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摘要:改革开放以来,我国发展迅速,综合国力特别是经济实力有了很大提高,人民生活水平有了很大提高。大规模的经济发展仍然消耗着大量的资源,而且每年都在不断提高,因此建立资源节约型社会迫在眉睫。为了提高建筑的舒适性和安全性,降低建筑施工和使用过程中的能耗,有效节约土地资源,德国在首次提出传统建筑等超低能耗绿色建筑概念后,低能耗无源建筑的关键是将高效节能的建筑围护结构技术、太阳能辐射和蓄热效应等无源节能技术相结合。总之,这是一座完全不需要“主动”能源供应的建筑。
关键词:超低能耗;被动式建筑设计;方法
1被动式超低能耗建筑概述
低能耗被动式建筑是一种高效、经济、舒适、安全的新型建筑。这是建筑节能的主要发展趋势。它不仅能在当前科技条件下为人类提供更舒适、更安全的居住环境,而且能大大降低建筑能耗,在我国受到了越来越多的重视。低能耗无源建筑的设计主要是通过应用最新的科学技术,如使用隔热性能良好的建筑材料或采用更高效的洁净空气热处理技术等,来降低建筑的供暖和制冷需求。节能是建筑的主要特点之一。如果全年满足家庭需求,年平均能耗可达85%。由于建筑材料具有稳定的隔热、隔音和耐久性,密封性能非常好,但不影响空气循环。特别是在室内外不同的温湿度条件下,人们有着良好的生活体验。由于该建筑配备了高质量的空气再循环和过滤系统,不仅可以保证室内外空气的循环,而且可以保证室内空气质量。
2我国应用被动式超低能耗建筑的特殊国情
2.1室内环境标准和生活习惯
我国幅员辽阔,各地区的气候环境和人们居住的特点各不相同,增加了超低能耗建筑被动设计的难度。在实际应用中,与超低能耗无源建筑技术水平较高的其他国家相比,在超低能耗无源建筑的设计中,室内温度和新风量是最难保证的。为了保证欧洲国家的供气量经常由严格的建筑气密性要求来保证,采用机械通风方式来保证建筑的新风量。夏季我国建筑室内环境温度高于欧洲国家。与此相反,根据数据,在冬季寒冷地区,我国集中供热区域的室内温度一般为18℃,在夏季炎热地区和冬季寒冷地区,室内温度仅为10℃或更低。这些地区由于采暖设施不普及,室内湿度在60%~90%之间,生活舒适性差。夏季采用开窗通风降温是大多数人的首选,室内温度一般在25~32℃。如果过分追求欧洲国家在设计中倡导的“全空间、全周期”的舒适理念,就需要大幅度提高室内环境标准,这显然会导致建筑能耗的急剧上升,这与最初的设计理念背道而驰。因此,在建立低能耗建筑的被动指标体系时,应充分考虑室内环境标准和人们的生活习惯,创造一个适合我国人民生活的舒适的室内环境。
2.2气候特点
与一些欧洲国家相比,我国跨越多个气候带,气候差异较大。一些中德城市的气候差异很大。不考虑不同地区不同的气候条件,统一不同地区的能耗要求显然是不科学的。就纬度而言,柏林更接近北极,但就冬季加热温度而言,柏林更接近沈阳,冷供温度更接近哈尔滨。简单地说,德国同纬度的城市比中国同纬度的城市更温和,对供暖和空调的需求也更低。柏林夏季气温低于北京,夏季最高气温低于19℃,德国大部分城市夏季不需要空调,但我国大部分地区夏季气温在30℃左右,部分城市甚至高达42℃,因此我国大部分城市夏季需要空调。另外,在供热和制冷温度方面,气候在不同城市供热空调需求中的分布不均衡,因此对我国低能耗被动式建筑实行统一的能耗指标是不科学的。
3优化超低能耗被动式建筑设计方法
3.1优化被动式超低能耗控制策略
