關(guān)于超低能耗建筑的適用性分析

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　　摘要：我國是多氣候區(qū)域，地區(qū)之間差異明顯，分嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)，因此不能生搬硬套德國的指標(biāo)，但他們提出建筑能耗應(yīng)保證室內(nèi)熱舒適度的兩條準(zhǔn)則原理是應(yīng)當(dāng)借鑒的，并根據(jù)這兩條準(zhǔn)則原理，結(jié)合我國的區(qū)域特點(diǎn)，提出建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：環(huán)境溫度熱舒適度相對(duì)濕度（詞條“相對(duì)濕度”由行業(yè)大百科提供）結(jié)露點(diǎn)傳熱系數(shù)適合國情的標(biāo)準(zhǔn)

　　前言

　　節(jié)能減排是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展必由之路，建筑的節(jié)能是全社會(huì)節(jié)能減排的重要組成部分，不僅在我國，就是西方發(fā)達(dá)國家也是積極推進(jìn)建筑的節(jié)能工作。今年國家提出2030、2060年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，建筑節(jié)能要實(shí)現(xiàn)80～95%的目標(biāo)，其中建筑節(jié)能是重點(diǎn)，并已提出強(qiáng)制推廣使用超低能耗建筑。

　　早在上世紀(jì)八十年代由瑞典隆德大學(xué)教授波.阿德姆森等人就提出被動(dòng)房理念，即在不設(shè)傳統(tǒng)采暖設(shè)施條件下，僅靠太陽能幅射、室內(nèi)燈光、電器散熱、人體散熱等自然得熱方式條件下，建造冬季室內(nèi)溫度能達(dá)到20度以上，具備良好的舒適度的房屋。根據(jù)以上理念，提出超低能耗建筑，既節(jié)能又能滿足舒適環(huán)境的需求，主要通過三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。

　　1、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)做到高性能。良好的保溫、隔熱的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包括薄弱環(huán)節(jié)的高性能門窗配套。

　　2、有效的大幅提升所有建筑節(jié)能系統(tǒng)的效率。

　　3、利用再生能源，如太陽能、水資源合理利用及回收，有效減少化石能源的消耗。

　　具體來說，就是釆用各種節(jié)能技術(shù)，采用最佳的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)舒適環(huán)境，最大限度地提高建筑保溫（詞條“建筑保溫”由行業(yè)大百科提供）、隔熱性能，使建筑物對(duì)采暖和制冷需求降到最低，并通過各種技術(shù)手段如：新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用、采光太陽能利用、水循環(huán)系統(tǒng)的利用及回收等，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)舒適環(huán)境要求，最大限度的降低傳統(tǒng)式的采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，或是完全取消這類設(shè)施的解決方案。

　　由于我國的氣候條件地理環(huán)境與德國不一樣，不能完全照搬德國的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，要根據(jù)我國的氣侯狀況來建造超低能耗建筑，并制訂適合我國國情的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同區(qū)域超低能耗建筑節(jié)能要求。

　　一、超低能耗建筑性能確定的依據(jù)

　　1、人體對(duì)環(huán)境溫度的反應(yīng)

　　研發(fā)超低能耗建筑的設(shè)計(jì)，首先要討論室內(nèi)居住環(huán)境滿足人們工作、生活所需求的舒適度為重點(diǎn)，其影響因素主要是空氣溫度、相對(duì)濕度、氣流速度及平均輻射溫度。其核心點(diǎn)是室內(nèi)環(huán)境，使人在休息時(shí)能保持體溫在37℃左右，超過或低于2℃時(shí)，在短期內(nèi)還可忍受，若持續(xù)時(shí)間太長或體溫升降偏差太大時(shí)，就會(huì)損害健康，甚至危及生命，因此，在人類賴以生存的條件范圍內(nèi)，有一個(gè)較小的區(qū)間定為“舒適區(qū)”，在此條件下，人體熱調(diào)節(jié)機(jī)能的應(yīng)變最小。因此對(duì)建筑設(shè)計(jì)中的墻體厚度及保溫、屋面保溫和排水、門窗保溫及安裝方式、遮陽、水電氣的節(jié)能要求來實(shí)現(xiàn)。

