低能耗居住建筑可再生能源技术研究——以淄博普利·艾伦庄园为例

西安建筑科技大学建筑学院 ■ 徐浩 和茜 高伟业

一 引言

采用可再生能源技术是建造低能耗建筑的重要途径。利用可再生能源可减少或完全代替常规能源，从而达到节能减排的效果[1]。淄博普利·艾伦庄园项目在设计时从因地制宜、全寿命周期角度出发，充分考虑山东地区的气候特点、建筑特性以及各项技术的适应性等因素，本文对这个工程项目中采用的可再生能源技术作了简要分析介绍。

二 普利·艾伦庄园可再生能源利用的基本情况

普利·艾伦庄园位于淄博(东经117¡32'至118¡31'，北纬 35¡56'至 37¡18')著名风景区——马鞍山生态森林园半山龙脉。总占地约14hm2，基址地形成“北斗七星”状，社区以园林为主题景观，湖水、溪水自然分流，形成世外桃源——桃花岛独立庭院豪宅、半山龙脉双拼山地豪宅、众星捧月TownHouse景观联排、独立入户山地叠拼四大组团。私家豪宅面积在170～700m2。40～600m2前庭后院、侧院、中庭、空中庭院三重庭院。户型功能齐全，拥有公共活动空间、家庭成员空间、主人私密空间、地下室娱乐厅、多功能视听室、健身房等。普利·艾伦庄园总平面图如图1所示。

1 外围护结构节能设计

通过采用外墙和屋面保温技术，窗户采用断桥隔热铝合金中空玻璃窗等，建筑围护结构节能率达到65%。

建筑主要朝向为正南正北，体形系数在0.35～0.4之间。由于建筑地点位于北方，气候类型属于寒冷地区，因此北向和东、西向开窗面积相对较小，绝大部分能满足《居住建筑节能设计标准》(DBJ 14-037-2006)(山东省标准)第3.3,4条规定，东、西、北窗墙比≤0.3，南向窗墙比≤0.5。

(1) 外墙外保温

项目一期16000m2住宅建筑采用外墙外保温，承重墙为370(240)mm厚煤矸石多孔砖，墙体保温材料是80mm厚聚苯板，墙体平均传热系数K=0.45W/(m2·K)。屋顶保温采用70mm厚挤塑苯板，屋面传热系数K=0.39W/(m2·K)。

项目一期以外的住宅建筑采用夹心墙保温，主要做法为：90mm厚外叶墙+10mm厚空气层+60mm厚挤塑苯板+240(370)mm厚内叶墙，墙体采用煤矸石多孔砖，墙体平均传热系数K=0.45 W/(m2·K)。屋顶保温采用70mm厚挤塑苯板，屋面传热系数K=0.39W/(m2·K)。

(2) 节能门窗

窗户为断桥隔热铝合金中空玻璃门窗,分户门采用具有防盗、保温、隔声等性能的金属门。采用的门窗传热系数K=2.7W/(m2·K)。

2 太阳能生活热水系统

本项目的太阳能热水系统采用分体承压强制循环系统，全年采集的有效太阳能为7480.6MJ，实际太阳能保证率为52%，不足部分由电加热器作为辅助能源提供，从而减少了常规能源的使用。在多层住宅中采用单独系统(每户一个独立的太阳能热水器)，屋顶布置整体式太阳能热水器的供热水方式。

另外，系统分户设置，控制方便灵活。每个单元的坡屋顶削平一段，做成局部平屋面，用来放置各户的整体式太阳能热水器(热水器双排布置，前后排之间预留足够的间距)。屋顶缺口用构架补齐，依然是两坡屋面的住宅。这种设计不但使人们在地面上看不到坡屋顶上的集热管和水箱，丝毫不影响立面效果，还丰富其造型，使得整座小区显得更加现代、生动，摆脱了住宅固有的形式。同时，放置集热管和水箱的平屋面的大小可根据平面形式、坡屋顶的高度、角度和放置热水器的数量来灵活设计，如图2所示。

太阳能可成为建筑物供热(生活热水、采暖)、空调及照明、供电的主要能源。太阳能与建筑结合，使建筑物的屋面、墙体、外窗等外围护结构成为太阳能集热器和光电板的附着载体，既充分利用了太阳能，又不破坏建筑物外观，甚至可成为很好的建筑景观[2]。

