寒冷地区超低能耗建筑与绿色建筑设计思考

张达

(太原市聚川都市建筑工程设计有限公司，山西 太原 030024)

在全方位推进双碳目标落实，贯彻新发展理念的背景下，超低能耗建筑与绿色建筑发展势头愈发强劲。建筑设计落实期间，注重对超低能耗及绿色建筑设计方法的应用，可减少建筑业高能耗、高污染状况，促使城市实现可持续发展。以寒冷地区为例，在寒冷地区，完善超低能耗建筑和绿色建筑思路设计部署，在能满足用户生活基本需求同时，还可高效应对能源短缺、气候恶劣等因素限制，应用价值显著。故研究本课题，具有重要的意义。

1 寒冷地区绿色建筑设计

绿色建筑是指以保护环境、减少污染为目标的新型建筑主体。设计过程中，常会遵循因地制宜原则，以建筑使用安全度提升环境资源短缺高效解决为前提，完善统筹布局，助推人与自然和谐共生目标顺利实现。

本文将立足于寒冷地区建筑特征，以某地区绿色建筑示范工程为研究对象，以低能耗维护结构保温、分庭户地板控制、辐射采暖、太阳能热水等多分支系统的设计落实为切入点，对寒冷地区建造绿色建筑技术实现总结，望能为其他施工作业人员累积经验。

1.1 项目概况

本项目为某市核心交通地带，总建筑面积约4 000m2，高27m，共计九层，其中地上、地下分布分别为8层、1层，全楼均属跃层设计。案例建筑主体，其内在的体形系数指标数值约为0.29，符合北方地区建筑节能设计标准中有关体形系数的实体建造需要；南、北向窗墙比实体数值分别为0.4、0.3，东西则无明显外窗。具体设计践行期间，考虑到南面落地窗面积较北方向相比，相对较大，且北立面存在大面积玻璃幕墙，不符合建筑节能设计标准之中有关于窗墙比的具体要求[1]。

1.2 绿色建筑设计实践落实

1.2.1 围护结构低能耗设计

基于采暖系统视角来看，建筑物耗热量常由两部分构成，两个主体分别为传热耗热量、空气渗透耗热量，故而，想要实现最优化节能设计，作业人员必须提高思想站位，自觉减少维护结构内部环节，与之对应的两主体细节量，以科学维持各部位传热系数减少率，确保更高节能目标能够顺利实现。

以本案例工程为例，设计人员在设计期间，考虑到建筑外墙厚度200mm，且均为混凝土墙，故基于最优化经济原则，计划利用100mm厚的硬泡聚氨酯，将此主体材料当作保温主材料，以确保外墙传热系数指标数值，能够始终维持在0.25W/m2·K。同时计划在屋面采用厚度超200mm的挤塑聚苯板落实保温，以保障其传热系数可顺利维持在建筑节能设计标准要求中。

此外，为保障整体的绿色建筑设计更加满足低能耗要求，还计划对不同节能力所对应的建筑耗热量指标实现精准计算。首先，依据采暖耗煤量计算公式，推算出建筑实体耗热量指标，采暖耗煤量公式如下：

式中，qc表示设计的采暖耗煤量，单位为m2；Z表示采暖期天数，考虑到工程位于北方地区，故按照131d来加以计算；Hc表示标准煤热值，单位为W·h/kg，这里取值8 140，η1表示室外管网输送实体效率，η2表示锅炉运行实际效率。依据上述公式计算得出的不同节点，节能率指标可看出，在建筑耗热量指标明显小于8.2W/m2这一区间数值时，建筑主体可有序达到节能八成指标，效果显著。

1.2.2 绿色建筑采暖系统设计

本案例工程绿色建筑重点借助分庭式控制原则，实现的分户计量地板辐射采暖系统设计。整体采暖系统，各房间独立性较佳，内部均含带完整性强的单独布置回路，在各回路具体设计落实期间，是严格依据房间负荷需要这一指标展开的确定工作，实用价值较强。同时各房间都单独设计了感官温度计，以促使控制目标实现，且每户还设计了独立的供暖计量系统，计划以单位计量系统的助力，完成整户计量供暖流量操作，实验证明设计产生效果良好，采暖收费工作展开十分便利。同时针对热源方面，设计人员还计划利用当地专业热电厂所提供的高温水实现供热处理，在实操期间积极以小区为具体单位，凭借集中换热站的介入，落实区域性供热操作。据调查，在换热之后，水温可达50℃左右，用户采暖舒适性需要能够被充分满足，适用性明显。

