1、被动式超低能耗建筑节能实用技术第10章被动式超低能耗建筑概述第一节被动式超低能耗建筑设计方法第二节目录Contents被动式超低能耗建筑政策支持体系第三节从世界范围看,欧盟等发达国家为应对气候变化、实现可持续发展战略,不断提高建筑能效水平。欧盟2002年通过并于2010年修订的建筑能效指令(EPBD),要求欧盟国家在2020年前,所有新建建筑都必须达到近零能耗水平。丹麦要求2020年后居住建筑全年冷热需求降低至20kWh/(m2a)以下;英国要求2016年后新建建筑达到零碳,2019年后公共建筑达到零碳;德国要求2020年12月31日后新建建筑达到近零能耗,2018年12月31日后政府部门拥有
2、或使用的建筑达到近零能耗。德国“被动房”(passive house)是实现近零能耗目标的一种技术体系,它通过大幅度提升围护结构热工性能和气密性,同时利用高效新风热回收技术,将建筑供暖需求降低到15kWh/(m2a)以下。美国要求20202030年“零能耗建筑”应在技术经济上可行;韩国提出2025年全面实现零能耗建筑目标。许多国家都在积极制订超低能耗建筑发展目标和技术政策,建立适合本国特点的超低能耗建筑标准及相应技术体系,超低能耗建筑正在成为建筑节能的发展趋势。1被动式超低能耗建筑概述被动式超低能耗建筑概述10.1.1被动式超低能耗建筑在国外的发展状况在全球气候变暖、能源短缺的背景下,以高能效
3、、低排放为核心的建筑节能正为实现国家的能源安全和可持续发展起到至关重要的作用。近年来,国际建筑节能技术长足发展,提高建筑性能使使用者对能源的需求降到最低,同时充分利用可再生能源从而摆脱对传统化石能源的依赖,已成为欧洲建筑节能技术领先国家节能减排的重要手段。欧盟于2010年明确了能源领域的中期目标,将挖掘建筑节能潜力作为优先任务,并在修订的建筑能效指令(EPBD)中明确提出,到2020年欧洲大陆所有新建建筑要达到近零能耗水平。被动式低能耗建筑已成为欧洲实现上述目标的重要手段。被动式超低能耗建筑概述德国在建筑节能领域一直走在欧洲各国的前列,早在1988年首次提出了“被动房”(passive hou
4、se)的概念,主要指采用了各种节能技术构造最佳的建筑围护结构,极大限度地提高建筑保温隔热性能和气密性,使热传导损失和通风热损最小化;通过各种被动式建筑手段来尽可能实现室内舒适的热湿环境、采光环境和声环境,最大限度地降低对主动式机械供暖和制冷系统的依赖或完全取消这类设施。1991年,德国的第一个被动式住宅建立在达姆施达特(Darmstardts)市Kranichstein区,而后在2000年德国建成了首个被动房小区,经过20多年的研究和实践,德国已经拥有了6万多套被动房,并确定了相应的标准。被动式超低能耗建筑概述在德国,低能耗建筑根据建筑能耗大小划分为以下等级:1 低能耗建筑(Niedrigen
5、ergiehaus)德国的低能耗建筑是根据RAL-GZ965标准认证的。其规定低能耗建筑的传热损失要比现行的EnEV2009低30%。其供暖能耗指标为:每平方米使用面积能耗每年在70kWh以下。一般来讲,低能耗建筑是指建筑供暖能耗在3070kWh/(m2a)的建筑。其他的指标,例如保温、气密性和通风系统进行了更严格的规定。该认证体系对低能耗建筑的认证也分为两类:一是规划设计认证,二是运营阶段的认证。需要注意的是,德国计算建筑能耗指标是以建筑使用面积的每平方米能耗量为准,不是以建筑面积为准,另外建筑能耗是指一次性能源消耗量(Primaerenenergiebedarf),这样做有利于控制建筑实际
6、能耗,控制CO2排放量。被动式超低能耗建筑概述2 三升油建筑(Drei-Liter-Haus)三升油建筑是指建筑在达到相关规范所要求的使用舒适度和健康标准的前提下,供暖及空调能耗在1530kWh/(m2a)的住宅。它主要应用于居住建筑,也可应用于办公楼、学校、幼儿园等建筑类型。3 被动房(Passivhaus)它是由德国Wolfgang Feist博士研究,并由德国被动房研究所提出的超低能耗建筑形式。对“被动房”的定义是必须满足被动房标准(见表10-1):即超低能耗建筑,它通过采用各种先进的节能技术,极大限度地提高建筑保温隔热性能和气密性,从而显著地降低能源需求。被动式超低能耗建筑概述4 零能
