超低能耗綠色建筑設(shè)計(jì)與案例分析—— 中新天津生態(tài)城公屋展示中心！

1 引 言

全球范圍內(nèi)建筑運(yùn)行能耗占全社會(huì)終端能耗的平均比例約30%。相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，廣義的建筑能耗總量占社會(huì)總能耗的50%左右，同時(shí)排放的二氧化碳約占全社會(huì)總排放量的50%。建筑能耗的不斷增長(zhǎng)引起了各國(guó)的高度重視，為此許多國(guó)家不僅制定了節(jié)能法，還專門制定了一系列建筑節(jié)能法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，且不斷修訂。

早在1979年，在加拿大和北歐國(guó)家，特別是瑞典，就提出了“低能耗建筑”（Low Energy Building, 簡(jiǎn)稱LEB）的概念。在國(guó)際上對(duì)低能耗房屋比較公認(rèn)的理解是：低能耗房屋就是在現(xiàn)有的耗能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將單位面積的年采暖能耗量減少一半。例如在瑞典，低能耗房屋就是每平方米年采暖耗能量不高于70kWh。

目前國(guó)際有關(guān)文獻(xiàn)中，又常常使用更為準(zhǔn)確的定義，即：低能耗房屋就是單位使用面積單位采暖度日數(shù)的年采暖耗能量為0.02 kWh/(m2?Kd)。盡管各地的氣候條件和采暖標(biāo)準(zhǔn)（室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度）有所不同，如圖1所示，但這樣的定義則能夠比較統(tǒng)一地表達(dá)房屋的保溫性能。低能耗建筑通常特點(diǎn)包括：良好的保溫、節(jié)能窗、熱回收、可再生能源利用。歐洲建筑性能指南（Energy Performance of Buildings Directive，簡(jiǎn)稱EPBD）在2008 年對(duì)17 個(gè)歐洲國(guó)家進(jìn)行的調(diào)查顯示，各國(guó)的LEB 概念包括“低能耗建筑”、“高性能房屋”、“被動(dòng)式房屋”、“節(jié)能住宅”、“三升油住宅”等。

圖1 歐洲低能耗建筑的定義與數(shù)值

歐洲幾個(gè)主要國(guó)家有關(guān)本國(guó)低能耗建筑的發(fā)展目標(biāo)及政策，如表1所示。

表1 歐洲主要國(guó)家低能耗建筑的發(fā)展目標(biāo)及相關(guān)政策

國(guó)家

發(fā)展目標(biāo)及政策

奧地利

自2015年起，只有被動(dòng)式建筑可享受補(bǔ)貼

丹麥

到2020年，所有新建建筑比2006年標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能75%。具體步驟為：到2010年，節(jié)能25%；到2015年，節(jié)能50%

芬蘭

到2010年，節(jié)能30%~40%；到2015年，被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)

法國(guó)

到2020年建筑運(yùn)行不可再采用化石燃料

匈牙利

2020年新建建筑零能耗

愛(ài)爾蘭

2010年節(jié)能60%，2013年零能耗建筑

新西蘭

2010年節(jié)能25%，2015年節(jié)能50%，2020年零能耗

英國(guó)（英格蘭和威爾士）

2013年基本達(dá)到被動(dòng)房水平，2016年零能耗

瑞典

以1995年建筑總能耗為標(biāo)準(zhǔn)，2020年節(jié)能20%，2050年節(jié)能50%

自上世紀(jì)80年代至今我國(guó)的建筑節(jié)能取得了巨大成就，居住建筑（北方采暖地區(qū)）節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求（三步節(jié)能）已接近發(fā)達(dá)國(guó)家；公共建筑單位面積建筑能耗（二步節(jié)能）低于發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是北美。然而我國(guó)建筑總量巨大，未來(lái)20年內(nèi)每年都將會(huì)增加20億平方米建筑；按目前的單位面積建筑能耗水平，分配給建筑領(lǐng)域的一次能源不足以支撐預(yù)期的建筑總量；由此，需進(jìn)一步降低單位建筑面積能耗，實(shí)現(xiàn)建筑能耗總量的增加速度明顯低于建筑總量的增加速，為此需要超低能耗建筑。我國(guó)低能耗建筑也宜開(kāi)展十余年，2008～2009年住建部共評(píng)選了46項(xiàng)低能耗示范項(xiàng)目，居住建筑27項(xiàng)，公共建筑19項(xiàng)，面積分別約為542萬(wàn)m2、101萬(wàn)m2。其中北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)26個(gè)項(xiàng)目，約占項(xiàng)目總數(shù)的56%。