　　早在40多年前，美國耶魯大學(xué)蓋奇等人就提出了人體熱感覺與環(huán)境、健康狀態(tài)的關(guān)系。

　　2、2009年德國提出的建筑釆暖能秏限額小于等于45Kwh/㎡a(即每平方米年能耗量)，關(guān)于超低能耗建筑釆暖限額小于等于15Kwh/㎡a，制冷能耗小于等于15Kwh/㎡a，這是建筑能耗最高標(biāo)準(zhǔn)，基本可以實(shí)現(xiàn)零能耗的建筑指標(biāo)，這些標(biāo)準(zhǔn)可以參考，并針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)。

　　3、室內(nèi)環(huán)境熱舒適度準(zhǔn)則

　　由于門窗是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，其傳熱系數(shù)難以達(dá)到外墻等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平，而且外窗是直接影響室內(nèi)環(huán)境的主要因素，故提出室內(nèi)環(huán)境熱舒適度準(zhǔn)則，使外門窗能夠達(dá)到這些要求。因此德國在建造超低能耗建筑時(shí)，提出對(duì)建筑總能耗保證熱舒適度的兩條準(zhǔn)則，應(yīng)是我國建造超低能耗建筑設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，具體如下：

　　第一、不論室外空氣溫度是多少，在控制能耗的情況下，應(yīng)保持室內(nèi)溫度為20℃，室內(nèi)表面平均溫度在設(shè)計(jì)條件下，高于17℃，否則在地面可能形成冷氣層，在窗邊會(huì)感覺不舒適。

　　第二，為了防止細(xì)菌生長，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度，人體感到舒適范圍內(nèi)，即30%～65%之間，即要求室內(nèi)溫度為20度時(shí)，室內(nèi)表面在相對(duì)濕度為65%時(shí)不產(chǎn)生結(jié)露，這時(shí)露點(diǎn)溫度為13.2℃，因此，內(nèi)表面溫度最低點(diǎn)位置應(yīng)保持在13℃以上。

　　二、超低能耗建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能分析

　　我國是多氣候區(qū)域，各地區(qū)氣候差異很大，并分為嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)，德國的氣侯比較單一，因此不能生搬硬套德國的指標(biāo)，對(duì)建筑節(jié)能提出能耗應(yīng)保證室內(nèi)熱舒適度的兩條準(zhǔn)則原理是應(yīng)當(dāng)借鑒學(xué)習(xí)的，根據(jù)這兩條準(zhǔn)則原理，結(jié)合我國的實(shí)際情況，以作為建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)，從建造室內(nèi)舒適小環(huán)境中。簡(jiǎn)單地講，可分為兩種作用的性能。一種是根據(jù)外界環(huán)境制定的性能指標(biāo)，如傳熱系數(shù)K值及抗風(fēng)壓性能，它控制室內(nèi)小環(huán)境的熱舒適度和安全。另一類是對(duì)室內(nèi)小環(huán)境舒適度的保證，如抗風(fēng)壓、氣密、水密、隔聲、防火（詞條“防火”由行業(yè)大百科提供）、抗沖擊、抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）、太陽能熱量獲得率及使用壽命等可作為定值的擇優(yōu)確定，因此除抗風(fēng)壓性能和傳熱系數(shù)K值要根據(jù)我國的氣候異常條件確定外，其余可基本采用德國的性能數(shù)據(jù)，包括窗的加工和安裝上墻要求。

　　針對(duì)抗風(fēng)壓性能按常規(guī)計(jì)算取值即可，而保溫性能則按熱傳導(dǎo)的基本原理，即可推導(dǎo)出我國各地區(qū)的傳熱系數(shù)指標(biāo)，其中針對(duì)寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)主要是防寒，夏熱冬暖地區(qū)是防熱輻射和防潮濕和結(jié)露，而夏熱冬冷地區(qū)則二者兼顧。

　　以嚴(yán)寒地區(qū)為例，大家都會(huì)有共同感覺是氣候干燥，而南方冬天因潮濕，其溫度雖然在零上10℃以內(nèi)，還是覺得很冷，但北方同樣溫度下，就不像南方那樣感覺很冷。因此在吸取德國兩條舒適度，準(zhǔn)則中，我們認(rèn)為采用溫度為20℃，由于室內(nèi)空氣干燥，窗內(nèi)表面溫度可低一些取16℃也不會(huì)有冷輻射感覺，其相對(duì)濕度取30%-55%以滿足舒適度為準(zhǔn)，減少了過度的要求。