7、耗建筑(Nullenergiehaus)它是指不消耗常规能源的建筑,完全依靠太阳能或者其他可再生能源。从节能建筑、绿色建筑、生态建筑、可持续性理念到最近的低碳,其共同的目标都是为了降低二氧化碳的排放。表10-1德国被动房的指标体系被动式超低能耗建筑概述5 高能效建筑德国复兴信贷银行对于满足节能房屋70%和节能房屋55%能效指标的低能耗建筑,无论是新建或购买的或改造的这两类低能耗建筑提供低息贷款。这些低能耗建筑的能效指标由德国能源署确定,能效指标的参考数值依据EnEv规定的一次能源需求Qp和传输热损失HT而定。评判建筑是否属于节能房屋70%,必须满足两个条件:一是建筑一次能耗不允许超过2009年
8、版节能条例中规定的参考建筑计算值的70%,二是建筑围护结构传热损失不能超过2009年版节能条例中规定的参考计算值的85%。被动式超低能耗建筑概述在日本发生福岛核电站事故后,德国率先宣布放弃使用核能(占其能源总供应量的40%)。2010年6月18日,欧盟出台了建筑能效2010指令(EPBD2010),该指令规定,成员国从2020年12月31日起,所有的新建建筑都是近零能耗建筑。在此基础上,并于2011年提出了新的房屋节能目标:自2019年1月1日起,将政府办公建筑建成近零能耗房屋;自2021年1月1日起,将所有新建房屋建成近零能耗房屋;到2050年,所有房屋节约80%的一次能源。发展被动式房屋是
9、德国实现上述目标的基础,可为德国节省近40%的社会终端能耗。在被动式房屋的基础上,德国还将进一步研究产能房屋(energy plus)。被动式超低能耗建筑概述美国2000年起房屋所耗能源占美国能源总供应的1/3,为了节能和环保,美国能源部自2005年以来大力推广超低能耗建筑这一项新技术,通过改进建筑设计和材料,美国房屋的能耗已比1980年减少了30%。现今,美国低能耗建筑甚至“零能耗”建筑,无论是从数量上、区域分布上还是建筑形式上都呈不断扩张的态势。新技术的应用已经成为推动超低能耗建筑不断发展的重要动力。2010年,“零能耗建筑”在美国科罗拉多州正式启用,如图10-1所示。这座由美国能源部设计
10、建造的“研究支援设施”,通过绿色建筑评价标准的环保建筑认证,是一座“零耗能建筑”。建筑物本身生产的能源,高于其消耗的能源,除了自给自足,更能供给他人,是目前世界上已知最大的环保建筑,在节能减碳方面更是领先世界标准15年。图10-1美国科罗拉多州的零能耗建筑被动式超低能耗建筑概述2011年,由美国新建筑协会(NBI)和零能耗商用建筑联盟(CBC)共同撰写的报告,题为“向零能耗的2012迈进:第一份全面剖析零能耗商用建筑的报告”,从各个方面对零能耗商用建筑(ZEBs)和无能源建筑(ZECs)进行了分析。该报告数据显示,不同的气候区域的商用ZEBs和ZECs都处于增长态势。同时,ZEBs的建设技术已
11、经非常成熟,设计和建筑技术的发展也推动了该类建筑的发展。现今,ZEBs主要建筑还是小型和微型建筑,数量虽少但形式更加多样化,包括K-12学校(小初高)、办公楼、教学楼、娱乐中心、综合大楼以及其他。整体的节能效果在3%18%不等。而对于成本来说,这些有限的ZEBs也反映出其整体成本低于模型预计的成本,在0%10%之间。据美国能源部预测,美国各州到2020年将大面积兴建拥有70%节电效能的现代住宅,超低能耗建筑是美国未来建筑的发展方向。被动式超低能耗建筑概述10.1.2我国被动式超低能耗建筑的发展不同于发达国家高舒适度和高保证率下的高能耗,我国建筑能耗特点为低舒适度和低保证率下的低能耗,且不同年代
12、建筑能耗强度差异大。统计数据表明,英、法、德、意4国普通居住建筑单位面积能耗为35kgce/(m2a)一次能源消耗量约为285kWh/(m2a),我国普通城镇居住建筑单位面积能耗仅为14.5kgce/(m2a)一次能源消耗量约为118kWh/(m2a),现有居住建筑的能耗本来就满足德国被动房一次能源消耗120kWh/(m2a)的要求。不可否认,随着生活水平的提高,建筑能耗强度会有所上升,但就现阶段而言,德国被动房指标体系中的一次能源消耗量要求对于我国是不适用的。被动式超低能耗建筑概述被动式超低能耗建筑在目前世界各类节能建筑中具有领先的技术优势。对受困于能源紧缺危机和雾霾危机双重压力的中国,发展
13、被动式超低能耗建筑具有深远的现实意义。由此我国开始了一系列关于超低能耗建筑相关的积极行动。经过多年的发展,我国的节能技术水平正逐渐提高,从重视单项技术到综合全面的建筑节能技术解决方案,可再生能源利用率也在逐步提高,见表10-2。随着技术进步和建筑节能要求的进一步提高,我国的超低能耗建筑有了发展的需求和空间,陆续自发地开展了一些超低能耗建筑集成示范,如清华大学和同济大学的超低能耗示范建筑。目前,国内有中德合作秦皇岛在水一方、哈尔滨溪树庭院、福建南安项目和朗诗布鲁克项目等被动式超低能耗建筑试点项目。被动式超低能耗建筑概述表10-2我国的示范工程在不同执行形式时间的发展变化被动式超低能耗建筑概述10