目前，國(guó)內(nèi)外建造超低能耗建筑逐漸成為趨勢(shì) ，認(rèn)識(shí)逐漸清晰：

（1）在有采暖需求的區(qū)域建設(shè)更容易實(shí)現(xiàn)超低能耗目標(biāo)；

（2）公共建筑實(shí)現(xiàn)超低能耗目標(biāo)非常不容易，如果再加上造價(jià)合理就更不容易；

（3）實(shí)現(xiàn)建筑的超低能耗目標(biāo)需要：

1）優(yōu)化的設(shè)計(jì)，基于能耗目標(biāo)，同時(shí)考慮技術(shù)成本；

2）高效率的用能設(shè)備，勿以善小而不為；

3）良好的施工與測(cè)試和調(diào)試，實(shí)踐中調(diào)試做的非常不理想；

4）到位的運(yùn)行管理，責(zé)任心+專業(yè)+監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。

（4）實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑的基本技術(shù)路線：被動(dòng)優(yōu)先+主動(dòng)優(yōu)化+應(yīng)用可再生能源。

建筑物在其建造、使用、拆除等全壽命期內(nèi)需要消耗大量資源和能源，同時(shí)往往還會(huì)造成對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。為此，在實(shí)現(xiàn)建筑超低能耗的同時(shí)，應(yīng)追求綠色建筑，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生。

2 超低能耗綠色建筑設(shè)計(jì)方法

建筑師在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中主動(dòng)地合理利用各種保溫隔熱措施以及自然通風(fēng)、遮陽(yáng)等設(shè)計(jì)手段以適應(yīng)地區(qū)氣候特點(diǎn)，節(jié)約能源、利用太陽(yáng)能等可再生能源，是建筑節(jié)能的主要途徑。建筑能耗的控制體現(xiàn)在兩方面，一是降低能量需求，一是努力改變能源結(jié)構(gòu)，提高可再生能源的貢獻(xiàn)率。

2.1 合規(guī)設(shè)計(jì)

目前的建筑設(shè)計(jì)，以合規(guī)設(shè)計(jì)為主，主要表現(xiàn)為滿足各種國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，但實(shí)際建成建筑的能耗往往偏離設(shè)計(jì)值。為此，需要轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念、調(diào)整設(shè)計(jì)邏輯、豐富設(shè)計(jì)工具，具體表現(xiàn)在：

（1）合規(guī)設(shè)計(jì)（或稱為處方式設(shè)計(jì)） → 有能耗限值的設(shè)計(jì) —— 基于能耗限值的性能化設(shè)計(jì) → 設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑的能耗進(jìn)行量化控制；合規(guī)設(shè)計(jì)，易于操作、易于評(píng)價(jià)，表現(xiàn)為相互關(guān)聯(lián)的整體分解為眾多“條目”（規(guī)范條文），但存在按節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，卻沒(méi)有充分節(jié)能；較多的設(shè)計(jì)以對(duì)標(biāo)為根本，雖然以節(jié)能技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)但不關(guān)注建筑的能耗表現(xiàn)；節(jié)能技術(shù)孤立堆砌，而非適用節(jié)能技術(shù)的整合。

（2）按專業(yè)劃分的孤立設(shè)計(jì) → 圍繞 建筑功能與能耗目標(biāo)的整合設(shè)計(jì)；

（3）單項(xiàng)直達(dá)的設(shè)計(jì)邏輯 → 循環(huán)迭代的設(shè)計(jì)邏輯

（4）模擬分析工具 —— 性能化設(shè)計(jì)的必要工具，貫穿設(shè)計(jì)的全過(guò)程，特別是方案與初步設(shè)計(jì)階段，不再是“花瓶”

