王飛帆 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源消耗過快所帶來的問題日益突出，全球變暖、南北極冰層融化、生物危機(jī)、極端氣候等無時(shí)無刻不在影響著全球的生態(tài)環(huán)境，因此各國對(duì)能源的高效利用、建筑節(jié)能的研究越來越深入。而我國地域遼闊，各地之間氣候差異大，總體來說北方建筑能耗主要體現(xiàn)在冬季采暖，而南方、長江以南地區(qū)則由于夏熱冬冷的氣候，生活中既需要考慮到夏季的消暑降溫，冬季又需要取暖，更增加了能源消耗，因此在這些夏熱冬冷地區(qū)的建筑節(jié)能更顯得尤為重要。

1 近零能耗建筑簡介及標(biāo)準(zhǔn)

近零能耗建筑是指在考慮經(jīng)濟(jì)合理的情況下，以被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)為主要方法，通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，在能源結(jié)構(gòu)上降低對(duì)常規(guī)能源的消耗，將可再生能源作為日常能源的補(bǔ)充的建筑。被動(dòng)房的概念內(nèi)容是德國教授于1989年提出的，其路線為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的提升；供暖需求低于 15KW·h/(m2·a)；采用新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。1992年德國提出了無源建筑概念，無源建筑是指不需要連接到外部能源基礎(chǔ)設(shè)施，將采集到的太陽能量的光能轉(zhuǎn)化為電能再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熱能的系統(tǒng)，并結(jié)合能量的存儲(chǔ)技術(shù)保證能源供應(yīng)的建筑類型，實(shí)際上這種建筑就是零能耗建筑。2015年的第21次聯(lián)合國氣候大會(huì)則首次將建筑節(jié)能作為單獨(dú)議題列出。

2012年我國通過引進(jìn)德國建筑節(jié)能技術(shù)，在河北等地建成了被動(dòng)式低能耗建筑示范項(xiàng)目。2017年又提出積極開展超低能耗建筑、近零能耗建筑的建設(shè)示范。2019年國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》指出，在適應(yīng)地區(qū)氣候特征、場地條件下，建筑采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)，降低建筑的供暖、空調(diào)和照明需求，充分利用可再生能源的同時(shí)用主動(dòng)式技術(shù)提高能源設(shè)備的效率和系統(tǒng)運(yùn)行的效率，實(shí)現(xiàn)在生活中消耗最少量能源的同時(shí)提供最舒適的居住環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)指出其建筑的能耗水平比國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低60%～75%以上[1]。

近零能耗建筑的居住能耗指標(biāo)參考表1。

2 建筑能耗影響因素分析

2.1 體形系數(shù)

建筑物體形系數(shù)即建筑物和室外大氣所接觸的外表面積與建筑物體積的比值，就是指建筑物的單位建筑體積上所分?jǐn)偟降呐c大氣接觸的外表面積。建筑物的體形系數(shù)越小越節(jié)能。有研究資料表明，建筑物體形系數(shù)每提高1%，會(huì)導(dǎo)致耗熱量指標(biāo)增長2.5%左右。因此減小建筑物的體形系數(shù)，能有效地減小建筑物與室外大氣的接觸面積，從而減少與外界的熱交換。在夏天能減少外界熱量輸入建筑物中，保證室內(nèi)涼爽，而在冬天能盡量保持熱量保留在建筑物內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)保溫。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要可以分為透明、不透明兩部分，主要有墻、屋頂、樓板、窗戶、天窗、陽臺(tái)門等。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑物中位置的不同，又可分為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)及內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中主要有外墻、屋頂?shù)?，可以抵御風(fēng)雨的侵襲、外界溫度的變化和抵御太陽輻射等，主要有保溫、隔熱、防水、防潮、耐火等功能。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、各部件組成、節(jié)能設(shè)計(jì)等方面都會(huì)對(duì)建筑的能耗、舒適性、空氣等室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)有很大的影響。只增加幾個(gè)百分點(diǎn)的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)投入，就能帶來幾倍甚至十幾倍的節(jié)能效果，可見建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)降低建筑物的能耗有顯著的效果。

