超低能耗建筑的设计探索

超低能耗建筑的设计探索

肖叶

（中国建筑五局建筑设计院，湖南 长沙 410000）

[摘要]随着国家3060双碳目标的提出，各行各业都进行了丰富的探索和实践。建筑业

碳排放占全社会碳排的35%到50%，这意味着建筑业的减碳是实现全社会碳达峰碳中和的重要路径。本文从设计的角度探索超低能耗建筑设计。

[关键词]建筑减碳；超低能耗；设计；能耗节约

前言

为了加快实现双碳目标，建筑业必须采取创新性的措施，让普通建筑从超低能耗建筑、近零能耗建筑到零碳建筑的蜕变，最终实现建筑碳中和。而发展超低能耗建筑是建筑实现这一目标的必由之路。

一、低能耗建筑设计的基本概念及设计策略

低能耗建筑设计理念的主旨是以降低碳排放为方式，实现节约能源的目标。低能耗建筑顾名思义就是能耗极低，耗能低到不到常规建筑的一半。它就像一个保温壶，保温性和气密性要比凉水壶样的常规建筑好很多，其主要指标是在2016年节能标准上再节能50%。

超低能耗建筑的设计策略有两种，一是被动式的“练钢筋铁骨”，二是主动式的“内调五脏六腑”。前者是建筑自身性能的优化，以便最大幅度减低用能需求。若有坚实的结构，就可少开空调节约能耗。后者是用能设备设施的优化，以便最大幅度提高用能效率。身体的五脏六腑就相当于建筑的用能设备设施，调养好了，能量代谢效率高了，才能避免成为浪费能量的“赘肉”。

二、设计N+6超低能耗技术体系的内容与运用

“N”指的是多种被动式设计技术，6指的是六大主动式设计技术，以下进行分别阐述。

1、“N”被动式设计技术

通过案例（某综合体育馆附馆项目）来对“N”低成本的被动式设计进行分析。

1.1总平面合理的布局。本项目原建筑靠南侧布置，室外未形成明显的通风廊道，导致北侧风压高南侧风压低，室内气流与主导风向西南风相反，通风不畅,导致夏天早晚和过渡季节本可不开空调的时间段得开空调。而将建筑往北挪5米后，室外形成了一条明显的通风

长廊，这样南侧风压高，北侧低，室内就能形成与主导风向同方向的穿堂风。从而减少了空调使用率，有效降低了制冷能耗。

1.2平面功能的合理布局。本项目冬季主导风是东北风，把辅助用房放在东侧和北侧从而形成了寒风缓冲区，有效阻碍了寒风渗透，提高了舒适性，同时减少了采暖能耗。   

1.3双层表皮设计节约能耗。项目采用了双层呼吸式表皮设计，外层铝板为内层墙体提供遮阳。同时中间有空气层，上下有透气孔，空气被加热后的上升带走热量，提高了隔热效果，从而减少了制冷能耗。

1.4立面设计节约能耗。东西南立面开窗需控制在30%以内，通过窗宽进行采光模拟计算，得出4.5米宽的开窗形式采光最佳，节约了照明能耗。此外，东西立面主要考虑节能要求，西立面设置了大面实墙，东立面中间设置了大面遮阳百叶，节约了制冷能耗。

1.5屋顶造型结合遮阳和通风设计节约能耗。屋顶造型传承当地传统建筑屋檐的形制，同时屋顶造型也是遮阳构件，在炎热的夏季让40%的屋面区域避免了阳光直射，节约了能耗。

同时屋面四周设置通透的格栅，便于通风散热带走屋面的热量，从而进一步降低了能耗。

1.6合理设置地下采光井节约能耗。依据通风模拟，在建筑北侧和东侧设置采光井有利于通风散热。通过多种宽度进行采光模拟计算，得出当宽度在2.25M时，采光满足使用要求。本项目采光井的设置节约了一套通风系统，减少了空调和照明的能耗。

1.7合理选用高性能保温体系节约能耗。新材料新工艺的运用，包括复合型自保温砌块、保温与结构一体化外墙板、真空绝热板等。传统设计一般是单用某一种保温材料，难免会造成空间、成本或工期的浪费，而本项目在不同部位用不同保温材料进行巧妙组合，既提高了保温性能，又节省了空间、成本和工期。

