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【零舍】超低能耗建筑指标的实现过程

2023-09-11 10:37作者:刘兵,天津市天友建筑设计股份有限公司暖通总工程师
文章附图


改造后零舍效果图



项目概况

位置:北京大兴半壁店村
类型:农居改造(两排坐北朝南民居)
功能:办公
建筑面积:402.34㎡

改造内容:保留中间坡顶建筑,进行节能改造,原西侧平顶小建筑拆除,建造装配式被动式建筑



被动式节能技术体系:
  • 高性能围护体系
  • 可调节阳光房+温室花园
  • 天然采光&自然通风
  • 雨水收集&海绵景观
  • 多种结构体系示范

主动式节能技术体系:
  • 能源环境一体机
  • 能耗监测与展示系统
  • 节能照明

可再生能源利用:
  • 太阳能光伏瓦 (汉瓦)
  • 彩色薄膜光伏系统
  • 太阳能热水系统


零舍2.jpg

近零能耗路径


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被动式技术


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主动式技术


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可再生能源



参数确定

1.目标
  • 耗热量指标15kwh/㎡
  • 建筑综合节能率≥60%
  • 建筑本体节能率30%
  • 气密性≤1.0
  • 可再生能源利用率10%

2.室内参数——温湿度

参数设置
冬季
夏季
温度(℃)
20
26
相对湿度(%)
30
60

3.围护结构热工性能设计

本项目为单层院落式农宅,建筑体形系数0.50,较为不利,所以为保证建筑的节能效果采取降低围护结构传热系数的补偿措施。


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详细做法



优化过程

1.体型系数优化

本项目为单层院落式农宅,建筑的屋顶、外墙、地面6个面传热,需要想办法减少外围护结构的面积,更有利于节能。
  • 通过连廊、楼梯间将前后建筑连起来,降低外墙面积。
  • 增加可调节阳光房。

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体型系数优化

2.窗墙比优化(东西向)

优化过程:
  • 会议室取消西侧外窗,会议室采用南侧采光的方式。
  • 办公室减少东侧外窗面积。
  • 茶室减少东侧外窗面积,高度由2米降低为1米。
  • 入口门厅东西向玻璃幕墙通过艺术化布局,增加木质填充幕墙,木质填充幕墙传热系数0.3,远小于外窗限值1.0的要求。

经IBE计算:形体优化后建筑单位建筑面积热负荷16.96kwh/㎡,降低19.70%。


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窗墙比优化(东西向)

3.窗墙比优化(南北向)

优化过程:
  • 展厅南侧入口门连窗宽度降低2.2米。
  • 展厅北向门连窗尺寸由2400×2000mm调整为1100×2200mm。
  • 图书室北向外窗尺寸由1800×1500mm调整为1200×1300mm。
  • 屋顶天窗在满足室内采光质量前提下,数量降低,由11个调整为7个
  • 起居室(装配式居住模块)北向外窗取消

经IBE计算:形体优化后建筑单位建筑面积热负荷13.96kwh/㎡,达到近零能耗建筑标准要求(15kwh/㎡)。


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窗墙比优化(南北向)

4.采光优化(被动式)

优化开窗位置提高自然采光的利用率,从而降低照明能耗。

5.自然通风优化(被动式)

通过自然通风模拟,调整开窗位置和大小,提高建筑物自然通风的效率,降低空调使用率。

6.空调系统设计优化(主动式)

根据功能分区设置系统
  • 分区1:生活区
  • 分区2:办公区
  • 分区3:会议区

分区1和分区2分别设置能源一体机,分区1和2一直有人使用,24小时开启;分区3设分体空调+新风热回收系统,因为分区3使用频率不高,使用时需迅速降温或升温。



热源的确定

本项目采用能源环境一体机对房间进行供冷采暖工作,能源环境一体机集制冷、采暖、空气净化、引进新鲜空气、排风高效热回收功能于一体。新风热回收系统的显热回收效率≥75%。

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冷热源布置图



可再生能源利用

1.太阳能光伏瓦
  • 安装数量为200片,主瓦总面积为70平米,配瓦总面积为172.5平米。
  • 首年发电量为0.84万kWh,25年发电量为18.9万kWh。

2.彩色薄膜光伏采光顶
  • 组件透光率为20%,光伏组件尺寸为1100mm (宽)*1300mm(高)*6.8mm (厚),安装数量为14片。
  • BIPV采光顶首年发电量为0.13万kWh,25年发电量为2.9万kWh。


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光伏瓦


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阳光房彩色薄膜光伏采光顶



能耗模拟值


  • 年度总电网耗电量为11805kWh·a

  • 单位建筑耗电量为40.29kwh/·a

  • 采暖电能耗3.18 kwh/㎡·a

  • 制冷电能耗7.83 kwh/㎡·a

  • 建筑本体节能率为38.2%>30%

  • 经与基准建筑的能耗比较得出本建筑综合节能率为74.5% >60%



项目造价

  • 总价:273.3万元

  • 平米造价:6800元/㎡

  • 增量成本:1500元/㎡(相对于4步节能的住宅)