超低能耗建筑设计方法与应用

陈 曦

（天津市长城建筑设计有限公司，天津 300041）

0 前言

降低能耗、构建节约型社会是现代社会发展的显著特点，尤其是现代建筑的能耗极高，通过超低能耗建筑设计将有助于降低建筑能耗，提高能源的利用率。为实现建筑的节能优化可以采用超低能耗建筑设计方法。与传统建筑设计所不同的是超低能耗建筑设计将建筑能耗指标作为建设设计优化的重要方向，通过优化设计以使得建筑性能得到最优化的提升。

1 超低能耗建筑设计的特点

超低能耗建筑设计是建筑节能降耗的一种重要设计方法。相较于传统的设计方法，超低能耗建筑设计除了需要满足建筑使用功能外还需要通过最优化设计用以优化建筑的能耗指标，降低建筑的能耗。超低能耗建筑设计中需要对建筑的各分支能耗项目进行详细的统计计算，并结合建筑能耗指标对各能耗分支进行优化设计，以系统性的优化来降低建筑的总体能耗。设计中需要结合建筑项目的特点借助于周边自然条件通过各分支专业之间的相互配合来构建出完善合理的建筑设计方案。与传统设计方法相比超低能耗建筑设计法具有以下几方面的特点：（1）以建筑能耗指标为终极目标实现各专业之间的协调优化。（2）建筑初设阶段需要对建筑形体及围护结构热工参数进行严格的把控，并对建筑的能源需求进行计算和优化，以能耗指标为设计目标通过被动与主动优化相结合的方式做好建筑设计优化，设计中还需要对建筑周边可再生能源进行详细的分析计算看是否能够应用于建筑设计中。（3）超低能耗建筑设计是总体性优化，是通过对各部能耗进行统计并进行系统性的优化以实现建筑总体能耗的降低，进而合理的确定建筑设计方案。

2 超低能耗建筑设计的通用方法

超低能耗建筑设计有多种不同的通用设计方法：（1）关键参数限额法。这一设计方法是在超低能耗建筑设计中应用较多的也是较为广泛的一种设计方法，这一设计方法以降低建筑能耗为最终目标，借助于建筑周边的自然、气候等条件来严控建筑的各项性能指标，并在设计中与高效新风热回收技术进相结合以使得建筑设计能够满足用户需求，这一设计方法较为科学，同时也具有较强的实际应用性，加之其对于可再生能源依赖度不高，能够以较为简单的建筑模型完成节能标准的控制，实现建筑能耗的降低，这是一种较为优秀的设计方法。（2）双向交叉平衡法。双向交叉平衡法是一种在超低能耗建筑设计中较为通用的一种设计方法，通过应用双向交叉平衡法能够有效地确保建筑设计能够具有良好的节能减排效果。在设计中其以能耗、舒适度为设计核心，以可再生能源为实现超低能耗建筑设计的主要方式，相较于上一种方法其对于可再生能源的依赖性更高，在超低能耗建筑设计方法的选择上需要结合建筑设计的实际情况进行合理化的选取。（3）经济环境决策法。超低能耗建筑设计中经济环境决策法是一种较为常见同时也是应用效果较好的设计方法。通过这一设计方法的应用可以确保超低能耗建筑设计能够更多的满足用户的需求。超低能耗建筑设计中对于建筑的能耗、舒适度与经济性3个指标进行综合考虑完成对于建筑的设计，超低能耗建筑设计注重于降低建筑能耗、提升住户的舒适度以及建筑的经济可行性，以上述3个指标作为核心完成对于超低能耗建筑设计，确保超低能耗建筑设计能够取得良好的设计效果。

3 超低能耗建筑设计法在建筑设计中的典型案例分析

3.1 中国“幸福堡”商业综合楼

该项目位于中国新疆省乌鲁木齐市，目标建筑总面积为7667m2，楼体为地上六层地下两层的结构形式。由于新疆地区气候干燥、昼夜温差较大，在超低能耗建筑设计中主要采用的是关键参数限额法来对其进行设计。由于建筑为商业建筑，其在设计中将以降低建筑能耗为主要设计导向，将建筑中的生活热水、供热、制冷以及生活用电总额进行了设计限定为540kW。在设计中将遵循以下设计流程：（1）结合建筑形式规定围护结构热工参数限值，并制定建筑所使用的隔热、加热措施。外墙、屋面等围护结构K值上限为0.15W/m2·k，而窗玻璃的K值上限则为0.8。建筑设计中需要对建筑边缘、转角以及连接缝隙等部位的设计详图进行详细的标注。此外，建筑所使用的供热管道需要进行外加保温密封处理。（2）在建筑的通风采光设计中，应当以自然冷光源和自然光为主减少建筑对室内照明和空调的依赖。在项目设计中在建筑主体地上一至三层采用了中庭结构，并加设了电动开窗器和电动外遮阳器来增强建筑的通风采光性能。（3）积极做好建筑能源系统的设计优化。对于建筑的空调系统设计优化，由于新疆位于高纬度地区夏季干热在制冷系统的选择上以降温加湿为主，在制冷空调系统的选择上选用的是高温水和干工况，采用地面辐射供冷的形式使得供回水温度在16-21℃的区间范围内，高性能的冷水机组设计工况下系统能效能够达到14.9，且不结霜。供热空调系统将主要以落地式冷凝模块低温和高温燃气锅炉进行高温供暖。通过锅炉的调节器最高热效能够达到约97.4%，有效地减少了能源的浪费。建筑中所使用的新风热回收机组其热回收率能够达到约75%，有效地提升了建筑内的空气质量和能源优化指标。采用上述流程最终确保“幸福堡”实现了超低能耗设计。

3.2 美国国家可再生能源实验办公室办公大楼

在这一项目中应用超低能耗建筑设计其注重一体化设计，在设计中以性能指标、成本以及经济性为相关设计指标开展设计，为实现超低能耗设计主要以双向交叉平衡法为主要设计方法，通过对建筑中的各能耗部分进行统计优化，并通过建筑设计最终将建筑能耗控制在111kW·h/（m2·a），设计流程如下：（1）首先对建筑周边的环境进行详细的勘测，以便在建筑设计中加大对于周边环境的利用确保建筑能够获得最优的采光效果。通过对建筑各方向的太阳辐射与风向频率进行计算确定满足超低能耗建筑设计所需的建筑形状与朝向。（2）被动设计，优化建筑的外围护结构，使其具有良好的保温隔热性能。（3）主动优化设计。将建筑中的各能耗环节与智能控制系统进行连接，以确保智能控制系统可以对建筑功耗进行调节实现建筑设计中的最小能耗。（4）做好可再生能源在建筑设计中的应用。积极将可再生能源（如太阳能、风能等）应用于建筑中，以可再生能源来补充建筑的一部分能源消耗。

结语

超低能耗建筑设计是针对传统建筑高能耗的特点所发展起来的一种建筑设计方法。本文在分析超低能耗建筑设计常用方法与特点的基础上对超低能耗建筑设计的具体应用案例进行了分析介绍。