1、严寒地区超低能耗居住建筑设计研究 任楠楠 吉林建筑大学城建学院 摘 要： 我国严寒地区因其独特的气候条件, 使得该地区的冬季漫长而寒冷, 而与人们生活息息相关的居住建筑在冬季对采暖要求相对较高, 因此相较于我国其他地区而言, 严寒地区的建筑物能耗消耗过多, 占其全部能耗一半以上。在严寒地区冬季采暖主要使用的还是煤, 燃煤产生的副产品对自然环境破坏较大。为了减少居住建筑对环境的破坏, 对能源的不良影响, 本文将开发探索使用新的绿色能源用于居住建筑冬季采暖, 并从提高建筑自身围护结构保温体系出发, 提出适宜严寒地区建造的, 基于超低能耗目标的居住建筑设计方案。拓宽我国严寒地区超低能耗居住建筑设计思
2、路, 助力我国严寒地区超低能耗居住建筑设计的发展。关键词： 严寒地区; 超低能耗; 居住建筑; 建筑设计; 作者简介：任楠楠 (1982-) , 女, 汉族, 吉林长春人, 讲师, 工学硕士, 研究方向为绿色建筑、低能耗建筑。收稿日期：2017-8-13基金：住房城乡建设部 2015 年科学技术项目计划-科技示范工程项目“吉林建筑大学城建学院专家公寓” (2015-S1B-002) Received： 2017-8-13引言在我国严寒地区, 较其他地区而言, 冬季采暖消耗大量的能源。在如此的情景之下, 在严寒地区建造超低能耗建筑为本地区建筑乃至其他地区的可持续发展描绘了美好的蓝图, 其核心特点
3、除了强调被动式节能设计外, 还将建筑能源提供由传统的化石能源转向太阳能、风能、浅层地热能、等可再生能源, 同时结合保温隔热材料的应用等其他策略。本文将探讨利用上述技术为人们的建筑行为以及人、建筑与环境的和谐共生寻找到最佳的解决方案。1 建筑的“外在”围护结构节能设计目前我国由于建筑围护结构绝热性能不佳, 围护结构的能耗占整个建筑的能耗已高达 30%以上。因此保温隔热良好的外围护结构是保证建筑室内环境冷热适中的一项重要因素。1.1 外墙在严寒地区传统的外墙做法之上优化墙体材料、保温材料是切实可行的方法:选用加气混凝土保温砌块+EPS 保温模板, 当保温层厚度达到 300mm, 用外墙外保温系统时
4、, 通过计算得知外墙传热系数能达到 0.11W/ (mK) , 以保证其传热系数达到超低能耗标准。1.2 地面沿建筑底层墙体内侧 2.0m 范围内加设聚苯板, 提高地面保温性能。1.3 屋顶在传统做法的基础上, 保温材料采用哈尔滨鸿盛研发的新型 EPS 保温板, 并将保温板厚度提高到 300mm, 以保证其传热系数达到超低能耗标准。1.4 外窗高效密封节能的窗户可以减少冷风渗透, 减少建筑能量交换, 热量损失, 是保证建筑低能耗的重要环节之一, 因此外窗型材选择很重要。外窗采用传热系数不大于 0.8W/ (mK) 的被动窗。同时外墙安装方法也有别于传统安装形式:窗户安装在主体外墙外侧, 借助于
5、角钢或小钢板固定, 整个窗的 2/3 被包裹在保温层里, 形成无热桥的构造 (图 1) 。1.5 热桥处理进出管道, 做无热桥处理, 避免结露霉污;突出构件完全包裹, 悬挑处与主体隔断, 做保温隔热处理;预埋金属构件, 与主体结构之间采用隔热垫层, 避免热桥。1.6 加强气密性可在窗洞口、穿墙预埋件、屋顶连接处、建筑物阴阳角包角等部位采用密封材料和配件隔绝传热, 确保保温系统的完整性;防止密封平面被穿透。图 1 外窗安装方法 下载原图通过以上措施解决超低能耗围护结构中外窗、外墙、屋顶、地面选择与集成, 以及热桥处理技术。2 建筑的“内在”能量供给系统节能设计采用地源热泵采暖方式, 可以实现供暖
6、供冷双重目的, 整个冬季采暖可获得节能 60%以上的效益。2.1 供暖系统采暖系统采用低温热水天棚辐射采暖, 供回水设计温度 30/28, 同程式下供下回方式。在每一分支环路设置远传自力式恒温阀, 用户可以在末端调控室温。同时设置户用热量表, 通过测流量和供回水温差进行住户的热量计量, 实现热计量, 也有利于日后推广应用。利用太阳能作为辅助热源补偿地埋管换热器因全年冷热不和不均造成的冷堆积问题 (图 2) 。图 2 太阳能补热系统图 下载原图2.2 供冷系统考虑夏季采用天棚辐射供冷。设计的夏季供冷供回水设计温度 20/22, 高于风机盘管供回水设计温度 7/12, 此供冷参数可避免管道或天棚结
7、露现象, 各户的供能 (供暖/供冷) 末端-天棚盘管系统常年使用。3 建筑的“调节”空调系统选择分散式高效热回收新风系统, 各户末端为地板送风, 上部回风。新风系统设置加湿 (冬季) 、除湿 (夏季) 和排风热回收装置, 热回收效率在 68%以上, 满足室内新风要求, 实现节能。在过渡季节, 独立运行的新风系统也可充分最大程度利用室外新风保证室内空气品质, 达到节能效果。4 能耗模拟分析计算严寒地区的能耗控制指标为年供暖需求 k Wh/ma18;年供冷需求 k Wh/ma;供暖、空调和明一次能源消耗量 Kgee/ma6.8;本文采用建筑能耗模拟软件 e QUEST 作为模拟工具, 模拟分析一栋
8、建筑面积为3000m 的住宅的能耗情况。4.1 全年能耗结果暖通空调系统年耗电量包括制热、制冷、水泵、风机能耗, 共计 62061k Wh, 电价按 0.52 元/k Wh, 暖通空调系统年总电费为 30778 元, 系统年总能耗费用32272 元。4.2 建筑节能率利用 e QUEST 模型模拟得到参照建筑各能耗分类 (表 1) 。表 1 建筑各能耗分类表 下载原表 参照建筑能耗经计算, 建筑节能率为 72.7%, 折算下来, 基于 80 年代居住建筑的节能率为 90.4%, 达到建筑节能率 90%的目标。5 结论本文研究采用最新的外墙保温、外窗及热桥阻断技术, 组合形成超低能耗围护结构保温体系;采用太阳能补热技术、蓄热蓄冷技术, 集成新型地源热泵供暖供冷系统;通过模拟分析计算证实方案切实可行。为严寒地区住宅建筑实现超低能耗和有效使用可再生能源提供思路和实现手段。参考文献1马云鹤, 姜曙光, 滕玉明.新疆严寒地区被动式太阳房冬季供暖试验研究J.建筑科学, 2014, 30 (8) :4146. 2凤凰空间上海.低能耗建筑 (第 1 版) M.江苏:凤凰空间上海, 2012, 9:12. 3比尔邓斯特.建筑零能耗技术 (第 1 版) M.大连:大连理工大学出版社, 2009, 6:195198.