1.2.3 绿色建筑太阳能系统设计

(1)太阳能热水系统，本建筑主要采用太阳能集中-分散式热水系统来聚焦用户热水供应状况不良问题。此系统介入，可24h不间断实现热水供应，具体设计落实如下。首先，集中在屋顶部位布置规格统一的多台太阳能集热器，并以并联手段介入，实现集合式集热队列，其次以个体住户为践行单位，凭借光电两用顶水承压换热水箱的介入，确保太阳能能够得到最大化利用。最后还在系统之中设置了自动在线拍动功效，无人化管理工作得以顺利实现[2]。

除此之外，因本建筑太阳能热水系统设计方案是依据季节变化具体需求所展开的方案设计落实，它的介入和保障在春季、秋季期间，基本不需要依靠任何辅助能源就可以顺利完成以电加热补充操作。具体设计要严格以太阳能热水系统技术规范指标为落实依据，在充分计算出个体用户所需热气采光面积后，再展开太阳能热水系统设计参数制定，针对性十足。本建筑太阳能热水系统相关设计参数指标数值如表1所示。

表1 太阳能热水系统具体设计参数

(2)太阳能照明系统，照明系统则采用六块太阳能电池板为具体媒介，进而实现太阳能合理转化为电能这一目标。末端设计期间是计划在各层走廊处设置的节能灯，并采用智能开关加以控制，以确保节能效果能够得到最大化激发。

1.3 节能成果总结

立足于本绿色建筑保温结构而言，在超低能耗维护结构保温系统的介入下，标准煤使用量明显减少，直观地降低了能源消耗的同时，还可为减少温室效应出现作贡献。同时在多系统协同运作下，公共部分的电力燃煤需求也得到有效节约。据统计，每年可减少使用近30t的标准煤，经济价值十分显著。

2 寒冷地区超低能耗建筑设计

超低能耗建筑设计是指适应当地气候特征，实现被动式建筑设计，以顺利提升能源设备利用率。随着超低能耗建筑理念在我国建筑落实期间的飞速发展，人们愈发看重设计产出成效，尤其是寒冷地区这一气候条件相对较为特殊的地区，想要在此地区范围内最大化激发低能耗建筑设计价值，设计人员就需要研究针对寒冷地区的超低能耗设计策略，以促使超低能耗建筑更好展现节能成效[3]。

下面，笔者将通过分析我国寒冷地区温、湿度、风环境、日照指标等要素，在充分结合超低能耗建筑设计指标基础上，从总体设计、围护结构、无热桥结构、遮阳设计等方面入手，提出适宜寒冷地区建筑落实的超低能耗设计策略。

2.1 寒冷地区特征分析

寒冷地区重点集中在华北地区，这些地区普遍冬季采暖区相对较长，冬季夏季温差较大。据统计，夏季平均气温可比冬季气温高近25℃，日照辐射强烈，夏季日照辐射强，冬季日照辐射弱，在具体落实超低能耗建筑设计期间，要充分考虑上述气候特征，结合相关设计标准，落实好超低能耗设计，以顺利实现低能耗建设目标。

2.2 基于寒冷地区的超低能耗建筑设计策略

2.2.1 建筑总体平面设计

超低能耗建筑在设计期间要统筹规划，遵循寒冷地区气候特征，将日照辐射气温差等要素作为重点考察对象，以太阳能的介入，有效降低对传统能源依赖。此外，平面设计也属于节能的重要因素，在建筑落实平面设计期间，要确保建筑平面简洁，以凹凸处数量的有机减少，尽可能降低体形系数，进而为获得最优节能效果助力。在具体功能布局时，要有统筹意识，充分考虑气候缓冲功效，完善设计格局。

2.2.2 围护结构设计

因超低能耗建筑，其维护结构的传热系数相对较小，故要合理增加具体的保温层实体厚度，保障保温层厚度达200mm以上。同时，在具体外围护结构设计期间，也要尽可能简约减少装饰布置，以有效保障维护结构整体性。

