前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的超低能耗建筑設計方法研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：
近年來，許多發達國家積極的進行超低能耗建筑的相關研究并建設了典型的示范工程。國內的相關工作也正逐步展開，如何從傳統建筑設計方法轉變為基于能耗指標控制的性能化設計方法是我國大范圍推廣超低能耗建筑的關鍵之一。本文基于此，分析了傳統建筑設計與超低能耗建筑設計的不同，并提出了三種科學通用的超低能耗建筑設計方法，并對其進行了系統的分析，最后列舉相關案例進行了研究。
關鍵詞：
超低能耗建筑；能耗指標；性能優化設計方法
1傳統設計與超低能耗建筑設計
1.1傳統建筑設計
目前我國大多數建筑設計依舊是采用傳統的設計方法，即依照我國現行的建筑設計規范以及建筑設計方法進行設計。以我國現行的《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2015）和各氣候區《居住建筑節能設計標準》為例，其中詳細的規定了建筑、暖通以及電氣專業的節能性能指標，主要包括熱工參數限值以及空調系統形式與設備能效限值等。傳統設計方法最大的特點是分工明確（參考圖1），以國家現行的相關設計標準為原則，以滿足用戶對建筑我各項功能需求為核心，團隊各專業分別實現自身職責，相關工作人員只需要滿足相關規范標準與建筑功能，就可以做出“合規”的設計。但施用傳統設計方法存在一定的局限性，無法滿足建設超低能耗建筑的目標，具體表現在四個方面。①傳統設計在滿足功能與安全性要求的同時，對設計大小無法進行有效把控，經常出現設計偏大，從而造成資源浪費、成本增加、設計閑置等問題；②我國現有的設計標準大部分分散在各個專業標準體系中大多數的節能條款歸于分專業的技術標準，從而導致多數孤立節能技術的堆砌，并無法有效實現預期節能的目標；③實行建筑圍護結構傳熱系數限值的要求并不能將建筑能量需求最小化，無法促進高標準建筑材料的研發使用；④傳統設計存在一定的拘束性，不利于設計人員發揮自身主觀能動性進行靈活設計，無法最大程度的提高能效。
1.2超低能耗建筑圖1傳統設計流程
目前，德國被動房作為超低能耗建筑的一種形式，在建筑行業內被廣泛接受，一般來說，被動房最大供熱負荷不超過10W/m2、供熱以及制冷能耗需求量不超過15kW•h/（m2•a）、年度一次能源總消耗（其中包含生活熱水、烹飪以及供熱制冷）不超過120kW•h/（m2•a），所以，傳統建筑設計僅僅實現了建筑功能，而超低能耗建筑設計則實現了最優化建筑性能的提升，即實現了能耗指標的性能化設計。相比于傳統建筑設計分工明確的特點，超低能耗建筑設計則體現在各分支專業均以優化建筑性能以及達到終極能耗指標為中心（參考圖2），從圖2中我們可以清楚的看到整個建筑設計團隊都有同一個核心目標，即能耗指標。①基于能耗指標的性能化設計具有低能耗指標作為明確的導向，從而協調各專業，使得各專業充分發揮設計師的主觀能動性；②在初期設計階段能夠對建筑形體與圍護結構熱工參數進行嚴格的把控，從而將建筑能源需求最小化，并以能耗為導向，將被動優先與主動優化相結合，同時開展對建筑場地周圍可再生能源應用潛力儲能技術和能量回收技術潛力的相關研究工作；③該設計對整個建筑設計過程的具體節能措施并沒有硬性的規定，而是以建筑能耗表現作為終極目標，從而優化整合適用節能技術與設計方案。
2超低能耗建筑設計方法
對于超低能耗建筑設計方法的探究，并不需要一些套用基于單獨案例所得到的方法，也不需要一些刻板的技術指導，超低能耗指標的性能化設計所需要的，是能夠凝練建筑設計要點的通用性與引導性強的方法以及完整設計流程的指導。筆者經過對國內外現有相關文獻與典型案例的分析，考慮到建筑所在地氣候特點的差異以及目標函數的不同，總結出了三種適用于超低能耗建筑的設計方法。
2.1關鍵參數限額法
關鍵參數限額法主要是以減少建筑耗能為導向，充分合理的利用建筑所在地的自然條件與氣候特征，對外墻、屋面、外窗傳熱系數等建筑關鍵元素指標進行嚴格控制，并結合新型的高效新風熱回收技術，從而基本滿足用戶舒適居住條件的設計方法。該方法并不依賴于可再生能源資源，所以不需要進行過多的模擬計算，從實質上將，該方法是對現有節能標準控制指標的提高，采用該種方法可以使建筑具備達到超低能耗建筑的潛力（該方法流程圖參考圖3）。使用關鍵參數限額法使得建筑物達到超低能耗具有三個主要技術特征：①對建筑圍護結構熱工性能與建筑整體氣密性的提高。外墻、屋面、外窗以及樓板等圍護結構的傳熱系數要達到規定的數值，從而最大程度的提高建筑保溫隔熱性能與氣密性；②該方法充分利用了被動式技術技能，例如自然通風與采光、太陽能輻射與室內非供暖熱源的充分利用，從而有效的降低建筑能源需求以及對機械系統的依賴；③該技術具有高效新風熱回收系統，這能夠有效保障室內空氣質量以及熱環境。
