嚴(yán)寒地區(qū)綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)體系構(gòu)建

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【摘要】《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》明確了應(yīng)對(duì)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑進(jìn)行標(biāo)識(shí)評(píng)價(jià)。論文基于《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》與國(guó)內(nèi)外綠色建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，通過對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)實(shí)際項(xiàng)目的節(jié)地、節(jié)能和節(jié)水三方面的調(diào)研，梳理嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗綠色建筑的基本特征，構(gòu)建適合嚴(yán)寒地區(qū)發(fā)展的超低能耗綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)體系，為推動(dòng)嚴(yán)寒地區(qū)的綠色建筑可持續(xù)發(fā)展提供良好的技術(shù)支持與有益探索。

【關(guān)鍵詞】嚴(yán)寒地區(qū)；綠色建筑；關(guān)鍵技術(shù)體系

1引言

隨著我國(guó)新型城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，對(duì)我國(guó)綠色建筑的節(jié)能減排又提出了新階段的高要求。國(guó)際上，建設(shè)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑是實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展的關(guān)鍵路徑。由于我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)具有特殊的氣候特征，因此，需要依據(jù)現(xiàn)有的綠色建筑技術(shù)體系提出適合嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗綠色建筑發(fā)展的新思路和新方法。被動(dòng)式超低能耗建筑又被稱為“被動(dòng)式低能耗建筑”或者“被動(dòng)房”，傳入我國(guó)時(shí)也被譯為“無源房屋”[1]，它起源于20世紀(jì)80年代的德國(guó)。1988年，瑞典隆德大學(xué)的阿達(dá)姆森教授和德國(guó)的菲斯特博士首先提出“被動(dòng)式房屋”這一概念，他們認(rèn)為被動(dòng)房建筑是無需主動(dòng)的采暖和空調(diào)系統(tǒng)就可以維持室內(nèi)舒適熱環(huán)境的建筑[2]。國(guó)內(nèi)專家學(xué)者也已對(duì)被動(dòng)式超低能耗建筑的概念界定達(dá)成共識(shí)，認(rèn)為利用氣候條件和自然特征，應(yīng)用性能良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，附加高效的新風(fēng)系統(tǒng)，充分利用可再生能源的低能耗建筑即為被動(dòng)式超低能耗綠色建筑。經(jīng)驗(yàn)證，國(guó)外的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑已經(jīng)成為長(zhǎng)壽命的建筑，也已獲得歐盟國(guó)家的認(rèn)可，并開始實(shí)施立法，強(qiáng)行推動(dòng)。但國(guó)內(nèi)仍缺乏針對(duì)區(qū)域性尤其是嚴(yán)寒地區(qū)具有實(shí)踐意義的綠色建筑技術(shù)指導(dǎo)路徑。因此，探索被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的關(guān)鍵技術(shù)體系仍然是東北嚴(yán)寒地區(qū)發(fā)展綠色建筑的重要舉措。

2被動(dòng)式超低能耗綠色建筑研究現(xiàn)狀

結(jié)合我國(guó)氣候分區(qū)的不同特征，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者分別在理論、方法及應(yīng)用實(shí)踐方面針對(duì)性地提出了適合不同氣候區(qū)域發(fā)展的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的關(guān)鍵技術(shù)路徑。王學(xué)宛等[3]通過分析國(guó)內(nèi)外超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法相關(guān)研究，提煉了三種科學(xué)通用的超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法——關(guān)鍵參數(shù)限額法、雙向交叉平衡法和經(jīng)濟(jì)環(huán)境決策法。馮國(guó)會(huì)等[4]在對(duì)比了德國(guó)的被動(dòng)式建筑技術(shù)體系及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺(tái)的《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》（建科[2015]179號(hào)）基礎(chǔ)上，圍繞近零能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、建筑設(shè)備技術(shù)、高性能建筑能源系統(tǒng)、可再生能源建筑一體化設(shè)計(jì)、智能化控制、建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱濕環(huán)境控制等方面搭建了嚴(yán)寒地區(qū)近零能耗居住建筑示范平臺(tái)。陳小凈等[5]結(jié)合被動(dòng)式超低能耗建筑的六大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了實(shí)證研究。孫峙峰等[6]依據(jù)《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）（居住建筑）》對(duì)首批授予評(píng)價(jià)標(biāo)識(shí)的全國(guó)19個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行被動(dòng)式超低能耗綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用水平和增量成本分布分析。陳強(qiáng)等[7]結(jié)合山東建筑大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目提出了寒冷地區(qū)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的關(guān)鍵技術(shù)體系，為日后寒冷地區(qū)發(fā)展被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的發(fā)展路徑指明了方向。