　　按以上意見，準(zhǔn)則確定后，按穩(wěn)定傳熱條件來計(jì)算，即可推導(dǎo)出建筑外窗傳熱系數(shù)K值。即外窗的傳熱系數(shù)和防止結(jié)露的最低溫度表面的傳熱系數(shù)，按此兩個(gè)指標(biāo)和與其配套的性能的保證指標(biāo)，即可設(shè)計(jì)出超低能耗建筑用外窗的依據(jù)。

　　現(xiàn)舉嚴(yán)寒地區(qū)為例：

　　設(shè)室外溫度為t0，室內(nèi)溫度ti為20℃，窗內(nèi)壁平均溫度tib為16℃，相對(duì)濕度為55%計(jì)算，則室內(nèi)結(jié)露點(diǎn)溫度為10.7℃，這樣窗內(nèi)壁最低點(diǎn)溫度取≥11℃，則可求出K值，以滿足外界溫度的要求。

　　kw≤[(ti- tib).hi]/ (ti- t0)

　　上式中：

　　kw—窗的傳熱系數(shù)w/㎡.k

　　ti —室內(nèi)溫度K取20℃

　　t0 —室外溫度K

　　hi—窗內(nèi)表面換熱系數(shù)，取8 w/㎡.k

　　tib—窗內(nèi)壁平均溫度取16℃

　　若嚴(yán)寒地區(qū)某城市，冬季室外最低溫度為t0=-35 ℃，即可求出整窗的傳熱系數(shù)Kw值。

　　kw≤[(20- 16).8]/ [20-(-35)] ≤0.58 w/㎡.k

　　窗的薄弱環(huán)節(jié)部位的傳熱系數(shù)KL，應(yīng)保證內(nèi)壁薄弱點(diǎn)的溫度>11℃。

　　則KL<[(20- 11).8]/ [20-(-35)]<1.3 w/㎡.k

　　其他地區(qū)，均可按照以上原則，采用本地區(qū)熱舒適度取值，以確定窗的性能指標(biāo)。

超低能耗節(jié)能外窗

　　三、墻體和屋面保溫

　　關(guān)于墻體和屋面的保溫是很重要的，它做好了，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和安裝，并且能夠保證屋面和墻體厚度，實(shí)現(xiàn)保溫厚度應(yīng)大于300mm，對(duì)降低冬季采暖和夏季空調(diào)用電會(huì)有很大幫助，門窗作為外墻圍護(hù)中的重要組成部分，外門窗性能要求將更好的保證，根據(jù)目前國情，建議高層住宅建筑外窗安裝在洞口邊部，不建議采用外掛式的安裝，低層建筑高度不超過20m的可以采用外掛式安裝，通過節(jié)能附框與窗框連接，施工人員可以在室內(nèi)施工，降低施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　四、門窗的要求

　　超低能耗節(jié)能外門窗不同于常規(guī)門窗產(chǎn)品，外門窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材很重要，干法施工需要室內(nèi)外的防水透氣膜、EPDM板和室外窗臺(tái)板、窗套必不可少，防水和防結(jié)露各個(gè)區(qū)域都需要，由于我國地域遼闊，由不同的地域差異，門窗要求也有差異，針對(duì)極端氣候變化的適應(yīng)性更要考慮，保證建筑外門窗、幕墻要與建筑同壽命，從而減少建筑垃圾，對(duì)減少碳排放有幫助，所以要因地制宜結(jié)合不同區(qū)域氣侯來滿足超低能耗建筑外窗節(jié)能，對(duì)于門窗節(jié)能指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)看型材斷橋的寬度和高度和隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，并要求型材的傳熱系數(shù)，與建筑外門窗配置的玻璃、膠條的導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)，只有這樣才能更好的解決門窗的傳熱系數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)更真實(shí)。