2.2雙向交叉平衡法
雙向交叉平衡法是以能耗指標以及舒適度為導向，在對建筑圍護結構與高校新風熱回收進行優化的同時，還考慮到再生能源的應用，由再生能源提供建筑所消耗的能量，從而確保建筑能量供需平衡的設計方法。使用雙向交叉平衡法達到超低能耗有三個主要技術特征：①該方法充分優化了被動設計手段，對建筑體形系數、內外遮陽、自然通風以及自然采光等進行合理調節，對建筑圍護結構參數限值進行嚴格把控，從而最大限度的減少建筑物對化石燃料的需求；②該方法主動優化并提高了系統性能，使用新型技術和設備，例如節能燈具、水泵以及變頻空調等，從而有效提高能效；③該方法科學合理的利用可再生能源，例如太陽能、風能、淺層地熱能以及生物質能等可再生能源，盡可能滿足建筑能源需求。
2.3經濟環境決策法
經濟環境決策法主要是以低耗、舒適度以及經濟性為導向，對建筑本身圍護結構進行優化，并有效利用建筑周圍環境以及可再生能源，考慮經濟可行性因素，不斷的對建筑設計方法進行優化，直至得到使得建筑物各項指標滿足的設計條件與設計方法。使用經濟環境決策法達到超低能耗有三個主要的技術特征：①要同時滿足低耗、舒適度以及經濟性三項指標，建筑設計初期就要圍繞三項指標進行設計；②充分主動優化設計，循環計算優化，從而得到單個參數的最優取值以及系統的設計與運營方案；③經濟可行性分析，對節能與投資之間的額關系進行決策，從而選擇合適方案。
3案例研究
中國新疆自治區某工程，該工程建筑區域為7667.9m2，包含地上（商業餐飲與酒店）6層，地下2層（超市與車庫），該建筑被動式建筑面積為4361.6m2，該建筑的建成標志著中亞嚴寒干熱氣候區有了手動接近零能耗的標志性建筑。該建筑采用上文所提到三種方法中的關鍵參數限額法進行設計，以建筑能耗目標為導向，其中生活熱水、供熱、供冷以及生活用電總能耗限額為54kW•h/（m2•a），其耗能僅為每平方米1.5m3燃氣，設計流程圖參考圖3。主要步驟如下。
3.1規定圍護結構熱工參數限值
規定圍護結構熱工參數限值，做好了防止熱橋與加熱隔熱的措施。外墻等圍護結構K值上限為0.15W/（m2•K），窗戶玻璃K值上限為0.80W/（m2•K）。熱橋K值上限為0.01W/（m2•K）。另外，屋頂增加了相應的綠化設計以提高建筑物保溫隔熱的性能，對供熱管道、設備要求，做好了保溫以及嚴格密封處理。
3.2自然通風及采光
其次，在進行自然通風與采光的設計中，多利用了自然光與自然冷源，從而有效減少照明能耗與空調。在建筑一至三層還設有中庭，并采用電動開窗器以及電動外遮陽，確保了建筑良好的自然通風采光。
3.3建筑能源系統設計
3.3.1制冷空調系統
該建筑處于嚴寒干熱氣候區，夏季需降溫加濕，所以制冷空調選用高溫水與干工況，選用地面輻射供冷，供回水溫度為16~21℃，高性能冷水機組設計工況下，系統能效達到了14.9，且不接露。
3.3.2供熱空調系統
選用了落地式冷凝模塊低溫以及高溫燃氣鍋爐作為建筑供熱與供水。一次側循環水泵耦合連接二次側變頻節能水泵，可以根據建筑負載以及室外氣溫，對鍋爐工作數量以及輸出大小進行自動調節。其中，高溫燃氣鍋爐可提供60~80℃熱水，最高熱效率大97.4%。
3.3.3新風熱回收機組
該建筑熱回收率達75%，有效的保證了室內空氣質量以及能源的節約。該項目的設計要點是確保關鍵指標不超過規定限值，進而達到終極能耗指標。例如德國的度納幼兒園，通過對圍護結構傳熱系數的嚴格把控，不用可再生能源系統，也可以達到不超過120kW•h/（m2•a）的能耗指標。
4結語
超低能耗建筑的發展是需要從多方面進行落實的，推行超低能耗建筑是我國實現可持續發展的必由之路，所以我國要對超低能耗建筑方面加大研究力度，制定適合與各地區的科學的各項能耗指標工作，實現超低能耗建筑的廣泛應用。
參考文獻
[1]李曉光.基于實際案例分析超低能耗建筑設計方法[J].建筑建材裝飾，2017，16（3）：23~56.
[2]王永飛，張世發.被動式超低能耗建筑設計基礎與應用研究[J].建筑工程技術與設計，2016，27（31）：165~210.
[3]李君.被動式超低能耗建筑設計基礎與應用分析[J].工程技術：全文版，2016，24（8）：30~39.
[4]張春鵬.德國被動式超低能耗建筑設計及保障體系探究[D].山東建筑大學，2016，27（12）：57~78.
作者:馮心怡 單位:云浮市建筑設計院有限公司