夏热冬冷地区居住建筑近零能耗技术研究

许一鸣

（安徽建筑大学建筑与规划学院，安徽 合肥 230601）

0 引言

随着全球经济的快速发展，全球环境污染与能源紧缺问题日趋严重。为有效应对全球能源危机及环境问题，我国提出了“碳达峰、碳中和”的远大目标。在建筑领域对于这一目标的实现，国家和各级政府相继出台了关于近零能耗建筑的标准及要求。在我国严寒与寒冷地区，对近零能耗建筑有着较多的实践应用，取得较好的效果。然而在面积较大且居住密集的夏热冬冷地区，近零能耗建筑的应用相对较少。位于我国长江中下游的夏热冬冷地区，其夏季气候炎热、冬季湿冷，室内舒适感差。该地区经济发达，大部分居民通过辅助设备进行制冷或取暖，以使室内环境达到舒适。因此，夏热冬冷地区居住建筑运营阶段的能耗极大。新建和改建近零能耗建筑，将极大降低该地区建筑能耗，加快“碳达峰、碳中和”的进程。

1 近零能耗建筑介绍

近零能耗中的能耗是指建筑在运营阶段为了达到室内舒适度而消耗的能源，其中包括营造室内舒适度的声、光、热以及改善空气环境带来的能源消耗。近零是指为了满足室内舒适环境而消耗的碳排放能源尽可能低，包括对能源的高效利用以及可再生能源的高效利用[1]。在零能耗建筑施行过程中发现，一味地追求建筑的零能耗，反而会提高建造成本，同时技术上的限制也使得零能耗建筑的目标难以实现，因此提出了近零能耗建筑这一概念[2-3]。

我国近零能耗建筑的发展晚于西方国家，2015年，住房和城乡建设部在《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》中指出，要提高建筑围护结构的气密性和保温隔热性，以此减少建筑室内制冷、取暖的能耗，并且要提高可再生能源的使用率。此后，各地政府相继出台了有关被动式超低能耗绿色建筑的技术细则。2017年以后，在住房和城乡建设部提出的“积极开展近零能耗示范建筑”的号召下，全国各地近零能耗建筑如雨后春笋般涌现。2019年，我国GB/T 51350—2019《近零能耗建筑技术标准》要求利用被动式技术极大降低建筑运营所需能源需求，同时通过主动式技术提高设备使用效率，并且大力推广使用可再生能源，以最低的碳排放能源消耗提供舒适的建筑室内环境[4-5]。在碳达峰、碳中和的目标要求下，未来近零能耗建筑将逐步在夏热冬冷地区推广建设。

2 近零能耗建筑在夏热冬冷地区推广的必要性

一方面，我国社会总能耗中约1/3是建筑带来的能耗，根据近年来我国建筑能耗持续增加的趋势，我国建筑能耗占社会总能耗的比例将升至40%。大体量的能源消耗不仅会导致现有不可再生能源的巨大消耗，还会带来大量的碳排放，诱发更加严重的环境污染问题[6]。

另一方面，夏热冬冷地区主要集中在长三角地区，该地区经济较发达。在夏热冬冷地区，夏季高温炎热，主要采用空调制冷；冬季寒冷，未设暖气，主要依靠空调。因此，在夏热冬冷地区，追求室内舒适度将消耗大量能源，而其中极大部分能源可以依靠近零能耗建筑实现节约。因此，在夏热冬冷地区开展近零能耗建筑的建设和改造，将大幅降低我国建筑能耗总量[7]。

3 夏热冬冷地区近零能耗建筑技术措施

居住建筑的本意是给人以舒适的环境，使人们居住在舒适的微环境中，区别于外界的不适感环境。通过更加先进的科学技术手段，结合建筑所处的地域环境与建筑建造的经济合理性，在满足建筑使用功能的同时，使建筑的综合能耗趋近于零。

3.1 被动式节能技术

在建筑的设计阶段，通过相关建筑软件对建筑建造地区总体气候进行分析，可掌握夏热冬冷地区气候变化规律，结合该规律，适当调整建筑的体形系数和位置朝向，可有效改善建筑室内微环境，使建筑达到一定的节能水平。合理布置建筑朝向，不仅可以使建筑采光最大化，同时有利于建筑获得更好的通风。有效通风有利于调节建筑室内环境，进而降低建筑能耗。