14、.1.3被动式超低能耗建筑的定义与特征1 定义被动式超低能耗绿色建筑(以下简称超低能耗建筑)是指适应气候特征和自然条件,通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构,采用高效新风热回收技术,最大限度地降低建筑供暖供冷需求,并充分利用可再生能源,以更少的能源消耗提供舒适室内环境并能满足绿色建筑基本要求的建筑。被动式超低能耗建筑概述2 超低能耗建筑的主要技术特征1)保温隔热性能更高的非透明围护结构。2)保温隔热性能和气密性能更高的外窗。3)无热桥的设计与施工。4)建筑整体的高气密性。5)高效新风热回收系统。6)充分利用可再生能源。被动式超低能耗建筑概述3 超低能耗建筑的优势(1)更加节能建筑物全年供暖
15、供冷需求显著降低,严寒和寒冷地区建筑节能率达到90%以上。与现行国家节能设计标准相比,供暖能耗降低85%以上。(2)更加舒适建筑室内温湿度适宜;建筑内墙表面温度稳定均匀,与室内温差小,体感更舒适;具有良好的气密性和隔声效果,室内环境更安静。(3)更好的空气品质有组织的新风系统设计,提供室内足够的新鲜空气,同时可以通过空气净化技术提升室内空气品质。(4)更高质量保证无热桥、高气密性设计,采用高品质材料,精细化施工及建筑装修一体化,使建筑质量更高、寿命更长。2被动式超低能耗建筑设计方法被动式超低能耗建筑设计方法10.2.1被动式超低能耗建筑设计的基本理念被动式超低能耗建筑的基本设计理念应该是在建筑
16、整体设计的基础上,首先应以被动优先、主动优化的原则降低建筑能耗需求,提高能源利用效率,然后通过现场产生的可再生能源替代传统能源,以降低化石能源消耗。在进行超低能耗建筑设计时,要考虑以下外部环境对建筑参数的影响,还需考虑以下三个层面:第一层面的节能是被动式节能技术,其核心理念是强调直接利用阳光、风力、气温、湿度、地形、植物等场地自然条件,通过优化规划和建筑设计,实现建筑在非机械、不耗能或少耗能的运行模式下,全部或部分满足建筑供暖、降温及采光等要求,达到降低建筑使用能量需求进而降低能耗,提高室内环境性能的目的。被动式技术通常包括自然通风,自然采光,围护结构的保温、隔热、遮阳、集热、蓄热等方式。被动
17、式超低能耗建筑设计方法第二层面是主动式技术,是指通过采用消耗能源的机械系统,提高室内舒适度,通常包括以消耗能源为基础的机械方式满足建筑供暖、空调、通风、生活热水等要求,其核心是提高用能系统效率、减少能源消耗。其主要包括热泵、风机、除湿机等。第三层面是可再生能源利用技术,如太阳能利用技术、风力发电、地源热泵等,虽然其也是主动式技术,但是针对其消耗的是可再生能源,为此对其进行单独分析,其核心是环保、可持续;这些技术的实施,最终目的是确保建筑的超低化石能源能耗。建筑师要尽量通过建筑设计而不是单纯依靠设备系统的“提供”和“补救”来保证良好的建筑微气候环境。被动式超低能耗建筑设计方法超低能耗建筑设计流程
18、如图10-2所示。图10-2超低能耗建筑设计流程被动式超低能耗建筑设计方法1 被动式技术“被动式”节能技术主要可以分为两部分:一部分是根据当地气候条件和场地情况进行建筑设计的合理布局,进而降低建筑本体的能量需求;另一部分是采用符合所在地区地理气候、人为的构造手段,结合建筑师们的巧妙构思,降低建筑自身用能。其主要目标是以非机械或电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,通过在建筑规划及单体设计中对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的供暖、空调、通风等能耗的降低。被动式超低能耗建筑设计方法建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有着决
19、定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑供暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别。(1)建筑合理布局良好的被动式设计或具有能源意识的建筑,应在建筑设计伊始,就结合当地的气候特征,充分考虑地形、地貌和地物的特点,对其加以利用,创造建筑与自然环境和谐一致,相互依存,富有当地特色的居住、工作环境,充分考虑建筑的朝向、间距、体形、体量、绿化配置等因素对节能的影响,通过相应的合理布局降低用能需求,同时也能为“主动式”节能措施提供良好的条件。被动式超低能耗建筑设计方法(2)被动式太阳能供暖一种吸收太阳辐射热的自