2.2 性能化設(shè)計(jì)

性能化設(shè)計(jì)是基于能耗目標(biāo)與模擬分析的超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法，主要包括以下內(nèi)容：首先確定實(shí)現(xiàn)超低能耗的能耗目標(biāo)與技術(shù)路線，通過(guò)建筑能耗動(dòng)態(tài)模擬分析，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)、合理組合被動(dòng)節(jié)能技術(shù)、確定建筑供暖、空調(diào)、照明的負(fù)荷與計(jì)算周期內(nèi)的能量需求；根據(jù)使用要求確定生活用熱能量需求；根據(jù)各用能系統(tǒng)的能耗權(quán)重與節(jié)能技術(shù)成本，篩選主動(dòng)節(jié)能技術(shù)；根據(jù)能源條件、技術(shù)支撐及其非技術(shù)因素的可實(shí)施性，確定利用能源的類型與利用方式；將以上分析結(jié)果整合成完整的建筑過(guò)程設(shè)計(jì)。

性能化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以能耗限值為目標(biāo)的節(jié)能技術(shù)優(yōu)化整合，避免了技術(shù)采用的盲目性，提高了節(jié)能投資收益，實(shí)現(xiàn)能耗限值下的節(jié)能投資成本最低或固定節(jié)能投資成本下的節(jié)能最大化；但存在設(shè)計(jì)難度大，周期長(zhǎng)；設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)難度高，即性能化設(shè)計(jì)的體現(xiàn)為：不規(guī)定具體的節(jié)能措施組合，只強(qiáng)調(diào)建筑的最終能耗表現(xiàn)，具體表現(xiàn)為：

（1）控制單項(xiàng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最低傳熱系數(shù) → 建筑物整體能耗的控制；

（2）千篇一律的節(jié)能技術(shù)組合 → 形成適合項(xiàng)目當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)建筑節(jié)能技術(shù)體系；

（3）不論節(jié)能投資收益的技術(shù)展示 → 基于全生命期成本的適宜技術(shù)優(yōu)化集成。

建筑首先應(yīng)基于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、環(huán)境資源與能源狀況，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的勘察，氣象資料的分析可以獲得場(chǎng)地的詳細(xì)信息；其次，應(yīng)對(duì)建筑的功能需求進(jìn)行詳細(xì)的界定，確定建筑系統(tǒng)的能量需求，同時(shí)分析通過(guò)被動(dòng)式技術(shù)可以解決的部分；第三，根據(jù)上述，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、經(jīng)濟(jì)水平等，選擇適宜高效的主動(dòng)式能源系統(tǒng)，既充分考慮了被動(dòng)式的節(jié)能效果，又提升了系統(tǒng)整體的能效水平；第四，通過(guò)用戶測(cè)節(jié)能，即運(yùn)行管理技術(shù)，確保各個(gè)技術(shù)措施都落在實(shí)處，確實(shí)降低了建筑的能耗，性能化建筑設(shè)計(jì)的流程，如圖2所示。

圖2 超低能耗建筑設(shè)計(jì)流程

3 超低能耗綠色建筑技術(shù)

3.1 概述

世界和我國(guó)都在通過(guò)低能耗、超低能耗、零能耗示范建筑，探索實(shí)現(xiàn)建筑超低能耗、接近零能耗、乃至零能耗的技術(shù)途徑。已有的實(shí)踐表明，通過(guò)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)降低建筑能耗需求，提高建筑設(shè)備的運(yùn)行效率降低能耗水平，最大限度利用可再生能源滿足與平衡建筑能耗需求，建設(shè)超低能耗甚至零能耗建筑僅從技術(shù)角度是可能。但技術(shù)的可能不等于技術(shù)經(jīng)濟(jì)及綜合其他因素的可行，例如國(guó)內(nèi)目前示范項(xiàng)目暴露的突出問(wèn)題之一就是雖然技術(shù)可行，但由于堆砌了過(guò)多的單項(xiàng)節(jié)能技術(shù)而造價(jià)過(guò)于高昂。過(guò)于高昂的造價(jià)，勢(shì)必影響此類建筑的推廣。

