超低能耗建筑设计方法探究

刘则鸣

摘 要 近些年来，随着经济的飞速发展，能源消耗严重问题已被我国国民广泛关注。我国建筑行业同样如此。在建筑业里，超低能耗被大范围推广的关键原因是我国能耗指标的转变。对于超低能耗建筑设计，当今世界上多是針对某一设计案例或设计中的某一方面开展深入研究，缺少系统化、通用性强的超低能耗建筑设计指导方法。本文通过分析国内外超低能耗建筑设计方法相关研究，提炼出3种科学通用的超低能耗建筑设计方法—关键参数限额法、双向交叉平衡法和经济环境决策法，以供参考。

关键词 超低能耗建筑 性能化设计方法 能耗指标 设计流程

1超低能耗建筑设计

目前，作为超低能耗建筑的一种形式，德国被动房被广泛接受，通常其最大供热负荷不超过10W/㎡、供热、制冷能耗需求量均不超过15kW·h/（㎡·a）、年一次能源总消耗（包括生活热水、供热制冷和烹饪）不超过120kW·h（㎡·a），由此可见，超低能耗建筑设计与传统建筑设计的不同在于从仅仅实现建筑功能到最优化建筑性能的提升，即实现满足能耗指标的性能化设计。

以能耗为控制指标的性能化设计方法可以理解为：各分支专业均以优化建筑性能以及达到终极能耗指标为中心，通过充分利用建筑周围自然条件，各专业交互配合提出满足建筑功能及能耗指标的建筑体形系数、围护结构热工参数以及高效设备及系统方案，对其最终运行能耗进行预测评估，从而得出每一栋建筑最优化合理的设计方案。

相对于传统建筑设计方法，基于能耗指标的性能化设计有以下特点：

（1）以能耗指标为导向，协调各专业充分发挥设计师主观能动性。（2）初设阶段严格把控建筑形体和围护结构热工参数，最小化建筑能源需求，以能耗指标为导向，被动优先主动优化相结合，同时对场地周围可再生能源应用潜力储能技术和能量回收技术潜力进行研究。（3）不规定整个建筑设计过程的具体节能措施，以建筑能耗表现为终极目标优化整合适用节能技术和设计方案。

2超低能耗建筑设计流程及技术优选研究

2.1设计流程框架研究

在超低能耗建筑设计探索中，很多研究人员根据应用地域、技术水平、国情不同，对超低建筑的设计流程进行研究，目标是为某一具体建筑或某气候类型下的建筑提供一个基本的设计概念和流程框架。

MathieuDavid基于法国被动房设计方法提出一种适用于热带地区零能耗建筑的设计流程，并将其应用于法国第一栋海外零能耗建筑建造中，达到能耗指标低于50kW·h/㎡的水平。该流程强调各部门协同设计、高水平设计工具应用与经济适用的方案，并注重对自然资源的最大化利用。

2.2节能技术优先性研究

在设计流程研究的基础上，有专家开展了对超低能耗建筑元素求解最优值、求解被动技术措施最优值的方法探究，为超低能耗建筑具体的设计步骤提供参考方法，具体如下：

龚新智将中国依据气候条件分为7个区域，使用正交法和列表法以能耗为目标函数得到7种被动技术措施适用的优先性排序，包括外墙厚度、外墙保温厚度、屋顶保温厚度、窗户朝向、窗墙比、玻璃类型、日光温室深度宽度，指出除了夏热冬暖地区，屋顶保温厚度、外墙保温厚度对能耗的影响分别占到70%和10%，应优先考虑。

孙永军提出宏观参数系统敏感性分析方法，逐一分析设计关键参数对零能耗建筑各系统规格的影响，得出影响最大的参数是室内设定温度、系统性能系数及室内得热密度，影响最小的参数是墙体厚度、窗墙比，渗透率及风管能量损失。

3超低能耗建筑的通用设计方法

3.1关键参数限额法

关键参数限额法即以减小建筑耗能为导向，充分利用气候特征和自然条件，严格控制建筑关键元素指标，结合高效新风热回收技术，基本满足用户舒适条件的设计方法。这种方法对可再生能源资源的依赖性不强，无需过多模拟计算，实质上是对现有节能标准控制指标的提升，应用此种方法旨在使建筑具备达到超低能耗建筑的潜力。

应用关键参数限额法达到超低能耗有3个主要技术特征：

（1）围护结构热工性能的提高和建筑整体气密性的提高。（2）充分利用被动式技术节能。（3）高效新风热回收系统。

3.2双向交叉平衡法

双向交叉平衡法即以能耗指标、舒适度指标为导向，在优化建筑围护结构和高效新风热回收的同时，考虑可再生能源的应用，建筑消耗的能量由可再生能源来提供，从而达到能量供需的平衡的设计方法。设计过程中通过改变建筑朝向、窗墙比，将建筑本身围护结构与系统设备、可再生能源与高效能源有效组合。通过可再生能源达到建筑能源供需的平衡，可以充分满足用户的舒适要求。

应用双向交叉平衡法达到超低能耗有3个主要技术特征：

（1）充分优化被动设计手段。（2）主动优化提高系统性能。（3）合理利用可再生能源。

3.3经济环境决策法

经济环境决策法即以能耗、舒适度和经济性3个指标为导向，通过对建筑本身围护结构的优化，以及有效利用周围环境以及可再生能源，考虑经济可行性因素，不断优化建筑设计方法，直到找出使建筑物各项指标满足的设计条件的设计方法。该方法将3个指标平行考虑，需要循环迭代的计算和定量的分析，在最优化目标函数的同时满足业主和用户的需求。

应用经济环境决策法达到超低能耗有3个主要技术特征：

（1）同时满足3项设计指标。（2）充分主动优化设计。（3）经济可行性分析。

4结语

推行超低能耗建筑是实现可持续发展的必由之路。我国地域辽阔，各地建筑风格迥异、资源不同、经济水平发展不均。当前不同气候区域都已有超低能耗建筑示范项目，在此基础上结合地区环境特色、因地制宜，探索分析适用于我国5个气候区域的超低能耗建筑设计方法势在必行。

参考文献

[1] 伍小亭.超低能耗绿色建筑设计方法思考与案例分析——以中新天津生态城公屋展示中心为例[J].建设科技，2014（22）：58-65.