3嚴(yán)寒地區(qū)建筑的特征分析

GB50352—2005《民用建筑設(shè)計(jì)通則》中對(duì)我國(guó)進(jìn)行氣候區(qū)劃分，建筑氣候區(qū)劃包括7個(gè)主氣候區(qū)，20個(gè)子氣候區(qū)。東北地區(qū)按照建筑氣候分區(qū)屬于嚴(yán)寒地區(qū)，氣候特點(diǎn)是冬季嚴(yán)寒且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，夏季短促且涼爽，冬季冰凍期長(zhǎng)，積雪后太陽(yáng)輻射量大、日照豐富。全年施工周期持續(xù)8個(gè)月，一般從11月末至次年3月末為冬歇期，冬季供暖周期長(zhǎng)，因此，該區(qū)的建筑物總體規(guī)劃與單體設(shè)計(jì)上需要滿足冬季日照和防寒保溫等關(guān)鍵要素，盡量加強(qiáng)建筑物的密閉性，合理利用太陽(yáng)等自然能源的節(jié)能措施，建筑能耗主要以冬季采暖為主。隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，東北嚴(yán)寒地區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目陡增，建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)包括大量的地下空間開發(fā)。以建筑節(jié)能視角來看，節(jié)能建筑的占比很小，被動(dòng)式超低能耗的綠色建筑更是鳳毛麟角。門窗和屋面的保溫隔熱性能難以達(dá)到住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，與同緯度的發(fā)達(dá)國(guó)家相比能耗差值較大。據(jù)估算，單位能耗為同緯度發(fā)達(dá)國(guó)家的四倍到五倍，屋頂能耗為四倍左右，門窗能耗約為兩倍。因此，東北嚴(yán)寒地區(qū)的建設(shè)項(xiàng)目主要的問題是由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致熱工性能較差，從而導(dǎo)致熱能耗與熱損失較多。隨著東北老工業(yè)基地地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對(duì)改善型住房與學(xué)位房的需求逐年增加，人們對(duì)居住環(huán)境的配套程度要求也逐年提升，建筑能耗方面更是面臨著新的挑戰(zhàn)。因此，探究適用于東北地區(qū)的建筑節(jié)能技術(shù)體系是各級(jí)政府及企業(yè)所密切關(guān)注的問題，也是綠色建筑領(lǐng)域亟需推廣的核心綠建技術(shù)。

4嚴(yán)寒地區(qū)被動(dòng)式超低能耗綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)

我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)的綠色建筑大多停留在概念的階段，缺乏因地制宜的技術(shù)。嚴(yán)寒地區(qū)的綠色建筑設(shè)計(jì)要求較多，不僅需要滿足建筑一般特性，也要符合GB/T50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且需要與當(dāng)?shù)氐牡赜蛱攸c(diǎn)以及氣候特征相結(jié)合。對(duì)于寒冷的東北地區(qū)來講，建筑節(jié)能分為建筑物自身節(jié)能和供熱系統(tǒng)節(jié)能兩個(gè)方面。本文從節(jié)地、節(jié)能和節(jié)水三方面分析構(gòu)建嚴(yán)寒地區(qū)實(shí)施被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的關(guān)鍵技術(shù)。

4.1節(jié)地

通過實(shí)際項(xiàng)目調(diào)研和專家經(jīng)驗(yàn)的融合，嚴(yán)寒地區(qū)節(jié)地措施的主要對(duì)象是室外道路、廣場(chǎng)和停車場(chǎng)，綠地面積為35%，植草磚面積為5%，透水混凝土面積為10%。由于嚴(yán)寒地區(qū)氣候寒冷且冬季約占全年時(shí)段的一半，因此，不建議采用屋頂綠化措施，但可以適當(dāng)考慮鋪貼式墻體綠化、模塊化墻體綠化或者植物攀爬式墻體綠化。

4.2節(jié)能

4.2.1建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)

面對(duì)全球的能源環(huán)境問題，許多具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，如被動(dòng)式建筑、零能耗建筑及綠色建筑等概念被廣泛推廣。在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)氣候條件的影響及建筑物所在具體環(huán)境的特征，主要利用自然環(huán)境來創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)氣候，盡量減少對(duì)各種電子設(shè)備的依賴。建筑的規(guī)劃與設(shè)計(jì)要符合合理的建筑形體設(shè)計(jì)，并充分利用建筑室外微環(huán)境來改善建筑室內(nèi)微環(huán)境，主要通過建筑構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。

4.2.2建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱系統(tǒng)

建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般由屋頂、墻、地基隔熱材料、密封材料、門和窗以及遮陽(yáng)設(shè)施構(gòu)成。一般情況下，增加建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用僅占總投資額的3%～6%，節(jié)能卻高達(dá)20%～40%。構(gòu)建建筑物的保溫隔熱系統(tǒng)是對(duì)建筑物采取良好的保溫隔熱的主要措施。外墻外保溫是嚴(yán)寒地區(qū)保溫效果最好、應(yīng)用最廣泛的一種建筑保溫形式。保溫材料選擇主要考慮導(dǎo)熱率與燃燒特性，歐盟新研制的只允許單方向傳熱的熱二極管墻體可以產(chǎn)生良好的隔熱效果，也可以運(yùn)用具有性價(jià)比高的熱工性能玻璃。外墻保溫厚度由所在氣候區(qū)一級(jí)基層墻體材料所控制，外墻保溫隔熱層厚度一般為23～40cm，屋頂保溫采用隔熱方式，也可采用反射降溫等方式。

