劉 群， 史坤亮， 劉澤天

(臨沂大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東臨沂 276005)

在全社會(huì)終端總能耗中建筑能耗占有的比例約為30 %～40 %，建筑將逐漸超過(guò)其它行業(yè)成為用能的主要增長(zhǎng)因素。而我國(guó)既有建筑70 %以上為高能耗建筑，據(jù)統(tǒng)計(jì)，房子住得寬敞后，建筑用能支出占家庭生活支出28 %，很多居民都希望建筑用能成本能夠降低，因此建筑節(jié)能工作潛力很大。

被動(dòng)式超低能耗建筑(簡(jiǎn)稱(chēng)“被動(dòng)房”)是各種建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的集大成者，1991年在德國(guó)的達(dá)姆施塔特建成了第一座“被動(dòng)房”建筑， 在建成至今的十幾年里， 一直按照設(shè)計(jì)的要求正常運(yùn)行，取得了很好的效果?！氨粍?dòng)房”的建筑方式不受樓宇類(lèi)型的限制，包括辦公樓宇、住房、校舍、體育館以及工業(yè)用房。目前共計(jì)有6 000多棟被動(dòng)房在德國(guó)、奧地利、瑞士和意大利投入使用，被動(dòng)式房屋在歐洲正以每年8 %速度遞增，國(guó)外被動(dòng)房建設(shè)的實(shí)踐證明，與普通建筑相比，被動(dòng)房節(jié)能可達(dá)90 %以上。目前我國(guó)已在北京、天津、濟(jì)南、青島等地建設(shè)了多棟被動(dòng)房。被動(dòng)房的建筑節(jié)能技術(shù)研究對(duì)我國(guó)改善民生和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。

以魯南某高校留學(xué)生公寓為例，結(jié)合魯南地區(qū)的氣候、光照、人文、當(dāng)?shù)厣盍?xí)慣等特點(diǎn)，具有魯南地區(qū)建筑節(jié)能風(fēng)格與特點(diǎn)，探討被動(dòng)式超低能耗建筑采用的高效節(jié)能措施。

1 工程概況

臨沂大學(xué)坐落在風(fēng)景秀美的臨沂市，校園由美國(guó)EDSA公司融合了美國(guó)斯坦福大學(xué)校園規(guī)劃理念設(shè)計(jì)而成。即將建設(shè)的留學(xué)生公寓位于南北向主干路東側(cè)，已經(jīng)由山東省住建廳組織并獲建設(shè)部中德合作建設(shè)立項(xiàng)，同時(shí)獲得省財(cái)政部分資金支持。項(xiàng)目按照被動(dòng)式低能耗綠色建筑要求設(shè)計(jì)，由德方專(zhuān)家技術(shù)把關(guān)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)德方專(zhuān)家的認(rèn)可。

外國(guó)留學(xué)生樓設(shè)置留學(xué)生公寓80套，建筑面積約5 044.5 m2，地上6層。其中，單人間30套，雙人間50套，每間使用面積約30 m2。每層樓設(shè)有公共廚房，1層設(shè)兩個(gè)活動(dòng)室。

2 節(jié)能措施

留學(xué)生公寓按照被動(dòng)式低能耗建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)考慮了建筑風(fēng)格、外墻外保溫、外窗、外遮陽(yáng) 、室內(nèi)隔聲減噪、衛(wèi)生間同層排水 、采用LED節(jié)能燈具 、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)(包括新風(fēng)、冷熱風(fēng)、熱回收系統(tǒng)等)。

2.1 建筑設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

立面設(shè)計(jì)中，盡量將立面風(fēng)格與校園現(xiàn)有風(fēng)格協(xié)調(diào)一致，故采用與現(xiàn)有風(fēng)格相同色調(diào)的材質(zhì)，同時(shí)采用線(xiàn)腳、對(duì)稱(chēng)手法進(jìn)行立面設(shè)計(jì)?？紤]到項(xiàng)目作為被動(dòng)房，對(duì)于外墻和外窗的傳熱系數(shù)、熱橋損失、氣密性及熱回收率都有極高的要求，因而減少了不必要的裝飾構(gòu)件并結(jié)合立面設(shè)置外遮陽(yáng)百葉，采用無(wú)熱橋的構(gòu)造，支架與主體結(jié)構(gòu)斷開(kāi)，中間填充保溫材料；門(mén)窗洞口和填充墻全面抹灰，采用專(zhuān)用密封膠帶封堵，以保證其氣密性；外墻、屋面、首層地面、外窗及外門(mén)分別選用石墨聚苯板、擠塑聚苯板、三玻雙Low-E中空充氬氣等保溫節(jié)能材料。