室内环境管理是低能耗被动建筑技术的基础,为人们提供更安全的室内环境。隔热结构设计是建筑控制的首要重点。特别是采用无源技术,保护建筑物免受高温室外环境的影响,使室内外温度保持在适宜的自然环境中。过去,除了打开门窗调节温度外,还可以安装中央供暖或空调系统,以满足未解决的自然通风要求。高效利用热能和电能增加了家庭的能源消耗。换言之,室内环境的舒适性要求必须以最小的热消耗来满足。由于我国各地气候条件和自然环境的不同,被动式低能耗建筑的设计严格按照国家标准进行,限制了每年的制冷量和采暖性能。因此,各采暖、照明、空调系统年能耗按标准限制在45000瓦时/(m2.a)/5.6(m2.a),气密性≤0.6。此外,该设计还具有节水功能,能有效改善人类的生活环境。特别是通过更有效的控制,可以降低建筑能耗,从而适用于不同的气候环境。被动技术还可以降低加热器的能耗,保证寒冷地区室内环境的舒适性。在温暖地区,它适用于低能耗建筑的被动设计,也能提高居住舒适度。通过被动式技术的应用,将太阳能、自然风、植被等自然条件充分结合起来,在围护结构、低空气密度、高性能的条件下,实现新鲜空气的热回收和可调遮阳。在建筑设计过程中,由于建筑设计内容的复杂性,设计者可以提高施工方法的科学合理性和新科技的应用,从而实现超低能耗的控制要求。
3.2太阳能利用
太阳能具有清洁、无污染的优点,常被用于非常低能耗的被动建筑中,以达到节能降耗的目的。通常,通过在屋顶安装太阳能系统,将太阳能转换为电能,为家用电器供电。例如,2016年,珠海星业太阳城研发建设项目被评为“冬暖夏暖”地区最具代表性的超低能耗被动生态建筑。本项目采用40多项创新技术和10多项关键技术。光伏幕墙安装在建筑物上。光伏系统每年可发电15万kW•h。旋转通风光伏遮阳元件具有通风、遮阳和光伏发电功能。冬季,由光伏板加热的热空气可以进入房间。太阳能集中区设置微型发电装置等光伏幕墙,室内温度可全年保持在20~26℃。在杭州某社区建筑的改造中,采用铝质导光板不仅可以降低室内光伏能耗,而且可以避免阳光照射。在室外强光条件下,导光板上的片状金属环可以阻挡光源,防止强光辐射对人体造成伤害。当室外光线较弱时,利用导光板的垂直采集功能对光源进行采集,以满足室内照明的需要。
3.3.施工方案技术要点
施工方案中应注意保证建筑物的气密层完好,在建筑物的水平面和剖面上明确气密层的位置和方向,并在设计说明书中规定低气密性特殊结构体系的关键部位。在设计说明中注明防水材料名称,在结构节点图中明确设计方法和要求。气密层一般沿建筑外墙、屋面、内地面敷设。气密材料应确保一定程度的完整性、灵活性和耐久性,以便在后期不会坍塌。一般由现场砼地面、现场砼墙、油漆砂浆、防水包装布、防水胶带等组成。防水层不得使用墙壁、木板、木板、石膏板、天花板、油漆、通风建筑材料和其他拼接材料。由于气密性差,重要位置包括但不限于安装窗、外部构件和封闭结构的开口。特别是外平面、窗布置、洞口支撑结构、屋檐结构、转角结构、机电管道穿墙连接等主要构件的防水处理,为避免损坏接头,应协商合适的设计。安装系统应考虑热桥和气密性。在施工中,穿越外墙、屋面和基础的管道应采用低保温、低气密处理。在施工过程中,门窗安装、室内装饰安装、室内装饰安装应在安装完成后至少检查两次。
4结论
主动式超低能耗建筑设计与传统式建筑设计方案原理不一样,更注重与建筑所在环境的融合,根据对建筑所在环境气候及气候条件进行利用,在符合定居舒适度的前提下,保证建筑的绿色环保,更注重房间内、外环境的互换与结合,不但可以为大家给予舒心的定居环境,并且可以减少建筑能源消耗,是中国将来建筑持续发展的大势所趋。
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