2.2.3 无热桥构造设计

无热桥构造系统设计作为超低能耗建筑设计的重中之重，它的设计落实会直接决定建筑节能最终产出成果，并对维护结构内部温湿度分布产生直观影响。在落实无热桥构造这一主体环节，实践设计期间，要自觉选用传热系数低的材料，并将其看作建筑主材料，尽可能不破坏保温层连续性，进而保障整体设计更为科学。

2.2.4 遮阳设计

寒冷地区夏季气温高，日照辐射的存在，会使得室内温度直线增加，为此遮阳设计也必不可少。在具体遮阳设计落实期间，要严格依据当地纬度及气温年平均变化数值来充分考虑适宜的方式，凭借遮阳角度及遮阳方式的有机介入，实现日照辐射的最合理利用。如若想要采用水平手段遮阳，在设计期间可以依据春分这一节气作为具体分界，高效计算出春分时期太阳高度角，凭借被动式遮阳设计的落实，更为合理利用日照辐射资源[4]。

2.2.5 内部空气质量设计

因超低能耗建筑，其气密性相对较高，为此整体的室内空气流通性较差，故想要优化整体的设计成效，室内空气质量问题也要重点考虑。在具体设计践行期间，要有意识强化过渡季节通风，被动式措施介入力度，基于问题导向原则，制定适配度高的被动通风计划，以自动门窗控制介入，实现在线监测环境状态目标，为切实保障室内空气环境助力。

2.3 应用实践

依据本文所提出的统筹式超低能耗建筑设计决策手段，可为建筑设计人员在前期方案设计期间，落实基准评判、设计方案决策等工作提供重要支持。促使建筑师严格依据低耗能目标，高效地选取设计策略，强化阶段性设计深度，介入价值十分显著。本章，笔者将以两个寒冷地区居住建筑为例，通过分析在应用本文研究成果后设计各阶段能耗目标，验证辅助设计决策是否有效。

2.3.1 案例1

案例1地处天津，属3层双拼式住宅建筑，共四层，地上3层、地下1层，户型建筑面积约为240m2。

案例1具体设计期间，严格基于个体量化目标导向，落实了整体的性能革新设计。此设计布局，不仅可持续挖掘节能设计发展潜力，还能顺利保证超低能耗作业指标顺利实现，经济价值十分显著。

步骤如下：依据上文所提及的设计践行目标计划，计划以设计策略敏感度的排序为判断基准，充分分析原方案设计信息之中的不足之处，并针对存在问题形成备选方案。原方案设计信息中，南向窗墙比、北向窗墙比及东向窗墙比分别为0.44、0.25、0.28，各类别窗墙比均存在进一步优化的发展潜力。故计划在生成备选方案期间要合理增大各方向窗墙比所占比例，以科学明确能源目标值为参照依据，对围护结构性能参数、遮阳设计参数、无热桥构造设计参数、辅助供暖供冷参数实现优化设计，价值十足。

2.3.2 案例2

项目位于寒冷地区天津，是 1 栋高度为16层的板式高层住宅建筑，各层均为2梯4户式布局。

在具体建筑设计期间，考虑到实际建筑采暖需求为35.9 kWh/m2a，虽然满足现实需求，但与具体基准值依旧存在一定差距，故判定原有设计方案存有进一步优化空间。对此，设计人员立即反应，积极运作，为满足形体生成阶段能耗目标，有机降低采暖需求，计划依据天津现行节能设计标准，在尽可能确保建筑室内热环境达标的同时，合理优化形体设计布局，最大化挖掘各组织形体生成环节的环保节能发展潜力，为后续更完善的展开维护结庐设计提供支持[5]。

依据实际结果表明，案例2优化设计过程，在应用本文所提出的相关设计方式框架之后，整体的被动式超低能耗建筑设计效率显著提升，建筑总体平面设计、建筑围护结构设计、建筑无热桥构造设计、建筑遮阳设计产出成效顺利达到既定目标，适宜价值明显。

3 结语

综上所述，在针对寒冷地区这一主题，相关建筑实现超低能耗绿色设计组织工作时，作业人员需提高思想站位。首先，对当地实际气候条件以及个体居民多元化需求实现了解，并以具体问题具体分析原则介入，细致化地对超低能耗和绿色设计技术落实科学选用，进而高效率满足建筑绿色发展需求，以使超低能耗建筑及绿色建筑实现价值。