為了強(qiáng)調(diào)本案被動(dòng)房“相似而具有鮮明特色”的特點(diǎn)，在立面設(shè)計(jì)中著重強(qiáng)調(diào)了景觀電梯的設(shè)計(jì)以及西南山墻光伏板的設(shè)計(jì)，在重視被動(dòng)式、綠色、科技感、整體性的同時(shí)，也使其更好的融入校園整體風(fēng)格中。

2.2 暖通設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

在對(duì)建筑進(jìn)行逐時(shí)負(fù)荷分析的基礎(chǔ)上，采用建筑一體化空氣流太陽(yáng)能熱泵冷暖空調(diào)系統(tǒng)，整體能效比提高，空調(diào)節(jié)能控制(包括新風(fēng)、冷熱風(fēng)、熱回收系統(tǒng)等)及計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)使得能源的計(jì)量更加精確。

空調(diào)系統(tǒng)冷熱源采用“建筑一體化空氣流太陽(yáng)能熱泵冷暖系統(tǒng)”(圖1)。

圖1 “建筑一體化空氣流太陽(yáng)能熱泵冷暖系統(tǒng)” 原理

該技術(shù)提出了空氣源熱泵機(jī)組和水源熱泵機(jī)組集合成一體的思路，研發(fā)了空氣源熱泵機(jī)組為一級(jí)熱泵系統(tǒng)，水源熱泵機(jī)組為二級(jí)熱泵系統(tǒng)的雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)，將空氣能、太陽(yáng)能熱利用技術(shù)和蓄熱技術(shù)集合成一體，實(shí)現(xiàn)了高效供熱的集成系統(tǒng)，優(yōu)化了流程分配，獲得了更好的空氣源熱泵機(jī)組的化霜效果，顯著提高了制熱能力。改變了空氣源熱泵和水源熱泵的運(yùn)行工況，空氣源熱泵又與陽(yáng)光集熱室(冬初、冬末時(shí)空氣源熱泵的蒸發(fā)溫度能提高10℃，寒冷天氣空氣源熱泵的蒸發(fā)溫度也能提高3～5℃)結(jié)合，整體能效比大大提高。

空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+新風(fēng)形式，新風(fēng)機(jī)組設(shè)于每層新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，具有調(diào)濕及排風(fēng)熱回收功能，要求排風(fēng)熱回收效率不少于75%。每層典型房間內(nèi)設(shè)CO2探測(cè)器，當(dāng)CO2的濃度高于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)組，以滿(mǎn)足室內(nèi)衛(wèi)生要求。

機(jī)房層設(shè)計(jì)是用鋼結(jié)構(gòu)將太陽(yáng)能板架空，形成屋頂?shù)耐暾臻g，進(jìn)行屋頂綠化。這一設(shè)計(jì)不僅增加了整體項(xiàng)目的綠化率，還充分利用屋頂面積，為外國(guó)留學(xué)生提供了一個(gè)室外的活動(dòng)空間，便于留學(xué)生課后時(shí)間交流、娛樂(lè)。而架空的太陽(yáng)能還提供一定的遮陽(yáng)避暑效果，降低了陽(yáng)光直射屋頂所形成的頂層炎熱效果，更加節(jié)能環(huán)保。在樓體的整體效果上，屋頂綠化、太陽(yáng)能架空使屋頂?shù)臋C(jī)房層不再突兀出現(xiàn)在整體建筑之上，更好的和樓體整體效果及用地綠化所融合。

2.3 給排水設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

在給排水設(shè)計(jì)中，生活熱水采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，人工濕地系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)和綠色灌溉系統(tǒng)等的運(yùn)用達(dá)到節(jié)水的目的。

生活熱水采用屋頂集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，采用全玻璃真空管型集熱器，該產(chǎn)品技術(shù)成熟，防凍性好，造價(jià)相對(duì)低廉，可降低太陽(yáng)能系統(tǒng)初投資。集中輔熱的熱源從節(jié)能角度，建議采用燃?xì)廨o熱(圖2)。

圖2 給排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)

3 結(jié)論

面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染，與普通標(biāo)準(zhǔn)的房屋相比，被動(dòng)式房屋能耗更低、碳排放更少，幾乎不與外界進(jìn)行熱交換，可節(jié)能80 %以上，被認(rèn)為是先進(jìn)的節(jié)能建筑之一。同時(shí)，被動(dòng)式建筑在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)方面也將大有作為，是未來(lái)建筑節(jié)能的重要途徑。通過(guò)山東魯南地區(qū)某高校被動(dòng)房高效節(jié)能措施研究，為魯南地區(qū)當(dāng)代民用建筑設(shè)計(jì)中的高效節(jié)能措施提供借鑒和參考。