超低能耗綠色建筑技術(shù)體系，第一層面的節(jié)能是被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，其核心理念強(qiáng)調(diào)直接利用陽(yáng)光、風(fēng)力、氣溫、濕度、地形、植物等場(chǎng)地自然條件，通過(guò)優(yōu)化規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑在非機(jī)械、不耗能或少耗能的運(yùn)行模式下，全部或部分滿足建筑采暖、降溫及采光等要求，達(dá)到降低建筑使用能量需求進(jìn)而降低能耗，提高室內(nèi)環(huán)境性能的目的。被動(dòng)式技術(shù)通常包括自然通風(fēng)，天然采光，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱、遮陽(yáng)、集熱、蓄熱等方式。

第二層面是主動(dòng)式技術(shù)，是指通過(guò)采用消耗能源的機(jī)械系統(tǒng)，提高室內(nèi)舒適度，通常包括以消耗能源為基礎(chǔ)的機(jī)械方式滿足建筑 采暖、空調(diào)、通風(fēng)、生活熱水等要求，其核心是提高用能系統(tǒng)效率、減少能源消耗；

第三是可再生能源利用技術(shù)，如太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能供暖、太陽(yáng)能光伏、風(fēng)力發(fā)電、地源熱泵等，雖然其也是主動(dòng)式技術(shù)，但是針對(duì)其消耗的是可再生能源，為此對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)分析，其核心是環(huán)保、可持續(xù)；這些技術(shù)的實(shí)施，最終目的是確保建筑的超低化石能源能耗。

超低能耗綠色建筑技術(shù)體系的邏輯關(guān)系，如圖3所示。

圖3 超低能耗建筑技術(shù)體系

3.2 被動(dòng)式技術(shù)

“被動(dòng)式”節(jié)能技術(shù)主要可以分為兩部分，一部分是根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和場(chǎng)地情況進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的合理布局，進(jìn)而降低建筑本體的能量需求；另一部分是采用符合建筑所在的地區(qū)地理氣候、人為的構(gòu)造手段，結(jié)合建筑師們的巧妙構(gòu)思，降低建筑自身用能。其主要目標(biāo)是以非機(jī)械或電氣設(shè)備干預(yù)手段實(shí)現(xiàn)建筑能耗降低的節(jié)能技術(shù)，通過(guò)在建筑規(guī)劃及單體設(shè)計(jì)中對(duì)建筑朝向的合理布置、遮陽(yáng)的設(shè)置、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)、有利于自然通風(fēng)的建筑開(kāi)口設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)建筑需要的采暖、空調(diào)、通風(fēng)等能耗的降低。

建筑造型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑物性能有著決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風(fēng)狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計(jì)形式會(huì)造成能耗的巨大差別，然而建筑作為復(fù)雜系統(tǒng)，各方面因素相互影響，很難簡(jiǎn)單地確定建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。這就需要利用動(dòng)態(tài)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)不同的方案進(jìn)行詳細(xì)的模擬預(yù)測(cè)和比較，從而確定初步建筑方案，如圖4所示。隨后基于單位面積能耗限值，進(jìn)行詳細(xì)的能耗分析，從而確定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，建筑冷熱源系統(tǒng)的負(fù)荷及系統(tǒng)形式。