20、然加温作用,它引起的升温,会使热量从被照射物体表面流向其他表面和室内空气,同时也是建筑物内部结构的蓄热过程。而蓄热在昼夜循环时又可用于调整太阳得热的过剩或不足,并且它也成为设计时要考虑的关键一步。虽然任何的外部建筑构件都可以和玻璃结合起来为被动式太阳能供暖创造条件,但必须对居住情况、空间的使用情况以及室外条件慎重考虑。被动式太阳能供暖需要依靠下面一个或多个条件:窗户、高侧窗和天窗,这些构件可以使居住空间见到阳光。被动式超低能耗建筑设计方法(3)自然通风建筑设计应以当地主导气候特征为基础,通过合理的布局与形体设计创造良好的微气候环境,组织自然通风。现代建筑对自然风的利用不仅需要继承传统建筑中的开
21、窗、开门及天井通风,更需要综合分析室内外实现自然通风的条件,利用各种技术措施实现满足室内热舒适性要求的自然通风。不仅需要在建筑设计阶段利用建筑布局、建筑通风开口、太阳辐射、气候条件等来组织和诱导自然通风,而且需要在建筑构件上,通过门窗、中庭、双层幕墙、风塔、屋顶等构件的优化设计,来达到良好的自然通风效果。被动式超低能耗建筑设计方法(4)自然采光自然采光可以显著降低建筑照明能耗,但是利用自然采光常用的且经济的措施是增大建筑的窗墙比,而窗墙比的增加,在夏季会引起太阳辐射得热量增大,冬季会引起室内热量的散失,所以设计不当可能造成虽然自然采光有效降低了照明能耗,但是大幅提高了空调能耗。现代自然采光技术
22、可分为侧窗采光系统、天窗采光系统、中庭采光系统和新型天然采光系统(如导光管、光导纤维、采光搁板、导光棱镜窗),随着科学技术的发展,也出现了一些新型采光材料,如光致变色玻璃、电致变色玻璃、聚碳酸酯玻璃、光触媒技术等。被动式超低能耗建筑设计方法(5)围护结构节能技术建筑物的能耗主要是由其外围护结构的热传导和冷风渗透两方面造成的,按照能量路径优化策略,建筑外围护结构的节能措施集中体现在对通过建筑外围护结构的热流控制上。建筑节能设计的第一层面是良好的围护结构,降低供暖和降温的需求。建筑外围护结构主要包括建筑外墙、楼板和地面、屋顶、窗户和门,要实现的功能主要有视野、采光、遮阳与隔热、保温、通风、隔声6大
23、方面,这些功能并非孤立存在的,它们是相互关联、相互矛盾的,通常需要统筹考虑。目前,最常用的是借助计算机模拟分析,优化建筑围护结构性能。在我国公共建筑中,窗的能耗约为墙体的3倍、屋面的4倍,占建筑围护结构总能耗的40%50%。被动式超低能耗建筑设计方法(6)被动式节能技术的节能潜力和设计要素指标选择适合当地条件的“被动式”节能技术,可用4%7%的建筑造价达到30%的节能指标,回收期一般为36年,在建筑的全寿命周期里,其经济效益是显而易见的。综上所述,被动式技术需要建筑设计师与暖通空调师的紧密配合,通过各类模拟分析,如自然采光模拟、风环境模拟,进行建筑方案优化,进而选择合理的建筑形态与围护结构措施
24、与参数,降低建筑的能量需求。被动式超低能耗建筑设计方法2 主动式技术用于调节建筑物室内物理环境舒适的耗能设备系统中,空调和照明系统在大多数民用非居住建筑能耗中所占比例较大,其中仅空调系统的能耗就占建筑总能耗的50%左右,是主要的节能控制对象;而照明系统能耗占30%以上,也不容忽视。建筑设备系统的节能措施主要应用在以下三个方面:第一方面,建筑能源的梯级利用。根据建筑不同用能设备和系统等级的划分,优先满足用能品位高的设备和系统,利用这些设备和系统释放的能量满足用能品位低的下游设备和系统,如能源回收技术,典型应用如燃气冷热电三联供,冷凝式燃气锅炉。被动式超低能耗建筑设计方法第二方面,选用高能效的系统
25、及设备。当必须使用空调设备才能满足室内热舒适要求时,要采用高效节能的空调设备或系统,如温湿度独立控制系统,高效光源与高效灯具、高效电动机、节能电梯、节能性配电变压器等。第三方面,制订合理的建筑耗能设备的运行方式和控制管理模式,提高系统整体的运行效率。被动式超低能耗建筑设计方法10.2.2我国超低能耗建筑的特点分析1 我国建筑能耗的特点不同于发达国家高舒适度和高保证率下的高能耗,我国建筑能耗特点为低舒适度和低保证率下的低能耗。统计数据表明,英、法、德、意等普通居住建筑单位面积能耗为35kgce/(m2a)一次能源消耗量约为285kWh/(m2a),我国普通城镇居住建筑单位面积能耗仅为14.5kg
