低能耗居住建筑可再生能源技術研究——以淄博普利·艾倫莊園為例

西安建筑科技大學建筑學院 ■ 徐浩 和茜 高偉業

一 引言

采用可再生能源技術是建造低能耗建筑的重要途徑。利用可再生能源可減少或完全代替常規能源，從而達到節能減排的效果[1]。淄博普利·艾倫莊園項目在設計時從因地制宜、全壽命周期角度出發，充分考慮山東地區的氣候特點、建筑特性以及各項技術的適應性等因素，本文對這個工程項目中采用的可再生能源技術作了簡要分析介紹。

二 普利·艾倫莊園可再生能源利用的基本情況

普利·艾倫莊園位于淄博(東經117?32'至118?31'，北緯 35?56'至 37?18')著名風景區——馬鞍山生態森林園半山龍脈。總占地約14hm2，基址地形成“北斗七星”狀，社區以園林為主題景觀，湖水、溪水自然分流，形成世外桃源——桃花島獨立庭院豪宅、半山龍脈雙拼山地豪宅、眾星捧月TownHouse景觀聯排、獨立入戶山地疊拼四大組團。私家豪宅面積在170～700m2。40～600m2前庭后院、側院、中庭、空中庭院三重庭院。戶型功能齊全，擁有公共活動空間、家庭成員空間、主人私密空間、地下室娛樂廳、多功能視聽室、健身房等。普利·艾倫莊園總平面圖如圖1所示。

1 外圍護結構節能設計

通過采用外墻和屋面保溫技術，窗戶采用斷橋隔熱鋁合金中空玻璃窗等，建筑圍護結構節能率達到65%。

建筑主要朝向為正南正北，體形系數在0.35～0.4之間。由于建筑地點位于北方，氣候類型屬于寒冷地區，因此北向和東、西向開窗面積相對較小，絕大部分能滿足《居住建筑節能設計標準》(DBJ 14-037-2006)(山東省標準)第3.3,4條規定，東、西、北窗墻比≤0.3，南向窗墻比≤0.5。

(1) 外墻外保溫

項目一期16000m2住宅建筑采用外墻外保溫，承重墻為370(240)mm厚煤矸石多孔磚，墻體保溫材料是80mm厚聚苯板，墻體平均傳熱系數K=0.45W/(m2·K)。屋頂保溫采用70mm厚擠塑苯板，屋面傳熱系數K=0.39W/(m2·K)。

項目一期以外的住宅建筑采用夾心墻保溫，主要做法為：90mm厚外葉墻+10mm厚空氣層+60mm厚擠塑苯板+240(370)mm厚內葉墻，墻體采用煤矸石多孔磚，墻體平均傳熱系數K=0.45 W/(m2·K)。屋頂保溫采用70mm厚擠塑苯板，屋面傳熱系數K=0.39W/(m2·K)。

(2) 節能門窗

窗戶為斷橋隔熱鋁合金中空玻璃門窗,分戶門采用具有防盜、保溫、隔聲等性能的金屬門。采用的門窗傳熱系數K=2.7W/(m2·K)。

2 太陽能生活熱水系統

本項目的太陽能熱水系統采用分體承壓強制循環系統，全年采集的有效太陽能為7480.6MJ，實際太陽能保證率為52%，不足部分由電加熱器作為輔助能源提供，從而減少了常規能源的使用。在多層住宅中采用單獨系統(每戶一個獨立的太陽能熱水器)，屋頂布置整體式太陽能熱水器的供熱水方式。

另外，系統分戶設置，控制方便靈活。每個單元的坡屋頂削平一段，做成局部平屋面，用來放置各戶的整體式太陽能熱水器(熱水器雙排布置，前后排之間預留足夠的間距)。屋頂缺口用構架補齊，依然是兩坡屋面的住宅。這種設計不但使人們在地面上看不到坡屋頂上的集熱管和水箱，絲毫不影響立面效果，還豐富其造型，使得整座小區顯得更加現代、生動，擺脫了住宅固有的形式。同時，放置集熱管和水箱的平屋面的大小可根據平面形式、坡屋頂的高度、角度和放置熱水器的數量來靈活設計，如圖2所示。

太陽能可成為建筑物供熱(生活熱水、采暖)、空調及照明、供電的主要能源。太陽能與建筑結合，使建筑物的屋面、墻體、外窗等外圍護結構成為太陽能集熱器和光電板的附著載體，既充分利用了太陽能，又不破壞建筑物外觀，甚至可成為很好的建筑景觀[2]。