圖4 超低能耗計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)流程

（1）建筑合理布局，良好的被動(dòng)式設(shè)計(jì)或具有能源意識(shí)的建筑，應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)伊始，就結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，充分考慮地形、地貌和地物的特點(diǎn)，對(duì)其加以利用，創(chuàng)造出建筑與自然環(huán)境和諧一致，相互依存，富有當(dāng)?shù)靥厣木幼?、工作環(huán)境，充分考慮建筑的朝向、間距、體形、體量、綠化配置等因素對(duì)節(jié)能的影響，通過(guò)相應(yīng)的合理布局降低用能需求，同時(shí)也能為“主動(dòng)式”節(jié)能措施提供良好的條件。在建筑單體設(shè)計(jì)中，體形復(fù)雜、凹凸面過(guò)多的外面表對(duì)全年空調(diào)采暖的建筑節(jié)能不利，原則上應(yīng)盡量減少建筑物外表面積，適當(dāng)控制建筑體形系數(shù)。研究表明，體形系數(shù)每增大0.01，能耗指標(biāo)增加2.5%，體形系數(shù)小于0.3更利于節(jié)能。一般情況下，在相同體積的建筑中，以立方體的體形系數(shù)最小。

（2）被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖，被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖是一種吸收太陽(yáng)輻射熱的自然加溫作用，它引起的升溫，會(huì)使熱量從被照射物體表面流向其它表面和室內(nèi)空氣，同時(shí)也是建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的蓄熱過(guò)程。而蓄熱在晝夜循環(huán)時(shí)又可用于調(diào)整太陽(yáng)得熱的過(guò)剩或不足，并且它也成為設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的關(guān)鍵一步。雖然任何的外部建筑構(gòu)件夠可以和玻璃結(jié)合起來(lái)為被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖創(chuàng)造條件，但必須對(duì)居住情況、空間的使用情況以及室外條件慎重考慮。被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖需要依靠下面一個(gè)或多個(gè)條件：窗戶、高側(cè)窗和天窗，這些構(gòu)件可以使居住空間見(jiàn)到陽(yáng)光。

（3）自然通風(fēng)，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)氣候特征為基礎(chǔ)，通過(guò)合理的布局與形體設(shè)計(jì)創(chuàng)造良好的微氣候環(huán)境，組織自然通風(fēng)?，F(xiàn)代建筑對(duì)自然風(fēng)的利用不僅需要繼承傳統(tǒng)建筑中的開(kāi)窗、開(kāi)門及天井通風(fēng)，更需要綜合分析室內(nèi)外實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的條件，利用各種技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)滿足室內(nèi)熱舒適性要求的自然通風(fēng)。不僅需要在建筑設(shè)計(jì)階段利用建筑布局、建筑通風(fēng)開(kāi)口、太陽(yáng)輻射、氣候條件等來(lái)組織和誘導(dǎo)自然通風(fēng)；而且需要在建筑構(gòu)件上，通過(guò)門窗、中庭、雙層幕墻、風(fēng)塔、屋頂?shù)葮?gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到良好的自然通風(fēng)效果。

（4）自然采光，自然采光可分為直接采光和間接采光，直接采光指采光窗戶直接向外開(kāi)設(shè)；間接采光指采光窗戶朝向封閉式走廊（一般為外廊）。自然采光的合理利用可以顯著降低建筑照明能耗，但是利用自然采光最常用也是最經(jīng)濟(jì)的措施是增大建筑的窗墻比，而窗墻比的增加，在夏季會(huì)引起太陽(yáng)輻射得熱量增大，冬季和引起室內(nèi)熱量的散失，所以設(shè)計(jì)不當(dāng)可能造成雖然自然采光有效降低了照明能耗，但是窗墻比過(guò)大造成了空調(diào)能耗的大幅提高?，F(xiàn)代自然采光技術(shù)可分為側(cè)窗采光系統(tǒng)、天窗采光系統(tǒng)、中庭采光系統(tǒng)和新型天然采光系統(tǒng)（如導(dǎo)光管、光導(dǎo)纖維、采光擱板、導(dǎo)光棱鏡窗），隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了一些新型采光材料，如光致變色玻璃、電致變色玻璃、聚碳酸酯玻璃、光觸媒技術(shù)等。

