被动式超低能耗建筑研究与探讨

2024-06-12吴晓燕

佛山陶瓷 2024年4期

吴晓燕

（中铁十六局集团第五工程有限公司，唐山 064000）

1 前言

在城市化发展过程中，逐渐扩大了建筑行业的发展规模。因为传统建筑施工能耗较高，同时会发生污染问题，这不符合建筑行业绿色环保的发展目标。为了实现建筑的多种功能，对施工技术提出了较多的要求。为了最大限度上满足人们对于建筑的需求，需要在建筑行业中融合节能减排理念。设计和施工单位需要统筹规划自然环境和人文环境，保障城市建筑的综合效益，实现节能环保的发展目标。近些年，在建筑行业中开始广泛利用被动式超低能耗建筑施工技术，这项技术具有绿色节能优势，有利于节省建筑行业的建设能耗。同时通过利用各种环保材料和节能降耗技术等，增强了建筑使用的安全性和舒适度，也提高了人们对于建筑的满意度。

2 被动式超低能耗建筑

被动式超低能耗建筑指的是综合利用天然条件和建筑环境特点，建立科学的设计方案，合理配置施工材料和能源，自动化调节和平衡建筑能量，从而在最大限度上降低建筑能耗。被动式超低能耗建筑无需输入外部能源，主要是利用高效隔热和自然通风等措施，提高自然能源和环境条件的利用效果，合理减少能耗。正是因为被动式超低能耗建筑具有较多的优势，因此相关部门需要加大研究力度。本文主要分析了被动式超低能耗设计原则和实现技术，结合相应的工程案例推广建设被动式超低能耗建筑，有利于节省整体建筑能耗，保障建筑企业的综合效益，符合我国当前倡导的节能环保发展目标。

3 概述被动式超低能耗建筑技术

利用被动式超低能耗建筑技术，施工单位需要综合分析当地气候条件和水文条件以及地形条件等。例如在实际施工中合理选择围护结构，使其具备保温隔热作用和气密性等，可以降低整体建筑能耗，保障室内环境的舒适度。通过利用被动式超低能耗建筑技术，一方面可以优化住户使用体验，另一方面可以降低建筑能耗[1]。例如在设计建筑的过程中，通过建设外墙保温系统，根据普通建筑节能规范进一步升级建筑能耗标准，通过完善保温系统，可以增强热阻隔作用，保障室内温度的稳定性，控制温度变化在小幅度范围内，在实现建筑节能降耗目标的同时提高建筑居住过程的舒适度。

针对传统的建筑工程，为了优化建筑居住效果，在室内配置了暖气和空调等设备，避免因为季节变化导致住户产生不适感。但是这种人为干预方式将会消耗较多的能源，同时会污染周围环境。而利用被动式超低能耗建筑技术，可以有效衔接人文环境和自然环境，充分利用自然资源，合理选用节能环保材料和绿色施工技术等，保障建筑后续应用的舒适性。在设计被动式超低能耗建筑的过程中，通过提高内饰面层水蒸气渗透阻力，有效控制建筑室内外冷热交替，提高外饰面层的水密性，减小水蒸气渗透阻力，可以避免雨水渗入墙体，同时可以排除室内的湿气。利用被动式超低能耗建筑技术的过程中，应综合考虑当地气候条件和地形条件等，并且结合住户需求，合理选择利用各项节能环保材料和设备，有利于控制光线辐射，并且对室内射入的阳光进行柔化处理，避免因为室内外温差增加建筑能耗。

4 被动式超低能耗建筑设计原则和技术措施

施工现场的经济条件和文化发展情况等都关系到被动式超低能耗建筑设计工作，设计人员在设计之前需要重视可再生能源的利用，根据相关规定充分利用各种能源，这样才可以满足建筑节能环保的目标[2]。通过利用被动式超低能耗建筑，有利于保障建筑使用的舒适性，保障整体工程的综合效益，带动整体建筑行业健康发展。针对传统的建筑设计，施工单位利用过多的人工干预方式，例如利用各类供暖设施和空调等，调节建筑环境，虽然也可以在一定程度上满足人们的需求，但是会增加建筑能耗。而利用被动式超低能耗建筑设计方案，主要是挖掘自然资源的使用价值，例如利用通风措施等调节室内温度。此外可以结合居住环境和自然环境，根据相关规定合理利用自然资源，降低建筑的能耗，同时不会严重破坏周围环境。最佳的居住环境温度为18℃～26℃，如果温度较低，可以利用太阳能资源，从而提高室内温度；如果温度过高，可以利用自然通风方式，从而提高人们居住的舒适度。

5 被动式超低能耗建筑技术应用措施

本项目位于河北省唐山市朱庄子、王庄子回迁安置房项目C-1 地块内10#，建筑面积约2262.32㎡，其中一层1081.4㎡，二层1180.92㎡；建筑高度：7.50m，体形系数0.403，朝向：北偏东31°，结构类型为钢筋混凝土现浇框架结构，使用功能为社区配套用房。

5.1 充分利用自然能源

利用被动式超低能耗建筑技术，需要灵活利用自然环境和自然资源，例如需要转化利用太阳能和风能以及雨水等资源。在利用太阳能的过程中，在建筑顶部安装太阳能电池板，负责转化太阳能为电能，为建筑各项电力设备的运行提供电力资源；在UPS 系统的供电部分利用太阳能，可以补充主电路，不断向应急灯等设施提供电力资源，节省建筑电能消耗量。可以利用太阳能加热热水器中的水，这种加热方式具有清洁性和低能耗等优势，可以节省住户电能消耗[3]。此外，要注意回收利用雨水资源，因为雨水的洁净度相对较高，同时包含较少的杂质，通过修建雨水收集平台，可以拦截和存储雨水，避免雨水直接进入到排水管道，再利用沉淀等处理措施，在绿化和马桶冲水等方面利用，节省用水量。