3 采暖空调系统节能设计

本示范项目采用分户式土壤源热泵中央空调系统，其流程图如图3所示，室内采用风机盘管系统。各户空调用电独立计量，不存在管网设计效率问题。系统运行能效比＞4.0。地源热泵空调系统，工作环境稳定，不受外界大气温度影响，是一种既节能又环保的新型能源技术。

4 环境影响分析

通过减少常规能源的消耗，低能耗系统可以有效减轻对环境的负面影响[3]。太阳能系统在工作过程中不会向环境产生任何排放物，因此，太阳能热水系统的应用不会对环境产生有害影响。

地埋管热泵系统利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部进行热交换的装置，冬季从土壤中取热，向建筑物供暖，夏季向土壤排热为建筑物制冷[4]。该系统在运行过程中仅需消耗少量电力，不会对环境排放任何有害物，在节能的同时还可有效降低城市热岛效应。设计适宜的地埋管系统在运行中也不会在土壤中引起冷热积聚，对地底生态环境不会产生不利影响。

另一方面，通过本示范系统的实施，可在小区中消除采暖燃烧所需的烟囱和有害物排放，有效提升小区景观和环境质量。从宏观层面上看，通过减少常规能源的消耗，可有效减轻对环境的负面影响。

三 普利·艾伦庄园项目的节能措施及主要特点

该项目住宅平面布局合理，建筑物具有良好自然通风采光条件。围护结构满足山东省居住建筑节能65%的要求，同时使用分户式土壤源热泵中央空调系统和分户太阳能热水系统，具有较好的节能效果。

1 节能措施

(1) 围护结构主要节能措施

外墙一期采用370(240)mm厚煤矸石多孔砖墙+80mm厚模塑聚苯板(EPS)外保温，传热系数0.45W/(m2·K)。一期以外的住宅建筑：煤矸石多孔砖夹心保温墙体，90mm厚外叶墙+10mm厚空气层+60mm厚挤塑苯板+240(370)mm厚内页墙，墙体平均传热系数0.45 W/(m2·K)[5]。屋顶采用混凝土屋面板+70厚挤塑聚苯板，传热系数0.39W/(m2·K)。外窗采用断热铝合金中空玻璃窗，传热系数2.7 W/(m2·K)。

(2) 采暖空调系统节能措施

图3 分户式土壤源热泵中央空调系统流程图

分户式土壤源热泵中央空调系统，室内风机盘管系统。

(3) 太阳能利用措施

分户太阳能热水系统，分体承压强制循环，太阳能保证率为52%。

2 该项目的主要特点

围护结构满足山东省居住建筑节能65%的要求。采暖、空调及生活热水是住宅建筑的主要能耗，采用土壤源热泵系统和太阳能热水系统大幅度降低了这些能耗，值得提倡。

四 结语

本文通过对普利·艾伦庄园工程项目中采用可再生能源技术的分析，并总结了太阳能和地热能在建筑行业中的广泛应用，对建筑行业应用类似的技术具有一定指导和示范作用。

加快可再生能源建筑应用技术的研发，推广该技术的应用，要注重技术与相关产业的有效结合，鼓励应用污染少、成本低、效果好的可再生能源建筑应用技术[6]。努力开发适合我国建筑现状与发展水平，具有自主知识产权的可再生能源技术，提高新能源的使用效率。加快节能性住宅的产业化进程，通过市场化方式推动再生能源建筑应用技术的转化和应用。

此外，要大力发挥政府在推广可再生能源建筑应用技术上的功效[7]。综合运用法律、行政和经济手段鼓励该技术的使用。为推进可再生能源建筑技术的应用，必须在未来乡村城市化与社会主义新农村建设过程中，逐步完善可再生能源建筑应用技术法律体系，把完善建筑节能减排的制度保障作为首要任务。

[1]中国城市科学研究会.绿色建筑2010[M].北京：中国建筑工业出版社, 2010: 112－113.

[2]陈荣华.住宅建筑设计及使用中的节能[J].安徽建筑, 2006,(6): 64－66.

[3]北京土木建筑学会.建筑节能工程设计手册[M].北京: 经济科学出版社, 2005: 14.

[4]葛一春, 屈峰, 冯莉.地源热泵与建筑节能[J].陕西建筑, 2007(12): 24－26.

[5]刘加平.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009: 78.

[6]徐国英,张小松,李舒宏, 等.可再生能源在建筑节能中的应用[J].能源研究与利用,2006,(3):5－9.

[7]李慧, 荀振芳.我国可再生能源管理体制现状、问题及完善对策[J].中国电力教育, 2010,18(6): 254－255.