（5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)指的是圍繞著建筑供暖和制冷區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)，包括建筑外墻、樓板和地面、屋頂、窗戶和門。建筑物的能耗主要由其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)和冷風(fēng)滲透兩方面造成的。按照能量路徑優(yōu)化策略，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施集中體現(xiàn)在對(duì)通過(guò)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱流控制上。設(shè)計(jì)保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的第一層面，良好的保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)可降低采暖和降溫的需求。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的功能主要有視野、采光、遮陽(yáng)與隔熱、保溫、通風(fēng)、隔聲等六大方面，這些功能并非孤立存在，它們是彼此相互關(guān)聯(lián)、相互矛盾的。在我國(guó)公共建筑中，窗的能耗約為墻體的3倍、屋面的4倍，約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%~50%。

（6）被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力和設(shè)計(jì)要素指標(biāo)，選擇適合當(dāng)?shù)貤l件的“被動(dòng)式”節(jié)能技術(shù)，可用4%~7%的建筑造價(jià)達(dá)到30%的節(jié)能指標(biāo)，建筑節(jié)能的回收期一般為3~6年，在建筑的全壽命周期里，其經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的。

綜上所述，通過(guò)各類模擬分析，如自然采光模擬、風(fēng)環(huán)境模擬，進(jìn)行建筑方案優(yōu)化，進(jìn)而選擇合理的建筑形態(tài)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)措施與參數(shù)，降低建筑的能量需求。

3.3 主動(dòng)式技術(shù)

用于調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)物理環(huán)境舒適的耗能設(shè)備系統(tǒng)中，空調(diào)和照明系統(tǒng)在大多數(shù)民用非居住建筑能耗中所占比例較大，其中僅空調(diào)系統(tǒng)的能耗就占建筑總能耗的50%左右，是主要的節(jié)能控制對(duì)象；而照明系統(tǒng)能耗占30%以上，也不容忽視。建筑設(shè)備系統(tǒng)的節(jié)能措施主要應(yīng)用在以下三個(gè)方面：第一，建筑能源的梯級(jí)利用，根據(jù)建筑不同用能設(shè)備和系統(tǒng)等級(jí)的劃分，優(yōu)先滿足用能品位高的設(shè)備和系統(tǒng)，利用這些設(shè)備和系統(tǒng)釋放的能量滿足用能品位低的下游設(shè)備和系統(tǒng)。如能源回收技術(shù)。第二，選用高能效的設(shè)備。當(dāng)必須使用空調(diào)設(shè)備才能滿足室內(nèi)熱舒適要求時(shí)，要采用高效節(jié)能的空調(diào)設(shè)備或系統(tǒng)，如高效光源與高效燈具、高效電機(jī)、節(jié)能電梯、節(jié)能性配電變壓器等；第三，制定合理的建筑耗能設(shè)備的運(yùn)行方式和控制管理模式，提高系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。

以某項(xiàng)目為例，其年供熱量8000GJ，依據(jù)能源邊界條件，熱源形式有四種選擇，相應(yīng)一次能源中的化石能源消耗與CO2排放，如表2所示。

表2 不同冷熱源型式的化石能源消耗和CO2排放量

備注：燃?xì)鉄嶂?500kcal/Nm3、折算系數(shù)1.964；0.347kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh電、折算系數(shù)2.66

（1）熱泵技術(shù)，通過(guò)熱泵技術(shù)提升低品位熱能的溫度，為建筑物提供熱量，是建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)提高效率降低能耗的重要途徑，也是建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。熱泵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于利用一些高品位的能源，如：電力、燃?xì)狻⒄羝?，提取低品位能源中的熱量供?yīng)建筑需求。在建筑供熱方面，由于技術(shù)所限，現(xiàn)在可知的可完全保證的基本供熱方是主要以燃料燃燒供熱為主。而在燃燒過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生能量損失，因此采用燃燒方式的COP永遠(yuǎn)小于1。由此可知，熱泵的優(yōu)勢(shì)在于建筑供熱領(lǐng)域。熱泵技術(shù)的利用方式主要分別為空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵，以及三類熱泵的耦合利用。

