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如何实现被动式超低能耗?

来源:绿色建筑研习社

如何实现被动式超低能耗?.jpg


住建部科技发展促进中心的一份可行性研究报告中提到了建议严禁在西藏、青海等地区进行集中供暖设施建设,转换资金投入直接用被动式房屋解决采暖需求;建议限制在淮河以南地区进行集中采暖设施建设,因为该地区的采暖期过短,大规模的基础建设存在人力和物力上的浪费。


理想的节能建筑是建筑的运行能耗为“零”的建筑,而被动式超低能耗建筑设计是实现零能耗建筑的重要前置阶段。


我国能源发展问题


  • 人均能源拥有量、储备量低

  • 能源结构依然以煤为主,全国年耗煤量已超过13亿吨

  • 能源资源分布不均

  • 能源利用效率低


从我国的建筑方面来讲。随着住房需求及客户对整体装修度的要求上升导致我国建筑能耗逐年大幅度上升,已达全社会能源消耗量的32%,加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%,建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。


我们不难看出庞大的建筑能耗,已经成为国民经济的巨大负担。除此之外,我国建筑的单位面积采暖能耗仍然是与我国气候条件相近的发达国家的2~3倍,国家迫切需要进一步提高节能标准来适应国际趋势。



我国建筑能耗高的原因


一方面是随着我国经济社会的发展,人们对建筑空间和环境品质的需求不断提高;另一方面是在快速城镇化进程中,城镇建筑缺乏对传统地域建筑文明的继承和发扬,要么“千篇一律”、“千城一面”,要么“贪大求洋”、“媚俗求怪”。


因此需要针对地域气候条件和社会经济文化背景,保证建筑室内环境的舒适性,传承建筑风貌和传统生态经验,并最大化利用太阳能、风能等自然能源,营造“被动式超低能耗建筑”。


如何实现被动式超低能耗?1.webp.jpg① 夏季白天


如何实现被动式超低能耗?2.webp.jpg② 夏季夜间

被动式超低能耗建筑示意图


如何实现被动式超低能耗


1.要认知室外气候


简而言之就是认知冬天有多冷或者夏天有多热,冷热持续的时间有多长等问题,这些被称为“室外计算参数”,而拥有准确可靠的室外计算参数是发展超低能耗建筑的重要前提。我国保温设计室外计算参数覆盖城镇分布见下图:


如何实现被动式超低能耗?3.webp.jpg

我国保温设计室外计算参数覆盖城镇分布图(图源:GB 50176-2016《民用建筑热工设计规范》)


室外计算参数可分为两类,一类是空气温度、空气湿度等常规气象参数,数据主要来源于我国1000多个基本地面观测台站;另一类是太阳辐射,其观测站点还不到基本地面观测站点数的6%,也就是说绝大部分地方都没有太阳辐射数据。


与常规气象参数相比,太阳辐射随海拔、地形、下垫面状况的变化而变化,其影响机制非常复杂,是当前的“卡脖子问题”。当务之急是挖掘室外气候要素的时空分布规律,准确描述其逐时变化特征,并覆盖到县一级行政单位,实现“有数可依”。


2.确定人的舒适条件


人体热舒适需求是被动式超低能耗建筑的重要基准条件。在一定区间内,夏季空调设定温度每提升1ºC,可节约10%左右的空调能耗。因此,合理设定室内基准温度可提升建筑的节能性能。


我国现行建筑节能设计的标准中,对于室内温度的设定是采用统一的定值(冬、夏季室内计算温度分别为18ºC、26ºC,幼儿园、养老院建筑等除外),这些温度指标的界定,未考量人体对环境的主动适应能力。比如在室外空气温度无显著差异的春、秋两季,人们在衣着、热感觉等方面往往存在差异,即“春捂秋冻”。


再比如研究发现我国干热干冷气候条件下吐鲁番地区居民对“热”的耐受性较强,而对“冷”的耐受性较弱。据此,可适当调整建筑室内设计温度基准来实现建筑节能。


3.要设计好建筑本体


充分利用建筑物自身热工性能的提升,并利用可再生的自然气候资源作为建筑采暖和降温的替代能源,是降低建筑能耗的最具生态属性的技术途径。


被动式太阳能采暖、自然通风、建筑蓄热、夜间通风、蒸发冷却等是普遍适用于我国的被动式技术,而对“室外气候”和“人”的认知程度直接影响到这些被动式技术的应用效果。


以窑洞建筑为例,厚重的墙体能够有效抵御室外气候的不利影响,门洞处的圆拱加上高窗使得冬季有更多的阳光进入室内,起到调节室内热环境、降低建筑能耗的作用。


再比如南方是否需要通过加大保温层厚度来提高节能率呢?事实上,南方由于冬季室内外温差小,通过围护结构传热造成的热损失相对较小,而且保温效果太好也会影响夏季室内热量散失,反而会增加能耗。


只有明晰室外气候、人在被动式控制环境下的热舒适需求规律以及与“气候”和“人”相适应的被动式超低能耗建筑设计方法,才能真正实现被动式超低能耗建筑。


目前,很多设计师及建筑师为了追求视觉冲击会存在过度设计、同质化设计以及夸张设计等,这些设计不仅照旧了原料浪费更与美好建筑背道而驰。建筑设计最重要的是人与环境,视觉反而应是次要的,但很多设计师都弄混了,这也是为什么需要建筑节能,需要被动式超低能耗建筑设计师。