被動式超低能耗綠色建筑節能系統與技術應用探究

黃榕汀

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福州 350013）

1 工程案例

某住宅工程由4棟43層住宅建筑和2棟3層商業建筑組成，2層地下室，總建筑面積200247.44 m2。工程采用商品混凝土施工；填充墻采用加氣混凝土砌塊；地下車庫、機房為細石混凝土地面，其余為水泥砂漿地面。內墻面中，地下車庫、機房、樓梯間為乳膠漆墻面，其余為水泥砂漿墻面。天棚中，地下車庫、機房、樓梯間、陽臺為乳膠漆天棚，其余為水泥砂漿天棚。外墻為面磚、涂料。地產公司在建設該住宅區時采取被動式建造技術，最終實現建筑物節能85%的設計要求。從建筑方案、節能技術設計到最終的節能建筑運營管理，都進行了明確規定，有關該項目被動式低能耗居住建筑室內環境舒適性指標見表1。

表1 某項目被動式低能耗居住建筑室內環境舒適性指標

2 被動式超低能耗綠色建筑節能技術

2.1 新風換氣系統

2.1.1 新風置換技術

該工程項目采用新風置換機組，利用負壓原理將空氣中的污染物過濾，以保障室內空氣健康、清新，免受霧霾及其他不良天氣影響。為促使室內空氣達到最佳效果，需要根據項目實際情況，每層設置1臺800～1200 m3/h的變頻新風機。將二氧化碳濃度傳感器、靜壓箱傳感器與新風機設備相結合，新風系統可以根據建筑物內部環境隨時調節送風量，保障室內相對濕度維持在40%～60%。此外，技術人員還需要在通風口設置調節閥，用戶可以在后期結合自身需求對其進行調節，做到高效率、低能耗[1]。

為對新風進行提前處理，降低新風系統的運行負荷，需提前在建筑物周邊地下鋪設HDPE（High Density Polyethylene，高密度聚乙烯）管，管內風速不得高于2.5 m/s。通過預處理后的新風系統能耗能夠得到有效降低，并且實現了約5℃的溫升與溫降，解決了冬季嚴寒時期的防凍問題[2]。

2.1.2 新風熱回收

在新風循環置換過程中，通過在系統中設置全熱回收裝置，能夠利用排風中的低品位能量減少供暖、制冷過程中產生的能耗。相關數據顯示，在該項目中，該設置能促使冬季排風全熱回收效率達到70%以上，夏季達到80%以上。全熱回收裝置能夠在減少新風系統運行負荷的同時，降低主機運行費用。此外，在機組側方還設置有控溫裝置，能夠根據需求在10～20℃范圍內調節送風溫度，最終達到降耗、節能目的。

2.2 太陽能空調系統

將太陽能空調系統作為該建筑項目的冷熱源，能夠為建筑物制冷、供暖以及熱水供應提供保障，降低主動能源能量的輸入。根據該系統應用情況來看，其用電量與5匹（制冷量約12.5 kW）空調運行1 a的耗電量相同，有效降低了建筑使用過程中的電量損耗。

在夏季，該系統主要通過光熱轉換驅動太陽能吸收式制冷劑實現制冷，根據其運行情況來看，每次能源消耗量與制冷量相比為1.08～1.1。由此可見，只要依賴自然資源，該設備便能滿足建筑物內部空間制冷需求，減少建筑物夏季運行電量消耗。

在冬季，通過在屋面設置橫制式熱管型集熱器為建筑物內部供暖，能夠解決傳統集熱器在應用過程中效率不高的問題，將其瞬時效率提高到0.78以上，低輻射量時也可以在短時間內啟動。

但需注意的是，太陽能空調在全國范圍內的應用還存在一定的局限性，因為集熱器內部核心構件價格較高，再加上集熱器采光面積與建筑物面積間配比受限，導致該技術難以實現全面推廣。