26、ce/(m2a)一次能源消耗量约为118kWh/(m2a),现有居住建筑的能耗本来就满足德国被动房一次能源消耗120kWh/(m2a)的要求。不可否认,随着生活水平的提高,建筑能耗强度会有所上升,但就现阶段而言,德国被动房指标体系中的一次能源消耗量要求对于我国是不适用的。被动式超低能耗建筑设计方法2 室内环境我国住宅建筑室内环境状况整体低于发达国家,主要体现在室内温度不达标、新风量不足。调查表明,在冬季严寒和寒冷地区集中供暖的建筑室内温度普遍在18以上,但夏热冬冷地区室内温度基本在10以下,该地区集中供暖设施并不普及,室内湿度主要分布在60%90%,室内湿冷,舒适度差。在夏季,开窗通风是解决室
27、内过热问题的首选,空调系统间歇运行,室内温度偏高,基本分布在2532。如果我国被动式超低能耗建筑追求欧美的全空间全时间的高舒适度,势必导致建筑能耗的快速上升。被动式超低能耗建筑设计方法3 气候特点不同于德国的单一气候,我国五大建筑气候分区特点差异大。德国相比于我国同纬度的地区气候更加温和,供暖为主而空调需求较小;从数值上看,德国夏季基本无需空调,我国多数地区夏季存在空调需求。北京与柏林月对比温度情况如图10-3所示。从供暖度日数和供冷度日数上看,东西南北的供暖和空调需求极不均衡。图10-3北京与柏林月对比温度情况被动式超低能耗建筑设计方法10.2.3被动式超低能耗建筑的技术指标超低能耗的技术指
28、标应以建筑能耗值为导向,技术指标包括能耗指标、气密性指标及室内环境参数。1 超低能耗建筑能耗指标及气密性指标超低能耗建筑能耗指标及气密性指标见表10-3。表10-3超低能耗建筑能耗指标及气密性指标被动式超低能耗建筑设计方法2 超低能耗建筑室内环境参数超低能耗建筑室内环境参数指标见表10-4。表10-4超低能耗建筑室内环境参数指标 冬季室内湿度不参与能耗指标的计算。人均建筑面积取32m2/人。当不设供暖设施时,全年室内温度低于20的小时数占全年时间的比例。当不设空调设施时,全年室内温度高于28的小时数占全年时间的比例。被动式超低能耗建筑设计方法10.2.4被动式超低能耗建筑的技术体系1 高性能的
29、建筑保温系统和门窗在严寒、寒冷和夏热冬冷地区,围护结构保温性能的重要性最为显著。围护结构保温性能的确定应遵循性能化设计原则,通过能耗模拟计算进行优化分析后确定。注重保温性能的同时,超低能耗建筑还应采用热惰性大的重质复合墙体结构,提高围护结构的隔热性能。围护结构的热惰性是指围护结构对外界温度波动的抵抗能力。围护结构热惰性越大,建筑物内表面温度受外表面温度波动影响越小。被动式超低能耗建筑设计方法超低能耗建筑围护结构的保温层厚度大,以普通模塑聚苯板(EPS)为例,严寒地区保温层厚度可达300mm左右。对于外墙外保温系统,保温层厚度增加,会影响固定的可靠性及耐久性,外饰面的种类也受到限制;在目前的建筑
30、面积核算标准下,保温层厚度增加也会占据更多的有效室内使用面积。因此,保温材料选择时,应优先选用高性能保温材料,并在同类产品中选用质量和性能指标优秀的产品,减少保温层厚度。目前,以B1级的模塑聚苯板(EPS)为保温材料的外墙外保温系统是被动式低能耗建筑主要采用的保温形式。被动式超低能耗建筑设计方法除了选用高质量的保温材料,完整的外墙保温系统还需配备各种配件,如窗口连接线条、滴水线条、护角线条、伸缩缝线条、断热桥锚栓、止水密封带,从而提高外保温系统保温隔热、连接稳定、防水透气的能力,保证系统的耐久性、安全性和可靠性。一般而言,由于通过屋面流失的热量较大,被动式建筑屋面保温比外墙保温层厚度大,且采用
31、抗压强度和防水性能更好的保温板(如XPS)保温层上下各有一层防水,其中靠近室内房间一侧应是防水隔气层,靠近室外一侧是防水透气层。其目的是防止室内的水蒸气进入保温系统又散失不出去,从而破坏保温系统的耐久性。被动式超低能耗建筑设计方法外窗是影响超低能耗建筑节能效果的关键部件,其影响建筑能耗的性能参数主要包括传热系数(K)、太阳得热系数(SHGC)以及气密性能;影响外窗节能性能的主要因素有玻璃层数、Low-E膜层、填充气体、边部密封、型材材质、截面设计及开启方式等。应根据不同气候区特点,通过性能化设计方法进行优化设计和选择。外门窗系统是围护结构保温、防水和气密性最薄弱的环节,通过外门窗损失的能耗通常