4.2.3節(jié)能窗戶

門窗在建筑中的作用是采光、通風(fēng)和圍護(hù)，是最容易造成熱損失的構(gòu)件，為增大采光通風(fēng)面積，建筑物的門窗面積逐步增大，這就給建筑節(jié)能方面提出了更高的挑戰(zhàn)。對(duì)門窗構(gòu)件的節(jié)能處理是通過改善保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能實(shí)現(xiàn)。目前推廣使用的新型環(huán)保節(jié)能窗戶有鋁合金斷熱型材、鋁木復(fù)合型材、鋼塑整體擠出型材、塑木復(fù)合型材以及UPVC塑料型材等一些技術(shù)含量較高的節(jié)能產(chǎn)品。

4.2.4高效能暖通系統(tǒng)

隨著技術(shù)發(fā)展的不斷成熟，高效能的暖通空調(diào)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)室內(nèi)冷熱負(fù)荷的重要措施，如熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)等。在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)雙輪驅(qū)動(dòng)來監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況，如歐洲國(guó)家通過傳感器測(cè)量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強(qiáng)度，然后基于建筑動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)采暖和空調(diào)負(fù)荷，從而控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)干燥的氣候特征，對(duì)暖通系統(tǒng)加設(shè)增加濕潤(rùn)度的功能，使室內(nèi)濕度達(dá)到舒適的指標(biāo)。研究結(jié)果表明，使用不帶換熱功能的新風(fēng)換氣系統(tǒng)可以節(jié)能30%，如果帶換熱功能，節(jié)能將高達(dá)80%以上。在德國(guó)，新風(fēng)換氣系統(tǒng)已經(jīng)與建筑物融為一體，成為不可缺少的重要組成部分。嚴(yán)寒地區(qū)在冬季采暖期能耗上升，被動(dòng)式超低能耗綠色建筑建議采用集中與分散供熱，合理使用地源熱泵系統(tǒng)等高效能暖通供熱系統(tǒng)，并接入溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度，因地制宜，為建筑物選擇合理的供熱空調(diào)方式。

4.2.5建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)

建筑遮陽(yáng)裝置一般分為外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)和位于兩層玻璃之間的中置遮陽(yáng)。外遮陽(yáng)應(yīng)用最廣泛，適用于朝南、朝東和朝西的大面積窗戶及天窗處，既防止陽(yáng)光直射，也阻擋室內(nèi)溫度上升。內(nèi)遮陽(yáng)主要以防眩為主，遮陽(yáng)為輔，適用于嚴(yán)寒地區(qū)，在防止陽(yáng)光直射的同時(shí)，可以提高室內(nèi)溫度。中置遮陽(yáng)兼有內(nèi)外遮陽(yáng)的特點(diǎn)，一體性較強(qiáng)，不易損壞，但造價(jià)較高。通過不同遮陽(yáng)裝置的組合使用，在夏季可以大大降低空調(diào)負(fù)荷，在冬季可以節(jié)省取暖能源。研究結(jié)果表明，利用遮陽(yáng)技術(shù)，建筑物可節(jié)省約40%的能源。德國(guó)十分注重建筑遮陽(yáng)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，無論是辦公樓、商業(yè)建筑還是住宅樓，隨處可見遮陽(yáng)裝置。

4.3節(jié)水

嚴(yán)寒地區(qū)水資源匱乏，建議設(shè)置雨水收集系統(tǒng)收集屋面、地面以及綠地的雨水，用于用地紅線內(nèi)的綠化灌溉和道路澆灑。GB50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定雨水設(shè)計(jì)徑流總量公式：W=10ΨchyF式中，W為雨水設(shè)計(jì)徑流總量，m3；Ψc為雨水徑流系數(shù)；hy為年降雨量，mm；F為匯水面積，hm2。長(zhǎng)春市年平均降雨量為570mm，可回收的雨水再利用可達(dá)每年約1000m3。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)比總結(jié)出嚴(yán)寒地區(qū)在發(fā)展被動(dòng)式超低能耗綠色建筑的技術(shù)重點(diǎn)是發(fā)展適合嚴(yán)寒地區(qū)建設(shè)發(fā)展的本地化關(guān)鍵技術(shù)體系。在試點(diǎn)示范項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推進(jìn)超低能耗的綠色建筑發(fā)展，為良好推進(jìn)嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗綠色建筑工作探索出適應(yīng)本地的可持續(xù)發(fā)展道路。

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作者：王婉 滕佳穎 單位：吉林建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院