2.3 外圍護保溫隔熱系統

2.3.1 外墻保溫層

在被動式超低能耗綠色建筑中，外墻保溫層作為外圍護保溫隔熱系統的重要構成，能夠在很大程度上減輕建筑物制冷、供暖設備的工作負荷。工作人員在外墻保溫層施工過程中，需掌握各種保溫材料的數據指標，以便選擇經濟效益最高的外墻保溫材料。常見的保溫材料有聚氨酯、酚醛板、擠塑聚苯板、真金板、泡沫玻璃以及發泡水泥板等。在該項目中，考慮到建筑物各部位保溫需求不同，在不同部位采用不同材料。此外，保溫效果還與保溫材料的鋪設厚度有關，綜合各方因素考慮，不同部位保溫層的常用材料特性見表2。

表2 不同部位保溫層常用材料特性

為避免各類型保溫材料在使用過程中板塊縫隙出現熱橋現象，在鋪設過程中采取雙層板錯開1/2板縫粘貼方式，將板塊陰陽角錯茬處理。

完成上述工作后，將耐堿玻璃纖維網格布粘掛于建筑結構外側，避免各保溫材料板塊間出現熱橋、冷橋現象，以減少裂縫現象的產生。

2.3.2 高效節能窗

門窗是影響建筑物節能效果的主要部件。要減少門窗玻璃損失的熱能，需通過改變玻璃生產的原材料或提高玻璃生產工藝，通過改變其物理性能的方式達到高效節能目的。

在該工程中，通過應用白玻、熱反射玻璃與Low-E玻璃可知，Low-E玻璃傳熱系數與遮陽系數較低。這一現象說明，Low-E玻璃在保證透光率的同時節能效果也較好。這是因為Low-E玻璃能夠將太陽光過濾為冷光源，起到隔熱作用，在冬季，因其傳熱系數低，能夠減少熱量向外擴散，達到保溫目的。

2.4 自然采光系統

2.4.1 光導管采光系統

根據光導管采光系統的應用情況來看，通過室外采光裝置能夠有效利用太陽光，而經導光裝置強化后，能夠利用漫射器將其散射于室內。根據應用情況，該系統采用率、透光率都能達到90%以上，有關導光管內部反光率能達到99.8%。無論是晴朗天氣還是陰雨天氣，都能保障導入室內的光線十分充足。在項目中，目前該系統應用于2棟3層建筑中，因系統本身構造較為復雜，成本較高，不適宜應用于高層住宅中。

2.4.2 采光井

為提高地下室利用率，該項目采光窗外設置有采光井。采光井側墻全部使用鋼筋混凝土板墻搭建，窗臺下方的底板、墻體全部進行防水處理，并且在窗井外部地面做了1.2 m散水，散水、墻體間應用密封材料進行處理，防水的同時杜絕熱橋現象。

本項目總共設置38扇天井窗口，窗戶類型為可開合式三玻兩腔窗，窗體外框采用塑鋼材料，腔體中有1層中空、1層真空，中空中使用氬氣填充，使其在保障采光率的同時又有隔熱保溫功能。天井窗口可以與地下光導管采光系統相互配合，為地下空間提供照明。在白天，由于該窗口的設置地下空間無須主動供電輔助照明，達到了綠色節能效果，有效改善了地下室光環境。

3 應用效果

由表3可知，在該建筑物運行過程中，一次性能源需求較低，低于GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》中的能效指標要求。在保障建筑物室內溫度為25℃的情況下，二氧化碳排放量也不高。與傳統住宅、商業樓相比，從外圍護結構來看，保溫隔熱性較高，從新風系統的應用來看，實現了高效熱回收，滿足建筑物采暖、制冷需求的同時，降低了對主動能源的輸入依賴。此外，通過合理運用自然光，滿足室內采光的同時，有助于營造良好的室內溫度及濕度，提高建筑物的使用舒適性，達到了應用被動式超低能耗綠色建筑節能系統的預期目標。

表3 項目能效指標與碳排放情況

4 結語

綜上所述，被動式超低能耗綠色建筑作為建筑業實現可持續發展的重要趨勢，是發展生態文明社會的必然需求。被動式超低能耗綠色建筑技術的應用，能夠合理調整建筑用能結構，進而提升建筑能效，對于滿足人們愈來愈高的生活品質要求具有十分重要的現實意義。本文以某工程項目為例，探討了被動超低能耗綠色建筑技術的具體應用，根據其應用結果來看，該技術確實能夠降低建筑工程運行能耗，有助于維持建筑物室內溫度與濕度在適宜范圍。