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我国被动式超低能耗建筑发展及指标体系

我国被动式超低能耗建筑发展及指标体系

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在新型城镇化的背景下,我国建筑面积将持续增长,建筑总能耗仍将增长,如何解决建筑面积增长和降低建筑总能耗,以及人们对居住环境要求的提升和减低建筑能耗这两大矛盾,一直是建筑节能研究领域的重要内容。

被动房作为解决我国长江流域过渡地区冬季室内温度过低的问题的一种高性能建筑,其理念在世界范围内得到越来越广泛的认可。随着应用被动房理念而建造的国内一批示范项目的建成,国内掀起了被动式超低能耗建筑的研究应用热潮,被动式超低能耗建筑无疑已经成为我国下一阶段建筑节能工作关注的重点技术之一。

我国建筑能耗特点

 我国作为一个历史悠久、国土广袤的多民族发展中大国,在室内环境、建筑特点、居民生活习惯和建筑用能强度等方面都有独特之处,且无发达国家的成熟经验可供参考,这些都增加了我国被动式超低能耗建筑技术体系的研发难度。

室内环境标准和生活习惯

我国是一个发展中国家,经济发展不均衡,不同气候区居住建筑室内环境有着较大的差异,但整体低于发达国家,主要体现在室内温度不达标、新风量不足。在夏季开窗通风是解决室内过热问题的首选,空调系统间歇运行,室内温度偏高。我国被动式低能耗建筑指标体系须立足于国情,在尊重居民生活习惯和降低建筑能耗的前提下,适当地提高建筑环境标准,营造适合我国居民的健康舒适的室内环境。

气候特点

我国地域广阔,横跨多个气候带,5 大建筑气候分区特点差异大,东西南北的供暖和空调需求极不均衡,全国无法实施统一的被动式超低能耗建筑能耗指标,德国被动房指标体系更是无法适用。

建筑特点

我国的居住建筑与欧美存在显著差异,国内大型城市新建城镇住宅建筑以高层建筑为主,中小型城市则以多层住宅为主,建筑密度大、容积率高、公共空间面积大、公共外门频繁开启,导致了能耗特点的明显差异。

我国住宅空置率偏高是另一个重要影响因素,统计数据表明我国住宅的空置率在20% ~ 30% 间变化。高空置率导致的户间传热损失大和集中设备负荷率低对建筑能耗产生重要的影响。

建筑能耗特点

不同于发达国家高舒适度和高保证率下的高能耗,我国建筑能耗特点为低舒适 度和低保证率下的低能耗,且不同年代建筑能耗强度差异大。不能使用国外指标体系中的一次能源消耗量要求。

中国被动式超低能耗建筑定义及指标体系

在立足于我国基本国情,吸收和借鉴欧洲被动式低能耗建筑体系的基础上,细致分析国内现有被动式超低能耗建筑试点工程,充分考虑经济发展水平、产业情况、建筑特点、居民生活习惯的因素,科学合理地制定了中国被动式超低能耗建筑指标体系。该体系以控制性性能要求作为核心评价标准并推荐对应指标的技术和做法,对室内环境要求、能耗指标等进行了科学严谨的规定。

我国被动式超低能耗建筑的定义为“被动式超低能耗建筑指通过最大限度提高建筑围护结构保温隔热性能和气密性,充分利用自然通风、自然采光、太阳辐射和室内非供暖热源得热等被动式技术手段,将供暖和空调需求降到最低,实现舒适的室内环境并与自然和谐共生的建筑。”

健康舒适的室内环境标准

营造健康、舒适的室内环境是被动式超低能耗建筑的核心目的之一。通过被动技术措施使室内温度在适宜的范围内波动。当室外气象条件不能通过自然通风满足要求时,主动供冷或供暖系统将启动,用以保持适宜的室内环境。高效的新风系统能够以极低的能源消耗,在保证室内温度恒定的前提下,提供充足、健康、新鲜的空气,保证室内良好的空气品质,因此,被动式超低能耗建筑能够提供充足健康的新风。冬季室内温度不低于20℃,过渡季在20~26℃之间波动,在夏季,当室外温度低于28℃、相对湿度低于70% 时,通过自然通风保证舒适的室内环境,当室外温度高于28℃或相对湿度高于70% 以及其他室外环境不适宜自然通风的情况下,主动供冷系统将会启动,使室内温度≤ 26℃,相对湿度≤ 60%。

在一些气候区,被动式超低能耗建筑不使用主动供暖或供冷系统也可以保证室内有很好的舒适度,当不设供暖设施时,要求过冷小时数≤ 10%,当不设空调设施时,要求过热小时数≤ 10%。例如,在严寒地区,仅通过被动式技术就可以保证夏季室内保持舒适的温度,或是在夏热冬暖气候区,良好的围护结构使得冬季不采用主动供暖系统即可改善冬季室内温度偏低的情况。

科学合理的主要控制性性能指标

控制性性能指标是被动式超低能耗建筑技术体系的核心,由单位面积年供暖量和年供冷量要求(公共建筑为相对节能率)、气密性要求、供暖空调和照明年一次能源消耗 3 项指标组成。居住建筑单位面积年供暖量和供冷量要求主要立足于通过被动技术将建筑物的冷热需求减至最低,低至仅新风系统即可承担建筑的冷、热负荷,不再需要传统的供热和供冷设施。而公共建筑由于其建筑类型和能源系统的复杂性,要求其供暖供冷及照明终端能耗相对于现行建筑节能设计标准再节能60%以上。

气密性要求主要是保证建筑物在需要时能够与室外环境有良好的隔绝,当建筑的围护结构足够好时,室外空气渗透就成了影响建筑室内环境的主要因素。而良好的气密性可以降低建筑一次能源消耗指标则是要求建筑物在能量需求极低的前提下,能源消耗最少。不同的建筑类型有不同的约束指标。

被动式超低能耗建筑主要技术措施

被动式超低能耗建筑的核心要素是以超低的建筑能耗值为约束目标,具有高保温隔热性能和高气密性的外围护结构,高效热回收的新风系统。被动优先、主动优化、使用可再生能源是实现被动式超低能耗建筑的基本路线,它并不是高科技的堆砌,其更重要的内涵是回归建筑的根本,科学规划设计和精细施工,建造高品质的精品建筑。

被动式超低能耗建筑主要依赖高性能围护结构、新风热回收、气密性、可调遮阳等建筑技术,但实现被动式超低能耗的难点主要在技术的适宜性和多种技术的集成,如何提供一个基于被动式理念的系统解决方案。被动式的核心理念强调直接利用太阳光、风力、地形、植被等场地自然条件,通过优化规划和建筑设计,实现建筑在非机械、不耗能或少耗能的条件下,全部或部分满足建筑供暖、降温及采光等需求,达到降低建筑使用能量需求进而降低能耗、提高室内环境性能的目的。因此,实现被动式超低能耗建筑需要更加科学合理地进行建筑设计,建筑师与暖通工程师的紧密配合,确定合理的建筑方案和设计,利用性能化设计方法提供实现既定目标的系统解决方案,提升建筑设计的科技含量和附加值。

(河南省建筑科技协会)