1.8采用高性能门窗幕墙节约能耗。项目采用高性能门窗幕墙，外窗和玻璃幕墙三玻两腔三银充氩气LOW-e玻璃，外门采用保温气密性能好的钢制被动门。                    

1.9采用气密性好的构造设计节约能耗。项目采用气密性好的构造设计如气密膜及密封圈，大大减少了建筑内的能量损失，节约了能耗。

可见，“N”是根据项目特点进行的多种被动式设计技术的运用叠加。

2、6种主动式设计技术

包括高效空调、高效新风热回收、可再生能源技术、高效照明、主动适应与调节、及智能化运维技术。

2.1高效空调技术是使房间或封闭空间的温度、湿度、洗净度和空气流速达到给定要求的技术。如：空调系统的优化，将传统的中央空调系统，调整为多联机空调系统，实现分区控制，从而降低了能耗。

2.2高效新风热回收技术是一种高效、节能、环保的全方位换气新风系统。如：采暖系统的改进，由市政供暖和暖气片改为多联机空调系统供暖，降低了热力管网、暖气片和接口费等成本；出风方式的优化，大空间空调出风形式采用地出风，地出风仅需对地面以上两米空间进行空气调整即可保证舒适，其空调空调运行能耗是顶出风的1/3；采用热回收新风系统，通过回收排风余热，提高了新风的温度，降低了制热制冷能耗。

2.3可再生能源技术是在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，属于能源开发利用过程中的一次能源，一种清洁能源，有利于人与自然和谐发展的重要能源。如：采用可再生能源系统，项目屋面的坡度合理的设置，保证全年屋面太阳能辐射总量最大；设置太阳能集热板，设置太阳能光伏板，这些系统提供了生活热水和电力，减少了对传统能源的依赖。

2.4高效照明技术是照明系统通过调光技术(智能化可调光系统)、改善光源效率以及选择适当的照明系统投放方式进而实现能源的高效利用。如LED照明，LED照明具有高亮度、低能耗和长寿命的特点，能够有效提供光照并减少能源消耗。

2.5主动适应与调节技术是智能组件在工作条件改变的时候具有一个主动适应和目标优化调节的机械特性。如温度、频率和压力调节系统等。

2.6智能化运维技术是利用人工智能和自动化技术，对企业的信息技术系统进行监控、管理、维护和优化，以提高系统的稳定性、可靠性和效率。

三、超低能耗建筑的优势与发展

1、优势体现

一是更加节能。建筑物全年供暖供冷需求显著降低，严寒和冷地区建筑节能率达到90%以上，与现行国家节能设计标准相比，供暖能耗降低85%以上。

二是更加舒适。建筑室内温湿度适宜，建筑内墙表面温度稳定均匀，与室内温差小，体感更舒适，具有良好的气密性和隔声效果，室内环境更安静。

三是更好空气品质。有组织的新风系统设计，提供内足够的新鲜空气，同时可以通过空气净化技术提升室内空气品质。

四是更高质量保证。无热桥、高气密性设计，采用高品质材料部品，精细化施工及建筑装修一体化，使建筑质量更高、寿命更长。

2、发展形势

超低能耗建筑正在成为建筑低碳的新赛道，许多国家都在积极制定超低能耗建筑发展目

标和技术政策，建立适合本国特点的超低能耗建筑标准及相应技术体系，超低能耗建筑正在成为建筑节能低碳的发展趋势。

从国内来看，我国已提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前

实现碳中和需要持续性开展建筑节能工作降低能源消费总量和强度。N+6超低能耗技术体系是积极响应国家碳达峰碳中和战略在工程设计层面的探索，带来的成效是巨大的，业主、总包等各方受益的同时社会效益显著，为环境保护减少碳排做出巨大贡献。

三、结语

在亟需实现的碳达峰目标下，建筑行业将迎来重大挑战和机遇，常规建筑终被淘汰，未来将逐渐向超低能耗，近零能耗，零能耗建筑方向迈进。

参考资料：

[1]建设部.落实科学发展观,大力发展节能建筑[J].中国建设教育，2005(3)

[2]《超低能耗建筑评价标准》（征求意见稿）

[3]《超低能耗公共建筑技术标椎》