左雅麗，邵 爽

（同圓設計集團股份有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 264000）

隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重，建筑行業(yè)作為能源消耗和碳排放的主要來源之一，其節(jié)能減排的重要性不言而喻。超低能耗建筑作為一種具有高效節(jié)能、環(huán)?？沙掷m(xù)的建筑形式，逐漸受到廣泛關注。超低能耗建筑的節(jié)能潛力包括：降低能源消耗：超低能耗建筑通過采用先進的節(jié)能技術和設備，提高建筑物的保溫隔熱性能，減少能源消耗[1]。例如，使用高性能的保溫材料、優(yōu)化建筑結構設計和使用高效節(jié)能設備等。提升能源利用率：超低能耗建筑采用可再生能源和清潔能源，如太陽能、風能等，提高能源利用效率。同時，通過智能化的能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和高效利用。降低碳排放：超低能耗建筑通過減少化石能源的使用，降低碳排放。同時，采用低碳材料和低碳施工技術，減少建筑建設過程中的碳排放[2]?；诔湍芎慕ㄖ墓?jié)能潛力，開展對其技術路徑研究。

1 超低能耗建筑冷熱源系統(tǒng)方案選擇

建筑冷熱源常見方案包括：①熱泵型風冷冷熱水機組；②變制冷劑流量系統(tǒng)；③燃氣鍋爐+水冷式冷水機組；④太陽能與地源熱泵復合式系統(tǒng)。針對上述4種方案，選擇出最具超低能耗性能的冷熱源方案。采用層次分析的方法，按照圖1中各項指標，實現(xiàn)對4種方案的綜合比選。

圖1 層次分析結構圖

采用AHP（Analytic Hierarchy Process）方法構建了該系統(tǒng)的分級體系。通過對該系統(tǒng)的分層分析，可以得到一個對建筑冷熱源方案綜合評價的體系。在此基礎上，構建判斷矩陣：

式中：A代表判斷矩陣；aij代表某一項指標。通過9級互反標度的方式，對判斷矩陣中各因素在決策中相對重要性進行表征。

在得到了以上的評判矩陣之后，需要根據AHP的相應要求，對其進行一致性檢查，檢查的方法已經在AHP的有關介紹中作了相應的解釋[3]。在一致性測試的基礎上，利用特征量的方法，確定了各個指標的對應權重。在實際應用中，利用mata對判斷矩陣進行特征值和特征矢量的運算，并利用特征矢量來確定各個因子的權重。為了增強評判矩陣的科學性，本文采用調研的方法，向業(yè)內資深專家征詢了有關因素的權重。

根據相應算法，得到各個方案中各項因素相對優(yōu)的隸屬度值[4]。由于所選擇的指標均為成本型指標或收益型指標，因此，只需要從這兩個方面確定相應的隸屬度。其中，成本型指標的隸屬度函數(shù)為：

式中：rij代表成本型指標的隸屬度；vij代表實際值；vimin代表某一因素i屬性值的下限值；vimax代表某一因素i屬性值的上限值。對于經濟型指標，其隸屬度函數(shù)為：

在此基礎上，結合隸屬度最大原則，得出4項方案的隸屬度從大到小的排列順序為：V4（方案④隸屬度）＞V3（方案③隸屬度）＞V2（方案②隸屬度）＞V1（方案①隸屬度）。綜合上述得到的結果，選擇將第4種方案作為超低能耗建筑冷熱源系統(tǒng)方案。

2 超低能耗建筑節(jié)能潛力分析

為詳細分析超低能耗建筑的節(jié)能潛力，選擇將某地區(qū)19層居住建筑模型作為研究對象，在基準條件下和高性能圍護結構條件下進行對能源消耗的模擬[5]。在基準條件下，建筑的冷熱源設備參數(shù)記錄如表1。

表1 基準條件下建筑冷熱源設備參數(shù)表

根據上述設定，得到如圖2所示的基準條件下建筑能耗模擬模型。

圖2 基準條件下建筑能耗模擬模型

為了進一步完善能耗模擬模型，將末端全面每小時負荷數(shù)據作為外部數(shù)據引入其中。這些數(shù)據為模型提供了更為精確的能耗動態(tài)信息，使得模擬結果更為接近實際情況。

超低能耗建筑在冷熱源的選擇上采用了高能效的分體空調進行供冷。分體空調作為一種高效、節(jié)能的冷熱源設備，在超低能耗建筑中得到了廣泛的應用[6]。為了確保模擬計算的準確性，在冷源分體空調的能效選擇上采用了1級能效。這意味著該設備在提供冷量的同時，能夠實現(xiàn)更低的能耗，從而達到超低能耗的目標。

在能源消耗模擬計算的過程中，我們根據表2中的內容對超低能耗建筑冷熱源設備參數(shù)進行了詳細設置。這些參數(shù)包括設備的型號、規(guī)格、能效等級、運行模式等，它們共同決定了設備的能耗和性能表現(xiàn)。通過合理的參數(shù)設置，我們能夠確保模擬計算的準確性和可靠性，為后續(xù)的節(jié)能優(yōu)化提供有力的支持。

表2 超低能耗建筑冷熱源設備參數(shù)設置表

根據上述參數(shù)設置，得到如圖3所示的超低能耗建筑能耗模擬模型。

圖3 超低能耗建筑能耗模擬模型

通過模擬，得到建筑基準與超低能耗模型全年能耗模擬結果對比圖，如圖4所示。

圖4 建筑基準與超低能耗模型全年能耗模擬結果對比

從圖4中可以清晰地看到，基準建筑的能耗在全年中占據了絕對的主導地位，占比90%以上。這意味著除非采取有效的節(jié)能措施，建筑的大部分能耗都來自于基準建筑。

然而，對于那些采用了高性能圍護結構的建筑，情況發(fā)生了顯著的變化。它們的能耗相較于基準建筑有了明顯的下降，下降幅度接近50%。這一數(shù)據強有力地證明了高性能圍護結構在節(jié)能方面的巨大潛力。

