2024第九届
上海国际空气与新风展览会

AIRVENTEC CHINA 2024

2024年6月3-5日

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夏热冬冷地区近零能耗住宅节能技术

摘要:夏热冬冷地区面积大、人口密集、冬夏两季气候差异是非常巨大的,其对于居住用户的建筑舒适要求是无法做到满足的,而且耗能也是巨大的。而近零能耗建筑的建设可以最大限度地利用可再生能源,对于不可再生能源的消耗近似为零,其已经成为了建筑节能发展的必然趋势。外围护结构的优化设计对实现建筑近零能耗至关重要,其结构包括了外墙、外门窗、屋面和地面四个部分,主要的作用便是使室内受到遮护,以不受室外气候变化的影响。基于此,本文会对夏热冬冷地区近零能耗住宅节能技术进行详细的研究,为夏热冬冷地区研究近零能耗住宅提供了有力的数据参考。
 
关键词:夏热冬冷地区;近零能耗;住宅节能技术
 
正文
 
我国社会经济的快速发展,带来了能源消耗过快的严重问题,所以世界各国都开始关注起了建筑节能工作的开展状况。我国的地域辽阔,从北到南气候变化较大,且各个地区的冬夏气候也是在不断变化的。我国的地区气候可以分为5 个热工分区,北方的严寒地区和寒冷地区建筑能耗主要体现在冬季采暖上,而长江以南的夏热冬冷地区既需要考虑冬季采暖,也需要考虑夏季降温,所以对这一地区的建筑节能我们要尤为的关注。
 
1、近零能耗建筑的概念和技术标准
近零能耗建筑主要是指一种不需要“主动式采暖系统”的房屋,也就是说,在冬天通过建筑外围护结构损失的热量非常小,正常生活中室内各种热源释放的能量和可利用的太阳能就足以保持一个舒适的室内温度。近零能耗建筑是一种通过合理的建筑布局设计,选用保温隔热性能较好的外围护结构构件,使得冬季采暖能耗和夏季制冷能耗降低很多的建筑。在结合太阳能、地源热泵等可再生能源利用的基础上,近零能耗建筑可以达到建筑零能耗的标准。本文主要研究外围护结构构件对建筑采暖制冷能耗的影响,探讨模型建筑能否达到近零能耗的标准。参照德国近零能耗建筑的技术标准,一个近零能耗建筑需要满足以下两个要求:1,通过精心而富有创造性的设计和施工,单位 居 住/使 用 面 积 的 年 采 暖 耗 能 量 不 大 于15 kWh/㎡ ·a。2,单位居住/使用面积的年制冷耗能量不大于15 kWh/㎡ ·a。
 
因此,通过对影响近零能耗住宅能耗的因素进行分析,得出在夏热冬冷地区较为合适的外墙、屋面、外窗传热系数限值和建筑各朝向最佳窗墙比。
 
2、夏热冬冷地区发展近零能耗建筑的必要性
夏热冬冷地区一般是处于长江中下游,共涉及16个省、市、自治区,面积约 180万k㎡,这些地区中拥有着大量居住较为密集、经济较为发达的聚居区。这一地区冬季寒冷,最冷月平均温度 0℃ ~10℃;夏季炎热,最热温度 25℃ ~38℃,并且室外气候条件也不符合人们的舒适要求,同时其并不属于采暖区,所以不具有集中采暖条件。这一地区由于气候条件不佳以及采暖设备的缺失,使得其主要采用空调作为供冷供暖设备,这就会使得这一地区的耗能量加大,再加上其具有高密度聚居特征,还会使得耗电量增加。
 
由于历史原因,大部分夏热冬冷地区的建筑对保温节能不够重视,在不耗费较大能源的前提下提高热舒适性迫在眉睫。在夏热冬冷地区推动近零能耗建筑的发展,探索适用于该气候区的节能技术势在必行。
 
3、夏热冬冷地区近零能耗建筑技术探索
3.1 优化设计,将建筑设计与被动式节能技术相结合
建筑设计创新是节能的第一个步骤,建筑师对节能手法尤其是一些高科技技术手段在建筑中的应用关注较多。但如何让建筑从设计初步阶段就能更好的适应环境,以被动式节能技术结合建筑设计创新并响应气候是近零能耗建筑所面对的首要问题。
 