3 采暖空調系統節能設計

本示范項目采用分戶式土壤源熱泵中央空調系統，其流程圖如圖3所示，室內采用風機盤管系統。各戶空調用電獨立計量，不存在管網設計效率問題。系統運行能效比＞4.0。地源熱泵空調系統，工作環境穩定，不受外界大氣溫度影響，是一種既節能又環保的新型能源技術。

4 環境影響分析

通過減少常規能源的消耗，低能耗系統可以有效減輕對環境的負面影響[3]。太陽能系統在工作過程中不會向環境產生任何排放物，因此，太陽能熱水系統的應用不會對環境產生有害影響。

地埋管熱泵系統利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內部進行熱交換的裝置，冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏季向土壤排熱為建筑物制冷[4]。該系統在運行過程中僅需消耗少量電力，不會對環境排放任何有害物，在節能的同時還可有效降低城市熱島效應。設計適宜的地埋管系統在運行中也不會在土壤中引起冷熱積聚，對地底生態環境不會產生不利影響。

另一方面，通過本示范系統的實施，可在小區中消除采暖燃燒所需的煙囪和有害物排放，有效提升小區景觀和環境質量。從宏觀層面上看，通過減少常規能源的消耗，可有效減輕對環境的負面影響。

三 普利·艾倫莊園項目的節能措施及主要特點

該項目住宅平面布局合理，建筑物具有良好自然通風采光條件。圍護結構滿足山東省居住建筑節能65%的要求，同時使用分戶式土壤源熱泵中央空調系統和分戶太陽能熱水系統，具有較好的節能效果。

1 節能措施

(1) 圍護結構主要節能措施

外墻一期采用370(240)mm厚煤矸石多孔磚墻+80mm厚模塑聚苯板(EPS)外保溫，傳熱系數0.45W/(m2·K)。一期以外的住宅建筑：煤矸石多孔磚夾心保溫墻體，90mm厚外葉墻+10mm厚空氣層+60mm厚擠塑苯板+240(370)mm厚內頁墻，墻體平均傳熱系數0.45 W/(m2·K)[5]。屋頂采用混凝土屋面板+70厚擠塑聚苯板，傳熱系數0.39W/(m2·K)。外窗采用斷熱鋁合金中空玻璃窗，傳熱系數2.7 W/(m2·K)。

(2) 采暖空調系統節能措施

圖3 分戶式土壤源熱泵中央空調系統流程圖

分戶式土壤源熱泵中央空調系統，室內風機盤管系統。

(3) 太陽能利用措施

分戶太陽能熱水系統，分體承壓強制循環，太陽能保證率為52%。

2 該項目的主要特點

圍護結構滿足山東省居住建筑節能65%的要求。采暖、空調及生活熱水是住宅建筑的主要能耗，采用土壤源熱泵系統和太陽能熱水系統大幅度降低了這些能耗，值得提倡。

四 結語

本文通過對普利·艾倫莊園工程項目中采用可再生能源技術的分析，并總結了太陽能和地熱能在建筑行業中的廣泛應用，對建筑行業應用類似的技術具有一定指導和示范作用。

加快可再生能源建筑應用技術的研發，推廣該技術的應用，要注重技術與相關產業的有效結合，鼓勵應用污染少、成本低、效果好的可再生能源建筑應用技術[6]。努力開發適合我國建筑現狀與發展水平，具有自主知識產權的可再生能源技術，提高新能源的使用效率。加快節能性住宅的產業化進程，通過市場化方式推動再生能源建筑應用技術的轉化和應用。

此外，要大力發揮政府在推廣可再生能源建筑應用技術上的功效[7]。綜合運用法律、行政和經濟手段鼓勵該技術的使用。為推進可再生能源建筑技術的應用，必須在未來鄉村城市化與社會主義新農村建設過程中，逐步完善可再生能源建筑應用技術法律體系，把完善建筑節能減排的制度保障作為首要任務。

[1]中國城市科學研究會.綠色建筑2010[M].北京：中國建筑工業出版社, 2010: 112－113.

[2]陳榮華.住宅建筑設計及使用中的節能[J].安徽建筑, 2006,(6): 64－66.

[3]北京土木建筑學會.建筑節能工程設計手冊[M].北京: 經濟科學出版社, 2005: 14.

[4]葛一春, 屈峰, 馮莉.地源熱泵與建筑節能[J].陜西建筑, 2007(12): 24－26.

[5]劉加平.建筑物理[M].北京:中國建筑工業出版社, 2009: 78.

[6]徐國英,張小松,李舒宏, 等.可再生能源在建筑節能中的應用[J].能源研究與利用,2006,(3):5－9.

[7]李慧, 荀振芳.我國可再生能源管理體制現狀、問題及完善對策[J].中國電力教育, 2010,18(6): 254－255.