　　1、我國區(qū)域遼闊，氣候區(qū)域分布廣泛，要針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖不同地區(qū)建議提高整窗的傳熱系數(shù)要求：

　　夏熱冬冷地區(qū)建議為1.00~1.30 w/㎡.k，考慮遮陽

　　嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)建議為0.80~1.00 w/㎡.k

　　夏熱冬暖地區(qū)建議1.30~1.50 w/㎡.k，考慮遮陽

　　四季溫暖地區(qū)為1.50~1.80 w/㎡.k

　　2.氣密性能建議小于或等于0.3~0.15m3/m.h，氣密性能直接影響保溫性能和安全性及舒適度。

　　3.在防水性能中，建筑外窗戶建議增加節(jié)能附框，實(shí)現(xiàn)干法安裝施工，增加室外側(cè)窗套和窗臺(tái)板，提高窗體保溫及防水、防滲漏、防腐（詞條“防腐”由行業(yè)大百科提供）等功能，與節(jié)能窗成為完整體系，材料選用3.0mm鋁合金型材或鋁板成型，并在規(guī)范中強(qiáng)制執(zhí)行，并處理好沿海地區(qū)抗臺(tái)風(fēng)、針對(duì)極端天氣對(duì)門窗的要求;

　　4.對(duì)窗戶的防盜和抗沖擊性能要求應(yīng)加強(qiáng)，型材、玻璃、五金件與窗，成品窗與洞口的連接配合中的使用，提高型材壁厚，建議塑窗型材壁厚大于3.0mm，同時(shí)腔體（詞條“腔體”由行業(yè)大百科提供）填充硬質(zhì)發(fā)泡，復(fù)合型材的拉伸和剪切應(yīng)力應(yīng)大于等于50N/mm，鋁型材節(jié)能窗壁厚提高2.0mm~2.2mm，材料質(zhì)量保證50年以上或與建筑同步;

　　5.防火窗是要考慮，有逃生通道或房間的獨(dú)立設(shè)計(jì);

　　6.門窗檢測(cè)不應(yīng)只對(duì)送樣負(fù)責(zé)，要對(duì)項(xiàng)目及產(chǎn)品負(fù)責(zé)，檢測(cè)方法要與實(shí)際相結(jié)合，對(duì)產(chǎn)品負(fù)責(zé)就是對(duì)用戶負(fù)責(zé);

　　五、太陽能和雨水的利用

　　太陽能光伏（詞條“太陽能光伏”由行業(yè)大百科提供）板在建筑上已有應(yīng)用，主要解決住宅用電問題，降低煤炭(石化)發(fā)電用量，對(duì)節(jié)能降耗作用貢獻(xiàn)很大，須大力推廣。

　　雨水處理和再利用，廢水這種技術(shù)目前國內(nèi)環(huán)保要求，國內(nèi)工廠已在廣泛應(yīng)用，雨水和廢水的處理和利用在建筑住宅方面推廣不夠，需加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和廣泛推廣應(yīng)用。

　　六、新風(fēng)的應(yīng)用

　　由于超低能耗建筑的保溫性能和氣密性能特別好，需要通過新風(fēng)系統(tǒng)解決室內(nèi)舒適度，通過新風(fēng)過濾、滅毒、殺菌、增氧、預(yù)熱（詞條“預(yù)熱”由行業(yè)大百科提供）(冬季)來保證室內(nèi)的空氣清新，同時(shí)保證

　　減少熱量損失，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量的適宜。

新風(fēng)系統(tǒng)的配置

　　七、結(jié)束語

　　超低能耗建筑，已成為我國建筑節(jié)能發(fā)展方向，而其建筑綠色節(jié)能設(shè)計(jì)制造也是其關(guān)健，我國超低能耗建筑已建成許多項(xiàng)目，如秦皇島的在水一方，哈爾濱的“辰能.溪樹庭院”，以及節(jié)能改造項(xiàng)目和特色鄉(xiāng)村新民居超低能耗建筑的應(yīng)用，積累了些經(jīng)驗(yàn)，為更廣泛推動(dòng)超低能耗建筑的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，需要更多方面努力并做出適合我國國情的超低能耗建筑及產(chǎn)品。

作者單位：上海茵捷建筑科技有限公司李江巖 李冠男