众森红谷一品被动式幼儿园位于南昌市,是江西省首个被动房项目。这一建筑将建筑与被动式节能技术紧密结合以精确响应气候。在遮阳防热方面,建筑采用架空式屋顶,将遮阳构件与太阳能光伏板一体化,在其下部空间设置活动场地;南向窗框凸出以避免来自东西方的阳光直射,同时辅以可调节外遮阳构件;幼儿园东向采用活动式遮阳百叶,西侧未设置窗户,采用立体垂直绿化以降低阳光直射。同时,建筑采用节能窗技术,使用三玻双空气层断桥铝包木外窗的同时使用 low-E 贴膜最大限度地隔绝周围环境所带来的不利影响。需要注意的是,由于此建筑位于夏热冬冷地区,与仅考虑保温的常规建筑要求不同,所以其 low-E 膜的位置也做出了相应的改变。
 
建筑朝向正南北,能最大化利用太阳能资源。所有南向窗户都附有凸出的遮阳棚,其角度经过精确计算,在保证采光需求的前提下可避免夏季阳光直射。建筑立面设置了固定的陶杆以保护玻璃及幕墙,陶杆由节能、可再生的材料制成,具有遮阳、吸热、降低太阳辐射的作用。
 
在围护结构的施工过程中,保温层直接覆盖至女儿墙,陶杆、遮阳棚与阳台被直接固定在 C 型钢上,并未直接与建筑结构相连,以避免冷桥的形成。建筑选用三层节能玻璃窗,突破安装窗体、打发泡剂、抹灰的传统施工程序,将窗户外扣在墙体保温层外侧,使二者产生交界面并在其外侧粘贴密封布,以避免窗户的安装影响建筑整体气密性。施工时,穿出外墙和屋面的管道均采用预埋套筒的方式,套筒外侧与保温层齐平,内侧以发泡剂填实,并以气密性密封布包裹管道和内墙抹灰区域,避免管道穿墙形成冷桥。同理,建筑底层采用隔热砖砌筑,以减少地梁与墙体之间的热交换。布鲁克被动房的气密性远优于欧洲标准,与中国传统住宅相比,能节省 95% 的能源。
 
以上建筑案例反映了被动式节能技术在近零能耗建筑中的应用,其应从环境出发,考虑到通风、日照、材料、构件等技术因素并结合建筑设计等要素,综合解决夏热冬冷的二季问题,在节省能源、降低能耗的前提下,提高建筑热舒适性并实现近零能耗的建筑目标。
 
3.2 提高外围护结构的保温性能
提高外围护结构的保温性能应在提高气密性避免热损失的同时,解决夏热冬冷地区保温隔热的构造问题,防止由于高湿产生的热桥冷凝破坏外围护结构的热性能。
 
夏热冬冷地区常伴有高湿现象,在提高外围护结构隔热性能的同时,避免热桥产生与处理好冷凝问题是近零能耗建筑节能的关键。湖南株洲神农湾森林公园被动房采用无机纤维直接喷涂外墙设置外保温层。这一方法可以避免空腔和冷桥的产生,工期短,施工简单,是一种简单且易于实施的方法。
 
3.3 充分挖掘太阳能资源的一体化应用
夏热冬冷地区位于太阳能资源一般区,阳光资源并不充沛,这对近零能耗建筑在这一地区的实施带来很大挑战。在此条件下,这一气候区的设计、施工、运行须充分挖掘太阳能资源,探索太阳能一体化在建筑设计中的应用,优化绿色能源的采集与贮存。
 
尽量扩大太阳能资源采集面积、优化阳光采集的角度与朝向,将太阳能利用最大化、高效化是夏热冬冷地区太阳能资源利用的正确途径。太阳能采集构件与围护构件(如玻璃幕墙)相结合并形成一体化体系是夏热冬冷地区实现近零能耗建筑的有效方法。
 
结语
 
综上所述,通过本文的详细介绍我们可以知道,夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑涉及许多不同方面,在应对不同的环境与气候时,具体手段与措施也应相对发生改变。设计师在对其节能方面进行设计应用时,应响应具体气候需求,综合考虑多种因素,协调冬冷夏热的二季特征,并严格的按照外围护结构指导设计原则去进行,从而实现住宅建筑的近零能耗目标。然而我国现今的夏热冬冷地区的近零能耗住宅建筑发展在国家与相关部门的高度关注下才刚刚起步,这就为建筑师营造了十分广阔的创新空间,同时也带来了许多技术难点与问题尚待进一步解决。所以我们应引导社会参与度与积极性,并需要及早的建立相关标准,推进近零能耗建筑的发展建立相应的指标及评价体系。
 
(文章来源:被动式低能耗建筑技术创新联盟)

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