5.2 保温施工

通过优化设计建筑保温系统，可以降低建筑热量消耗，减少室外因素的干扰。在保温施工中利用被动式超低能耗建筑技术，主要是针对内外墙和屋顶等施工项目，施工单位要着重选择环保、节能的保温材料，例如可以利用无机保温膏料等。同时需要控制保温材料使用数量，例如优化设计材料使用面积和辐射厚度等，节省工程材料方面的投入。设计保温系统的时候，需要优化设计外墙保温和隔热散热的作用，在隔热散热设计过程中，可以设计通风墙，或者在墙面选用垂直绿化方式，优化室内通风效果，此法适用于南方建筑工程。而本工程位于北方地区，主要是控制室内热量损失，因为室外气温较低，在墙体夹层中可以利用苯板复合材料，从而控制建筑热量损耗。此外，需要针对屋面和地面等采取通风隔热设计工作，可以在建筑顶部种植绿色植物，对于阳光直射起到阻碍作用。还可以在屋面施工中利用金属夹芯隔热材料，可以减少散失室内热量。

本项目外墙采用石墨聚苯板薄抹灰系统，石墨聚苯板厚度200mm，浅色涂料饰面，主断面传热系数0.135W/（m2·K），平屋面保温板采用分层错缝粘贴做法，避免出现通缝。保温总厚度250mm，主断面传热系数为0.124 W/（m2·K）。屋面设置有两层防水，底层防水位于保温板下面覆盖屋面和女儿墙内侧墙体，上层防水位于保温板上部，找平层上面覆盖屋面及女儿墙顶部。

5.3 外窗施工

被动式超低能耗建筑的外窗结构主要是利用双层结构，内部利用纯木制里框，外框利用铝包木形式，在二者之间充入保护气体，可以发挥出隔热、降噪等作用，同时可以对压力冲击发挥出抵抗作用。成型铝包木外框的过程中需要利用隔断热桥加工技术，通过对复合框架和玻璃型材进行紧密连接，不仅可以优化整体保温性能，还可以提高整体外窗结构的稳固性[4]。窗体材质主要包括木体结构和LOW-E 型玻璃材料，施工单位可以结合具体的要求合理选择玻璃层数，同时用暖边条连接。因为玻璃具有较高的硬度，同时可以提高太阳光照的透射比，因此需要综合利用自然光和冷白光等光源，避免外窗影响到阳光照射。为了优化整体通风条件，需要利用内开形式，有利于顺利开合外窗。

本项目采用三玻双low-e 断桥铝合金窗，内倒，玻璃配置为6low-e+16Ar+5+16Ar+6low-e，low-e 膜位于第2和第5 面，氩气含量为90%，玻璃间采用有机隔离条（暖边）。整窗传热系数为0.8 W/（m2·K），太阳能总透射比为0.5。玻璃门采用与外窗同材质型材和玻璃，开启方式为外开。其他外门为铝合金门，传热系数为1.0 W/（m2·K）。

5.4 地源热泵

在被动式超低能耗建筑中利用地源热泵技术，可以缓解建筑工程能源紧张的局面。通过利用地源热泵设备，可以转换电能为高品位能源，在建筑施工中直接利用。地源热泵设备在利用低温热源的过程中，通过对地源热泵机组和热循环系统进行连接，可以用供热线路向建筑中导入能源。地源热泵设备在实际运行过程中水资源使用量比较少，同时不会产生污染问题，突出了技术环保性优势[5]。对比燃气锅炉，地源热泵具有很强的制热能力，同时可以节省电力消耗量。为了切实满足绿色环保需求，需要在被动式超低能耗建筑中构建独立性的供热系统，减少外部能源使用量。

5.5 无热桥设计

如果建筑围护结构保温隔热作用较差，将会引发热桥现象，严重损失建筑能源，通常是在建筑拐角部位、门窗和墙体连接部位等发生热桥问题[6]。因此在被动式超低能耗建筑使用过程中，需要做好无热桥设计工作，减少建筑热传导。无热桥设计主要是利用外围护结构和门窗以及新风系统等，及时处理热桥效应的薄弱点，有效控制热量损失。在实际工作中，可以利用低能耗建筑技术，对阳台主体结构和主板进行分离，阳台板的主要支撑结构选用挑梁，同时将保温材料填充到阳台中，可以对热桥效应起到阻隔作用。此外，需要做好细部处理工作，例如在建筑的阴阳角部位错峰搭接保温材料、对建筑门窗进行全面包裹覆盖、对该部位的热量损失进行控制等。针对屋顶矮墙，在铺设保温材料的时候，要注意统一保温材料厚度和墙体厚度。针对建筑外部架设的雨水管道和空调外机等，因为和建筑之间存在一定的距离，因此需要利用隔热材料包裹墙体和外部设施，同时在保温层的缝隙穿过密封支架，也可以避免发生热桥效应。

5.6 建筑外遮阳

通过在建筑外窗安装具备遮阳作用的产品，可以避免建筑被直射高强度的太阳光直射。因为夏季温度较高，利用这项措施可以避免太阳辐射直接进入室内，影响到室内温度的适宜性。而冬季气温较低，可以利用这种结构控制室内温度流失，维持室内温暖的状态[7]。利用建筑外遮阳技术，一方面可以减少消耗建筑能源，另一方面可以减少各类散热设备的电能消耗量。施工时，需要结合被动式超低能耗建筑的方位，针对南向等向阳位置，合理增加遮阳设施的宽度，针对北向等背阴方位，需要合理调整遮阳设施的宽度，使其刚好覆盖建筑窗口，即可满足相应的需求。