在建筑体形系数和位置朝向设计的基础上，对建筑外围护结构进行保温隔热设计，有助于建筑室内保持舒适的环境，降低建筑能耗。在保温材料方面，根据近零能耗节能标准，同时兼顾建筑建造的经济性，需要选取保温效果好的材料并且尽量降低保温材料的厚度[8]。在外门窗方面，由于门窗的结构特点，其无法通过添加保温材料而起到节能效果，但可结合现有的科学技术手段，使门窗具有更好的保温节能效果。如我国现在常用的中空玻璃门和Low-e玻璃窗，利用夹层填充合适的气体达到优良的热工性能，从而提高门窗的保温性能，促进建筑外围护结构的整体节能效果。在气密性方面，近零能耗建筑标准中对近零能耗建筑门窗等结构的气密性具有更高要求。夏热冬冷地区通过空调等制冷、取暖设备，在提高居住舒适性的同时，使室内外温差增大。为了降低制冷取暖设备的能耗，需要建筑门窗具有优良的气密性，避免室内与室外气温的交换。因此，对于必要的通风出口需要设置合适的启闭式装置，对于门窗洞口不仅要有效地处理热桥，还要有效提高其缝隙处气密性能[9]。

近零能耗建筑在设计阶段要求设计师加强对被动式节能技术的应用，不仅要结合夏热冬冷地区的气候特点对建筑进行总体布局，还需要及时采用新型节能材料，对建筑进行节能设计，为建筑达到近零能耗迈出关键一步。

3.2 主动式节能技术

建筑经过设计建造交付使用时，为了达到室内的舒适性，会主动增加辅助制冷、取暖和通风的设备。在夏热冬冷地区，使用最为广泛的设备当属空调，其不仅可在夏季室外炎热时通过制冷使室内温度降低，还可在冬季室外寒冷时通过制热使室内温度升高。近年来，居民收入水平提高，为了提升生活的舒适度，人们大量购买空调设备。随着空调使用频率的增加，更多的能源被消耗。为了在降低能源消耗的同时使居民获得舒适的室内环境，应当提高空调等设备的工作效率，同时应大力推动设备智能化发展。采用智能化设备，可以根据室内外温度差异提供更高效的室内舒适途径，也可以在设备工作过程中，通过感应设备及时调整工作状态，达到节约能耗的目的。

在光环境调节方面，智能化设备通过光传感器感受室内外光线环境，在室内光线较弱、室外光线较好的条件下，通过对窗帘百叶和遮阳设施的调控，利用室外自然光线提高室内照度，对于一些室外光线难以顾及之处，通过对灯光的开关调控，促进室内各区域照明条件适宜。光环境调节有助于减少照明能耗。在室温调节方面，通过各类传感器数据收集后的综合计算，合理高效地选取调节室温的方式，如通风或采用其他设备，从而达到高效节省能源的目的。

近零能耗建筑在使用阶段需要通过智能化管理主动式节能设备，一方面满足居住建筑基本的舒适性需求，另一方面智能化管理可以大大提高夏热冬冷地区制冷、采暖设备的使用效率，为近零能耗建筑使用阶段的节能减排助力。

3.3 可再生能源利用

近年来，各地政府积极推广可再生能源在新建筑中的优先使用，并根据使用占比给予不同程度的扶持。可再生能源的使用极大减少建筑碳排放量，有利于从碳排放源头减少碳污染，有利于近零能耗建筑和建筑领域碳达峰、碳中和目标的实现：①太阳能，逐步提高建筑设备对太阳能的转化效率，积极拓展对太阳能的多方面实际应用；②地源热泵，根据建筑的实际地理环境，扩大地源热泵在夏季制冷、冬季供暖的使用范围；③空气能，高效的节能效率是其主要特点之一，加热等量的水，空气能仅需日常燃气使用成本的1/3（见图1）。

图1 居住建筑空气能转换示意

随着科技发展，越来越多的可再生能源被开发使用，结合科技的力量，加大对可再生能源转化设备的研究，研发更多转化能源的设备，提高能源的转化效率。高转化率是可再生能源广泛使用的前提。

4 结语

在不同的环境和气候区内，为满足近零能耗建筑能耗标准，应当因地制宜，采取适当的节能技术措施。一般建筑提升为近零能耗建筑的技术措施主要为“节流”与“开源”两方面。在“节流”方面，可提升建筑围护结构保温隔热性能、改进门窗的气密性、利用科技手段提高主动式节能技术的能效转换；在“开源”方面，着重于对清洁能源的开发利用。在具体的设计过程中，设计师应当根据所在地区的气候条件，在满足基本建筑需求的前提下，择优选择节能措施。

在寒冷和严寒地区，近零能耗建筑得到较快发展，但在夏热冬冷地区，对近零能耗建筑认同感较弱。夏热冬冷地区大体量居住建筑节能减排是建筑业实现“碳达峰、碳中和”的重要途径[10]。为此，该区域相关政府应当出台相关激励政策，一方面引导社会积极参与近零能耗建筑的设计改造，另一方面引导相关行业加强对近零能耗建筑建材性能的提升研究。近零能耗建筑在夏热冬冷地区的推广建设，将为我国可持续发展及节能减排目标的实现作出积极贡献。