2.3 建筑物門窗

建筑物門窗主要作用為通風(fēng)、遮陽，同時(shí)也是室外冷熱空氣入侵、陽光入射的主要入室通道，所以門窗是室內(nèi)熱量升高、降低的主要途徑，是近零能耗建筑設(shè)計(jì)的薄弱部位，所以門窗位置、材料使用的作用地位尤為突出。

夏熱冬冷地區(qū)近零能耗居住建筑能效指標(biāo) 表1

2.4 建筑物屋頂

建筑物屋頂受陽光直射，表面溫度要高于其他建筑結(jié)構(gòu)。尤其是頂層房間，在夏熱冬冷地區(qū)受影響更大，頂層房間的夏熱冬冷現(xiàn)象十分明顯。

3 夏熱冬冷地區(qū)近零能耗建筑技術(shù)措施

3.1 控制建筑物體形系數(shù)

在上述分析中可知，建筑物的體形系數(shù)的優(yōu)化，對(duì)建筑物節(jié)能的影響十分明顯，即建筑物體形系數(shù)每增加1%，建筑物熱量消耗指標(biāo)增加2.5%左右，所以應(yīng)進(jìn)行合理的建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)計(jì)上使建筑物平面外形盡量規(guī)整，減少外墻凹凸面的變化，即盡量減少外墻和空氣的接觸面積。比如同樣高度的建筑物，其平面形式為圓形、正方形、長方形時(shí)，對(duì)應(yīng)的建筑物體形系數(shù)依次增大。對(duì)于普通民用建筑，建筑物體形系數(shù)隨著建筑物長度、寬度、高度的增加，而不斷減小，但是減小幅度逐漸下降。建筑物的長寬比、朝向、偏角在很大程度上影響體形系數(shù)，當(dāng)偏角為90°時(shí)，南北朝向，長寬比越大，建筑物得熱越少，建筑物體形系數(shù)越好。立體布置方面可采用“前低后高”等高低錯(cuò)落的建筑方式，既可打破單調(diào)的建筑樣式，又利于優(yōu)化建筑物節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.2 合理調(diào)整建筑物平面布局

合理地設(shè)置建筑物布局，比如合理地設(shè)置電梯、機(jī)房等位置，利用非居住的空間來阻擋日照或者利用結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，利用空間自然通風(fēng)來降低溫度。通過空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用門窗、建筑物形成合適的風(fēng)路，誘導(dǎo)形成自然通風(fēng)，既能調(diào)節(jié)溫度，又能改善建筑內(nèi)空氣質(zhì)量。

3.3 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料優(yōu)化

通過改善優(yōu)化建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能，在夏季能有效阻擋外界熱量侵入室內(nèi)，在冬季可以保持室內(nèi)熱量不致流失。在材料選擇上可利用多孔洞粘土空心磚、新型節(jié)能磚、混凝土空心砌塊等，在保證建筑承重要求的基礎(chǔ)上兼顧建筑物的保溫隔熱性能。多孔粘土空心磚其生產(chǎn)過程中既能減少毀壞耕地，又能節(jié)省能耗，其自重輕，使用在建筑物中可減輕地基負(fù)載，所以更利于地基的處理和建筑物抗震。由于其空心結(jié)構(gòu)，因此更利于建筑物的保溫。

對(duì)于外墻體，采用外墻保溫隔熱技術(shù)，對(duì)建筑物進(jìn)行保溫隔熱設(shè)計(jì)。外墻保溫、隔熱技術(shù)的應(yīng)用，可以有效解決外墻熱橋的問題。在使用中比較成熟的外墻保溫技術(shù)方案主要有外貼聚苯板保溫、膠粉聚苯顆粒保溫漿料、夾心聚苯板外墻保溫等[2]。