32、占总建筑总能耗的30%40%。因此采用高效节能门窗产品至关重要。被动式超低能耗建筑设计方法被动房窗户是目前市场上性能最优最节能的窗户,它不仅考虑了窗户的传热系数,还考虑玻璃的太阳能总投射比(g值)、玻璃的选择性系数等多个控制性参数,从而达到既保温隔热隔声又不影响自然采光的多重目的。被动房窗户通常采用56腔木框或塑料(PVC)型材,填充高效的发泡芯材保温,采用双Low-E三玻两腔中空玻璃,玻璃间充惰性气体(氩气或氪气)或采用复合真空玻璃。玻璃间隔条是耐候性极好的暖边条,不再使用热导率高且耐久性较差的橡胶条或铝合金间隔条,整窗的U值0.8W/(m2K)。目前国内节能75%的标准,整窗的K值为1.5
33、2.0W/(m2K)。被动式超低能耗建筑设计方法不同地区被动式低能耗建筑透明部分用玻璃的光热参数见表10-5。表10-5不同地区被动式低能耗建筑透明部分用玻璃的光热参数被动式超低能耗建筑设计方法在传统节能建筑中,外窗都安装在窗洞口中间,热桥明显,防水和密封设计非常薄弱。被动式低能耗建筑通过改变窗户安装位置、窗户保温方式、采用高效的防水密封材料、防水构造和应用窗台板,显著地提高了外窗的保温气密性,解决了窗户节点的防水问题。被动房窗户是安装在主体外墙外侧,借助于左右两侧的角钢固定,锚固件后面有隔热垫片,降低金属固定件的热桥。整个窗框三分之二被包裹在保温层里,最多留出1015mm窗框可视面,形成无热
34、桥的构造。被动式超低能耗建筑设计方法窗框与窗洞口之间凹凸不平的缝隙填充了自黏性的预压自膨胀密封带,窗框与外墙连接处必须采用防水隔气膜和防水透气膜组成的密封系统。室内一侧采用防水隔气密封布,室外一侧应使用防水透气密封布,从而从构造上完全强化了窗洞口的密封与防水性能。与传统泡沫胶相比,此类密封布具有不变形、抗氧化、延展性好、防水透气性能好、寿命长等特点。保温系统上设计安装了金属窗台板,窗台板有滴水线造型,从而既保护保温层不受紫外线照射老化,也导流雨水,避免雨水对保温层的侵蚀破坏。另外,外门和户门均应采用保温密闭门,保温性能不应低于外窗的相关要求。严寒地区建筑的外门应设门斗;寒冷地区面向冬季主导风向
35、的外门应设置门斗或双层外门;其他地区外门宜设门斗或应采取其他减少冷风渗透的措施。被动式超低能耗建筑设计方法2 无热桥设计建筑热桥包括几何热桥(如墙角)、材料传热差异形成的热桥(如钢筋水泥和加气混凝土砌块搭接部位)、集中热流形成的热桥(如贯穿部位造成空气泄漏)、建筑构件保温层厚度不一致造成的热桥。超低能耗建筑设计时,应更严格控制热桥的产生,对建筑外围护结构进行无热桥设计。避免热桥主要应遵循以下的原则:(1)避让规则尽可能不要破坏或穿透外围护结构。(2)击穿规则当管线等必须穿透外围护结构时,应在穿透处增大孔洞,保证足够的间隙进行密实无孔洞的保温。(3)连接规则保温层在建筑部件连接处应连续无间隙。(
36、4)几何规则避免几何结构的变化,减少散热面积。被动式超低能耗建筑设计方法除了应在外墙、屋面及外窗的设计中充分考虑无热桥设计外,突出建筑外立面的悬挑阳台建筑中明显的热桥薄弱环节。欧洲国家被动房设计中,往往采用两种方式减少热桥:采用预制独立式钢结构阳台,通过锚固件固定在建筑结构上,通常适用于多层建筑;采用无热桥的阳台专用构件,该构件由高性能的保温材料和高强度水泥板构成,通过高强度钢筋将阳台板与室内楼板连接,从而有效地阻断阳台热桥。在国内的示范项目中,考虑国内建筑设计规范的限制,且当前无法引进专用构件,项目采用了折中的构造设计,即阳台板与主体结构断开,中间填充与外墙同厚度的保温材料,阻断热桥。阳台板
37、靠挑梁支撑,保温材料将挑梁整体包裹。被动式超低能耗建筑设计方法阳台门框部位也应尽量用保温材料进行覆盖,阳台门应设计为朝内开,否则将因无法用保温材料包裹门框而产生热桥。阳台护栏不应安装在混凝土楼板、柱或女儿墙垂直上方,而应在侧面,以防止连接部位的防水层受损,进而导致保温层渗水,破坏保温系统。另外,外墙上的各种支架如空调支架、太阳能热水器支架和雨水管支架都属于系统性热桥。传统工艺通常是保温做完后,再安装相应的支架,从而直接破坏保温系统的完整与密封性。正确方法是不要直接穿透保温层,要事先规划和预留金属构件安装的部位。金属构件和主体结构之间宜采用20mm的隔热材料,如泡沫玻璃、石膏板等,然后将金属构件