（2）溫濕度獨(dú)立控制技術(shù)，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中，采用溫度與濕度兩套獨(dú)立的空調(diào)控制系統(tǒng)，分別控制、調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度與濕度，從而避免了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中熱濕聯(lián)合處理所帶來(lái)的損失。由于溫度、濕度采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以滿足不同房間熱濕比不斷變化的要求，克服了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中難以同時(shí)滿足溫、濕度參數(shù)的要求，避免了室內(nèi)濕度過(guò)高（或過(guò)低）的現(xiàn)象?！暗蜏毓?、高溫供冷”——提高制冷制熱能效、利于低品位能源利用。

（3）能源梯級(jí)利用，化石能源，應(yīng)采用能源梯級(jí)利用技術(shù)，即首先利用能源高能級(jí)段做功能力發(fā)電，產(chǎn)生的余熱，由于其品位與建筑供熱、制冷所需能源品位對(duì)應(yīng)，可直接用于供熱、制冷。

（4）建筑能耗監(jiān)測(cè)級(jí)管理系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，設(shè)計(jì)應(yīng)按實(shí)現(xiàn)“部分空間、部分時(shí)間”的要求，進(jìn)行用能系統(tǒng)劃分、制定控制策略；優(yōu)化用能系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù) —— 提高系統(tǒng)能效比。這就需要對(duì)建筑設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行特性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，開(kāi)展建筑節(jié)能運(yùn)行管理，其實(shí)將建筑主動(dòng)式技術(shù)的能效特性發(fā)揮出來(lái)。

3.4 可再生能源利用技術(shù)

可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)，主要包括地源熱泵、太陽(yáng)能光熱、光伏及風(fēng)能等，目前，以熱泵與太陽(yáng)能光熱的利用節(jié)能減排效果好，性價(jià)比高，熱泵最應(yīng)受到重視。

地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（電能），即可實(shí)現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來(lái)，提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來(lái)釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

建筑的太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)主要包括太陽(yáng)能供熱技術(shù)、太陽(yáng)能制冷技術(shù)、太陽(yáng)能光熱發(fā)電等。推薦采用與建筑一體化的太陽(yáng)能利用方式，如光伏建筑，其不僅是簡(jiǎn)單的將光伏與建筑相加，而是根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的總體要求，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系融入建筑領(lǐng)域，對(duì)于新建的光伏建筑要納入建設(shè)工程基本建設(shè)程序，同步設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收，與建設(shè)工程同時(shí)投入使用，同步后期管理。光電建筑應(yīng)用主要有：光伏屋頂、光伏幕墻、光伏雨棚、光伏遮陽(yáng)板、光伏陽(yáng)臺(tái)、光伏天窗等。

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在建筑中的廣泛應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）可舒緩夏季高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾。

（2）可實(shí)現(xiàn)原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié)省電站送電網(wǎng)的投資。

（3）節(jié)省城市土地光伏組件可有效地利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面，如屋頂或墻面，無(wú)需額外用地或增建其他設(shè)施。

（4）避免了由于使用化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和廢渣污染，降低CO2等氣體的排放。

BIPV是目前世界光伏發(fā)電的主要市場(chǎng)之一，聯(lián)合國(guó)能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查報(bào)告顯示，BIPV將成為21世紀(jì)城市建筑節(jié)能的市場(chǎng)熱點(diǎn)和最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。近年來(lái)，以與建筑相結(jié)合為重點(diǎn)的并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用比例快速增長(zhǎng)，已成為光伏技術(shù)的主流應(yīng)用、光伏發(fā)電的主導(dǎo)市場(chǎng)。

建筑師要盡量通過(guò)建筑設(shè)計(jì)而不是單純依靠設(shè)備系統(tǒng)的“提供”和“補(bǔ)救”來(lái)保證良好的建筑微氣候環(huán)境。因此，超低能耗建筑的整體設(shè)計(jì)思路應(yīng)該是在建筑設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)以被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化的原則降低建筑能耗需求，提高能源利用效率，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的可再生能源替代傳統(tǒng)能源，以降低化石能源消耗。

文章來(lái)源：綠建社

編輯/排版：李影

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