3.4 建筑物門窗及屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑物門窗節(jié)能設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在合理控制窗墻比、提高門窗氣密性、改善門窗的保溫、隔熱性能等。合理減少在房屋的四面不同方向的墻體上開窗比例，適當(dāng)增加北側(cè)窗的面積能夠降低夏季太陽熱輻射的影響。提高外窗的氣密性，可以有效減少冬季、夏季室外冷熱空氣向室內(nèi)的滲透。具體措施如通過設(shè)置泡沫密封條，使用新型的窗體粘接材料，使用密封性能更好的門窗。另外可以使用鋼塑復(fù)合材料的窗體結(jié)構(gòu)，避免金屬窗體產(chǎn)生的冷（熱）橋，通過設(shè)置雙層玻璃、三層玻璃、中空玻璃等進(jìn)行保溫隔熱，并通過采用窗體玻璃鍍膜的方式減少夏季陽光直射帶來的熱量[3]。

在建筑物屋頂可以通過屋頂綠植、設(shè)置屋頂?shù)男钏?、設(shè)置屋頂定時(shí)噴水降溫系統(tǒng)以及設(shè)置屋頂?shù)耐L(fēng)隔熱層等方式來降低屋頂?shù)臏囟取?/p>

夏熱冬冷地區(qū)的居住建筑能耗參數(shù)可參考表2。

3.5 可再生能源的利用

可再生能源對(duì)于居住建筑中能源的補(bǔ)充，在近零能耗建筑中起著儲(chǔ)備能源的作用。如夏季在居住建筑樓頂可以布設(shè)太陽能板，如此不僅能改善頂層居民的居住環(huán)境的熱舒適性，還能充分利用太陽光進(jìn)行太陽能發(fā)電保證居住建筑內(nèi)的能源供應(yīng)。在居住建筑中還可利用地?zé)岜脼槭覂?nèi)制冷、制熱，地?zé)岜镁哂幸粰C(jī)多用、維護(hù)簡單等特點(diǎn)。與其他加熱或者制冷方式相比，地?zé)岜迷谀芎姆矫姹憩F(xiàn)極為突出，能有效地節(jié)約常規(guī)能源，充分利用地下水或地表水等低溫?zé)嵩?，與居住建筑內(nèi)的居住環(huán)境熱交換，實(shí)現(xiàn)生活中的制冷或制熱需求[4]。

夏熱冬冷地區(qū)近零能耗建筑的建筑參數(shù) 表2

4 近零能耗建筑的意義及未來展望

世界上能源消耗主要分布的三大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)、交通、建筑，所以控制建筑物能源消耗對(duì)于能源匱乏的國家來說極為重要。我國在近零能耗建筑方面積極地進(jìn)行探索嘗試和建設(shè)，尤其是對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)，其近零能耗建筑的設(shè)計(jì)對(duì)于我國整體近零能耗建筑建設(shè)有重大的意義作用。在建設(shè)過程中應(yīng)積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)技術(shù)路線和技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行符合國情和地區(qū)情況的轉(zhuǎn)化。在目前法律、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行近零能耗建筑的認(rèn)證、推廣等工作。借助目前產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇，積極推動(dòng)近零能耗建筑相關(guān)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)?？茖W(xué)制定建筑指導(dǎo)方案，引導(dǎo)市場完善相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套，制定長期的發(fā)展計(jì)劃，逐漸降低成本，推動(dòng)近零能耗建筑的市場化。

5 結(jié)語

綜上所述，近零能耗建筑不僅能有效降低能源消耗，保障國家能源安全，還能在建筑物的基本功能外通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化，在降低能耗的同時(shí)改善室內(nèi)居住環(huán)境。在近零能耗建筑的設(shè)計(jì)中應(yīng)該在掌握建筑使用者舒適性要求的基礎(chǔ)上充分考慮到以下幾點(diǎn)因素：建筑物體形系數(shù)、窗墻比、建筑物朝向偏角、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、門窗材料的選擇、可再生能源的利用等，以達(dá)到建筑近零能耗的目標(biāo)。