38、完全包裹在保温层里。被动式超低能耗建筑设计方法3 建筑气密性设计建筑气密性对于实现超低能耗目标非常重要。良好的气密性可以减少冬季冷风渗透,降低夏季非受控通风导致的供冷需求增加,避免湿气侵入造成的建筑发霉、结露和损坏,减少室外噪声和空气污染等不良因素对室内环境的影响,提高居住者的生活品质。保障建筑气密性并不是限制住户主动开窗透气意愿,而是在需要供暖或制冷时期,避免室内外空气通过建筑缝隙和漏点“无控”进行交换,造成热(冷)量的损失或高湿度对建筑构件的破坏。建筑的气密性由连续无断点的内抹面、防水、密封性的连接材料和构件共同构成,而施工质量在很大程度上决定了建筑的气密性水平,是精细化施工的集中体现。被
39、动式超低能耗建筑设计方法应采用简洁的造型和节点设计,减少或避免出现气密性难以处理的节点。选用气密性等级高的外门窗,外窗框与窗扇间宜采用3道耐久性良好的密封材料密封,每个开启扇至少设2个锁点。另外还应选择适用的气密性材料构成气密层,常见的可构成气密层的材料包括一定厚度的抹灰层、硬质的材料板(如密度板、石材)、气密性薄膜等。孔眼薄膜、保温材料、软木纤维板、刨花板、砌块墙体等不适于用作气密层。节点气密性处理应选择适用的气密性材料制作,如紧实完整的混凝土、气密性薄膜、专用膨胀密封条、专用气密性处理涂料等材料;包装胶带、聚氨酯发泡、防水硅胶等材料不适合作为节点气密性处理材料。被动式超低能耗建筑设计方法4
40、 遮阳设计遮阳设计应根据地区的气候特点、房间的使用要求以及窗口所在朝向综合考虑。严寒和寒冷地区,供暖能耗在全年建筑总能耗中占主导地位,太阳辐射可降低冬季供暖能耗,但也会增加夏季空调能耗,因此严寒地区南向外窗宜考虑适当的遮阳措施,寒冷地区的东、西、南向的外窗均应考虑遮阳措施;夏热冬冷和夏热冬暖地区,东、西、南向均应采取遮阳措施,东向和西向应重点考虑。被动式超低能耗建筑设计方法遮阳措施分为可调或固定等形式,也可采用各种热反射玻璃、镀膜玻璃、阳光控制膜、低发射率膜等进行遮阳。因此,超低能耗建筑宜采用可调节的遮阳设施。可调节外遮阳表面吸收的太阳得热,传入室内的比例比内遮阳或中置遮阳小,并且可根据太阳高
41、度角和室外天气情况自动或手动调整,是最适合超低能耗建筑的遮阳形式。升降百叶可调节外遮阳及可调节遮阳板示意图如图10-4所示。图10-4升降百叶可调节外遮阳及可调节遮阳板被动式超低能耗建筑设计方法固定遮阳是将建筑的天然采光、遮阳与建筑物融为一体的外遮阳系统。设计固定遮阳时应综合考虑建筑物所处地理纬度、朝向,太阳高度角和太阳方向角及遮阳时间,通过对建筑物进行日照分析来确定遮阳的分布和特征。合理设计挑檐尺寸的固定遮阳示意图如图10-5所示。除固定遮阳外,也可结合建筑立面设计,采用自然遮阳措施。非高层建筑宜结合景观设计,利用树木形成自然遮阳,降低夏季辐射热负荷,利用树木形成自然遮阳。图10-5合理设计
42、挑檐尺寸的固定遮阳示意图被动式超低能耗建筑设计方法5 高效新风热回收系统超低能耗建筑应优先利用高效新风热回收系统满足室内供冷或供暖要求,不用或少用辅助供暖供冷系统。采用高效新风热回收系统,通过回收利用排风中的能量降低供暖制冷需求,实现超低能耗目标。高效新风热回收系统通过热回收装置使新风和排风进行热交换,回收排风中的能量。新风热回收装置示意图如图10-6所示。图10-6新风热回收装置示意图被动式超低能耗建筑设计方法热回收装置按换热类型分为全热回收型和显热回收型两类。由于能量回收原理和结构不同,有板式、转轮式、热管式和溶液吸收式等多种形式,应根据地区气候特点,结合工程的具体情况进行选择。6 辅助供
43、冷供暖系统超低能耗建筑辅助供暖供冷应优先利用可再生能源,减少一次能源的使用。可再生能源主要包括太阳能、地源热泵、空气源热泵及生物质燃料等。对于严寒和寒冷地区宜设置辅助热源,辅助热源不宜采用集中供暖方式;寒冷地区、夏热冬冷及夏热冬暖地区宜设置辅助冷源。辅助热源和冷源宜采用以下方式:被动式超低能耗建筑设计方法1)严寒地区,当分散供暖时,宜优先采用燃气供暖炉;当集中供暖时,宜以地源热泵、工业余热或生物质锅炉为热源,并采用低温供暖方式。有峰谷电价的地区,可利用夜间低谷电蓄热供暖。2)寒冷地区宜采用地源热泵或空气源热泵。3)夏热冬冷地区宜采用空气源热泵或地源热泵。4)夏热冬暖地区宜采用分体式空调。被动式
44、超低能耗建筑设计方法7 卫生间和厨房通风卫生间和厨房通风直接关系室内环境和超低能耗目标的实现,超低能耗建筑应着重处理好卫生间和厨房通风问题。卫生间通风设计要点:每个卫生间宜设独立的排风装置,自然补风。排风经排风装置导入排风竖井,借助无动力风帽排出室外。卫生间排风用无动力风帽如图10-7所示。图10-7卫生间排风用无动力风帽被动式超低能耗建筑设计方法中餐厨房油烟大、通风量大,在进行厨房通风设计时,应遵循以下原则,尽可能降低厨房通风造成的冷热负荷,同时满足改善厨房室内环境的要求。1)厨房宜设独立的排油烟补风系统。2)补风应从室外直接引入,补风管道引入口处应设保温密闭型电动风阀;电动风阀应与排油烟机