除了圍護結構的改進，高性能冷熱源設備也為降低能耗作出了顯著貢獻。與基準建筑相比，采用了這些設備的建筑，其能耗被有效地控制為70%～80%。這意味著通過技術的進步和設備的更新，建筑物的能耗可以大幅度降低。

此外，高效的圍護結構和排風熱回收措施也為減少空調的能量消耗發(fā)揮了關鍵作用。通過這些措施，空調的能耗得以顯著減少，進一步證明了在建筑節(jié)能中，綜合運用各種技術和措施的重要性。

3 技術應用與建筑能耗實測驗證

在實地勘察的基礎上，采取隨機抽樣的方式，在一套高層住宅的北側臥室外墻面上進行布點試驗。選擇符合規(guī)范規(guī)定的墻體面積為試驗區(qū)，在墻內設置兩個測溫儀（熱電偶）和兩個熱通量測板；在墻的外部設置了一個溫度測量點（熱電偶）。依據住宅建筑節(jié)能試驗規(guī)范，結合實際試驗情況，對采集到的巡檢儀資料進行分析、篩選，選擇48 h的全部數(shù)據，在此階段試驗環(huán)境較為穩(wěn)定。求出墻體的熱阻為66.90 m2·k/W；換算為外墻換熱系數(shù)0.14 m2·k/W。結果表明，該設計值滿足并超過了設計指標。

利用紅外熱像儀對試驗室、試驗室進行全局攝像及局部攝像，確定各測點的最低溫測點，并在室內布設溫差電偶，逐時記錄、分析。試驗目標與工作原理：依據紅外熱像理論，采用紅外熱像分析法，測定建筑圍護結構的內外表面最低溫點處，并設置熱電偶作為測溫裝置。試驗范圍應優(yōu)先選取墻角、外墻及屋面結合部等關鍵部位。

該示范樓的外墻無明顯的熱工缺陷，最易產生熱橋的地方是墻角處、窗框等連接處的溫度與整個建筑物的平均溫度差為1～3℃。在試驗中，我們在外墻上選取了一個溫度相對較低的位置，并將其安裝在一個溫度比較低的地方。

外圍護結構熱橋部分內表面的溫度評價可以按照下述公式進行：

式中：θI代表熱橋部分在室內和室外環(huán)境中的內表面溫度；tdi代表室內計算溫度；trm代表受監(jiān)測房間室內平均溫度；θIm代表熱橋部位內表面溫度逐時值算數(shù)平均值；tem代表室外空氣逐時值算數(shù)平均值；tde代表圍護結構冬季室外計算溫度。

通過上述公式計算可以得出，建筑壁面最低點折算溫度高于露點溫度，因此，不會出現(xiàn)結露的情況。在此基礎上，對建筑物外部整體的熱成像進行分析，建筑不透光墻體具有較好的熱工特性，且不透光墻體內部溫度分布均勻，窗緣與主體部位的溫差為1～3℃，隔熱效果好，不存在明顯的熱工問題。

通過實測驗證，對外墻的換熱系數(shù)進行了詳細的對比和分析。在這次測試中，發(fā)現(xiàn)外墻的換熱系數(shù)為0.14 W/m2·k，這個數(shù)值與居住建筑節(jié)能設計標準規(guī)定的0.55 W/m2·k相差甚遠。但與建筑設計值0.15 W/m2·k的實測值相吻合。這一結果表明，在設計上，外墻的設計值比現(xiàn)行規(guī)范的要求更為嚴格，且經過實際測試，外墻的換熱性能完全符合設計要求。

此外，還注意到室內熱橋表面的平均溫度高于露點溫度。這意味著在正常條件下，熱橋表面不會出現(xiàn)結露的情況。這樣的結果表明，在建筑設計中，已經充分考慮了防結露的問題，從而保證了建筑的舒適度和安全性。

最后，對非透明圍護結構的保溫性能進行了評估。通過測試和分析，發(fā)現(xiàn)非透明圍護結構的保溫性能表現(xiàn)良好，沒有明顯的熱工缺陷問題。這再次證明了建筑設計的科學性和有效性。

綜上所述，通過實測驗證，證實了上述提出的技術應用路徑下得到的超低能耗建筑，在設計、材料和施工等方面的合理性，并確認了其節(jié)能效果和安全性，這為類似的建筑項目提供了有益的參考和借鑒。

4 結語

超低能耗建筑作為一種前沿的建筑形式，展現(xiàn)了高效節(jié)能和環(huán)?？沙掷m(xù)的特性。在當今全球能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的大背景下，超低能耗建筑具有巨大的節(jié)能潛力和市場前景。通過采用一系列先進的技術路徑，超低能耗建筑能夠顯著降低建筑物的能源消耗。除了技術路徑，管理手段也是實現(xiàn)超低能耗的重要環(huán)節(jié)。通過制定科學合理的能耗標準和規(guī)范，建立有效的能耗監(jiān)測和評價體系，以及推廣節(jié)能意識和教育，可以促進建筑行業(yè)的綠色發(fā)展和社會的可持續(xù)發(fā)展。

超低能耗建筑不僅能夠為業(yè)主帶來長期的經濟效益，還能為社會創(chuàng)造巨大的環(huán)境效益。它不僅可以減少能源消耗和碳排放，還能提高建筑物的舒適度和居住質量。因此，超低能耗建筑將成為未來建筑行業(yè)的重要趨勢，對于推動全球的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。