能耗建筑中，外墻保溫工程一般需要更深入的設(shè)計(jì)，為了達(dá)成節(jié)能目標(biāo)，可通過增加保溫板厚度、減少貫穿類固定措施（錨釘或膨脹螺栓）的使用，可大大降低外墻系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)，減少因熱輻射和熱傳遞造成了室內(nèi)熱量損失，從而起到建筑節(jié)能的目的。建筑屋面節(jié)能同樣可用保溫措施來實(shí)現(xiàn)，但需注意保溫板材料一般有著較差的承載能力，若為上人屋面使用保溫材料進(jìn)行施工，可能在未來面臨質(zhì)量問題。在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，窗的設(shè)置參數(shù)對于建筑節(jié)能也是有一定影響的，因窗的位置具有采光和景觀的需求，固不能對其進(jìn)行完全遮蓋，理論上窗的面積越小，則其對外墻系統(tǒng)的保溫影響越小，但縮減窗的面積有可能使建筑品質(zhì)下滑，同時影響采光及通風(fēng)。外窗的設(shè)置與建筑節(jié)能之間具有辯證關(guān)系，在后文中也會簡要討論。3.2建筑朝向、窗地比、外窗設(shè)計(jì)建筑朝向與窗地比所影響的主要內(nèi)容是建筑采光與建筑通風(fēng)。建筑的采光能力與通風(fēng)能力，對建筑室內(nèi)熱環(huán)境的維護(hù)以及建筑使用品質(zhì)提升是有明顯關(guān)聯(lián)的。在傳統(tǒng)建筑中，為了彌補(bǔ)自然采光的不足或?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)功能，均需通過啟動相關(guān)設(shè)備的形式，而該過程中會造成能源使用，實(shí)際上可通過相應(yīng)設(shè)計(jì)工作來減少達(dá)成相關(guān)需求的能量消耗。在建筑朝向選擇過程中，可根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)向與氣候因素，結(jié)合自然光照規(guī)律，選取恰當(dāng)?shù)某?，盡可能滿足建筑自然采光的需求，可減少因照明所帶來的能源消耗；此外合理的朝向也是有利于建筑通風(fēng)的，建筑具有更強(qiáng)的自然通風(fēng)能力，將會減少通風(fēng)設(shè)備的依賴，從而使建筑使用階段能耗降低。窗地比及外窗的設(shè)計(jì)同樣與建筑采光、建筑通風(fēng)有關(guān)。但在上一小節(jié)中已經(jīng)簡單說明了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中窗的面積越大，則其保溫性能越低，但在本節(jié)關(guān)于建筑采光和建筑通風(fēng)的有關(guān)內(nèi)容，卻有著恰恰相反的關(guān)系。這就需要在設(shè)計(jì)過程中合理考量二點(diǎn)需求，并平衡設(shè)計(jì)內(nèi)容。此外對于外窗材料，可通過斷橋鋁真空窗、LOW-E玻璃等新技術(shù)的應(yīng)用在不損害建筑采光需求的基礎(chǔ)上，用來反射太陽光中的部分熱量，以避免因光照直射對室內(nèi)熱環(huán)境帶來的影響。3.3暖通空調(diào)設(shè)備設(shè)計(jì)暖通空調(diào)設(shè)備在當(dāng)代建筑中起到的作用是十分重要的，對于維持穩(wěn)定室內(nèi)熱環(huán)境、提升建筑品質(zhì)而言，有著直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系。但從建筑能源利用的角度來分析，暖通空調(diào)設(shè)備所消耗的能源在一般建筑中占比約為總能源消耗的35%以上，部分大型公共建筑因暖通空調(diào)長時間處于高功率開啟的狀態(tài)，其所消耗的能源比例更大。在進(jìn)行超低能耗建筑設(shè)計(jì)過程中，要對暖通空調(diào)設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，同時在建筑功能及品質(zhì)保障的設(shè)計(jì)原則下，對于暖通空調(diào)的應(yīng)用效果是不能夠縮減的。暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)可從“使用端”和“發(fā)生端”兩個部分進(jìn)行。使用端節(jié)能設(shè)計(jì)較為簡單，如通過智能化變頻技術(shù)和自動啟停相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，可減少空調(diào)設(shè)備的使用時間，避免非必要時的設(shè)備開啟造成能源消耗。在發(fā)生端的節(jié)能可采取應(yīng)用新能源熱泵暖通空調(diào)的形式來實(shí)現(xiàn)，常見的新能源熱泵有空氣源熱泵和地源熱泵等。其工作原理就是將空氣或地下的熱量通過設(shè)備收集并供給暖通空調(diào)使用，可作為傳統(tǒng)暖通空調(diào)的能量來源補(bǔ)充，也可單獨(dú)存在。新能源熱泵在應(yīng)用過程節(jié)能效果是十分顯著的，其改變了傳統(tǒng)建筑中暖通空調(diào)設(shè)備能源大量消耗的核心問題。3.4自然能源利用設(shè)計(jì)建筑能耗的降低主要是指不依賴于外界能耗，上述節(jié)能應(yīng)用措施都是在“節(jié)流”角度的具體應(yīng)用，自然能源的利用則更側(cè)重于“開源”。建筑所處的自然環(huán)境具有太陽能、風(fēng)能等零成本的自然能源，在能源分類上也認(rèn)為自然能源是可再生的、清潔的，故對于超低能耗建筑在設(shè)計(jì)過程中可考慮對自然能源的利用。較為常見的自然能源利用形式就是將風(fēng)能與太陽能轉(zhuǎn)化為電能，而后可并入電網(wǎng)減少電網(wǎng)供電的使用，或自身通過蓄電池的形式給特定設(shè)備供電。當(dāng)前相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展足夠成熟，則考慮在超低能耗設(shè)計(jì)過程中，在不影響建筑品質(zhì)和使用體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加對相關(guān)措施的應(yīng)用比例。同時可結(jié)合自然日照條件變化規(guī)律，應(yīng)用自轉(zhuǎn)向太陽能板來提高發(fā)電效率；若建筑依水而建，也可對潮汐能加以利用。自然能源的利用一般需通過設(shè)備保障的形式來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過程中也需考慮該設(shè)備與建筑之間的匹配度。除太陽能風(fēng)能等基礎(chǔ)能源形式之外，如地?zé)崮芎陀晁厥占夹g(shù)也可涉及超低能耗建筑當(dāng)中，可直接或間接地減少建筑在使用階段的能源消耗。4結(jié)語超低能耗建筑具有廣闊的發(fā)展前景，在進(jìn)行超低能耗建筑設(shè)計(jì)過程中，需遵循滿足基本使用要求和確保全生命周期具備節(jié)能效果的兩點(diǎn)原則，在設(shè)計(jì)工作開展過程中可通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑朝向、暖通空調(diào)、自然能源應(yīng)用等幾個方面來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，在行業(yè)內(nèi)超低能耗建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用技術(shù)遠(yuǎn)不止此，隨著行業(yè)的不斷發(fā)展與節(jié)能共識的形成，也有越來越多的新型技術(shù)被應(yīng)用到超級能耗建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中