45、联动,在排油烟系统未开启时,应关闭严密,不得漏风。补风管道应保温,防止结露。3)补风口尽可能设置在灶台附近,以缩短补风距离。厨房补风示意图如图10-8所示。图10-8厨房补风示意图3被动式超低能耗建筑政策支持体系被动式超低能耗建筑政策支持体系政策法规与标准体系的建设是推动被动式超低能耗建筑发展的重要依据和保证。在建筑节能领域,我国已经构建了比较完备的政策体系框架,先后出台了一系列从节能监管到技术标准的文件。但在进一步促进发展被动式超低能耗建筑的过程中还需要进一步有所突破和创新,需要通过不断完善建筑节能的法律法规体系、技术标准和相应的激励政策加快被动式超低能耗建筑的发展。从欧美各国超低能耗建筑的
46、发展来说,有很多经验和做法值得借鉴。被动式超低能耗建筑政策支持体系1 不断完善法律法规体系丹麦于1961年制定了第一部建筑条例(BR),随后每版建筑条例不断提高对建筑节能的要求,尤其是BR08和BR10版。2000年,丹麦引入了被动房的概念,被动房的认证是参考了德国被动房的标准和指标,2008年的建筑条例(BR08)第7.2.4章,首次对低能耗建筑做出了明确的规定。2006年丹麦为推动欧盟能效指令(EPBD2002/91/EC)在丹麦的实施,引入的低能耗建筑分级系统,将低能耗建筑分为两级,低能耗建筑1级和低能耗建筑2级。低能耗建筑2级是低于2006年标准建筑能耗要求的25%,是丹麦2010版建
47、筑条例的最低要求。低能耗建筑1级是低于2006年标准建筑能耗要求的50%,目前已成为现行的丹麦2015版建筑条例的最低要求。丹麦2020年的建筑条例将进一步提高建筑能效,预计将建筑能耗降低到低于2006年水平的75%。被动式超低能耗建筑政策支持体系德国很注重建立完善的法律法规体系逐步减低建筑能耗水平,德国从1977年颁布第一部保温法规到2012年进一步修改建筑节能条例(EnEV)。建筑供暖能耗已由最初的220kWh/(m2a)下降到2014年30kWh/(m2a)的水平。在过去20年,德国新建建筑单位居住面积的供暖能耗降低了40%左右。其中,德国能源节约法(EnEV)于2002年2月生效,它取
48、代了以往的供暖保护法和供暖设备法,制定了新建建筑的能耗新标准,规范了锅炉等供暖设备的节能技术指标和建筑材料的保暖性能等。按照新法规,建筑的允许能耗要比2002年前的能耗水平下降30%左右。2006年,德国再次推出了更为科学的ENEC2006节能新规范,开始从整体考虑建筑外部的能源输入值。被动式超低能耗建筑政策支持体系实际上,2002年2月德国实行的建筑节能规范EnEV2002,已体现了德国最新建筑节能技术研究成果,它不但控制建筑某一方面的能量消耗,对建筑的整体耗能及建材生产过程中耗能量已放在一起考虑。实际操作中,一是对建筑能耗量化,采用建筑能耗证书系统;二是新建住宅必须出具“供暖能耗量”和“住
49、宅能耗核心值”,这两项是建筑物耗能的主要数值。此外,还需出具一系列的证明,包括建筑每年所需的能量,制成建筑能耗计算表。该法规规定,2006年底前,在1978年10月1日前安装的约200万个供暖锅炉必须报废,由新型节能锅炉取代。在政府的推动下,天然气和太阳能等清洁能源、可再生能源近年来在住宅供暖市场上得到越来越普遍的应用。被动式超低能耗建筑政策支持体系2006年新的节能规范则属于一体化的节能标准,涉及空调、通风、采光各个方面,主要强调改善建筑的整体能源利用效率。消费者在德国购买住宅时,建筑开发商必须出具一份“能源消耗证明”。该证明清楚地列出了该住宅每年的能耗,提高了建筑的能耗透明度。自1995年
50、开始,德国法律就要求新建筑必须说明其能耗状况。随着建筑节能法规EnEV 2002的实施,需要说明的主要能耗指标范围也随之扩大。被动式超低能耗建筑政策支持体系2 研究制定激励政策合理的经济激励机制是发展和推广被动式超低能耗建筑的关键,可以降低被动式超低能耗建筑的开发成本,调动生产者和消费者的积极性,扩大市场需求。德国低能耗建筑是德国政府可持续发展战略的一个重要组成部分,在政府主导的积极因素的影响下,低能耗建筑的推广主要通过政府相关的政策法规制定,联邦政府、州政府、官方及半官方专业机构的实施推进,以及通过税收等手段引导企业开发相关技术产品,引导业主消费者建设、购买和使用低能耗建筑。另外,德国复兴信
