近零能耗建筑成套技術推廣應用

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摘要:從節能建筑、超低能耗建筑到近零能耗建筑，綠色建筑設計從探索到高追求，離不開節能技術的不斷進步，也離不開國家在政策上的扶持和鼓勵。成套技術即將已建成的成功實例所采用的策略和方法進行總結，從而便于從業者采納借鑒。研究適合推廣的嚴寒地區近零能耗建筑成套技術方案，推廣方案適合不同層次的客戶需求，易于推廣。主要解決新型城鎮化建設對更低能耗、更舒適、更健康、更高質量的人居環境近零能耗建筑，有著急切的渴望和大量的現實市場需求問題。

關鍵詞:嚴寒地區;近零能耗建筑;成套技術;圍護結構

在國家大力推進節能減排積極倡導低碳建設的形勢下，東北嚴寒地區建筑節能工作發展迅速，尤其是國家和地方科技支撐計劃的實施，一批成果已經在建筑節能工作中發揮作用。推廣嚴寒地區近零能耗建筑成套技術對打造滿足更低能耗、更舒適、更健康、更高質量的人居環境就具有深遠的意義和很好的社會應用前景［1］。美國首先推出綠色建筑的概念，并制定了相應標準。英國和許多北歐國家也在被動房或超低能耗建筑的研究和實踐方面做了大量的探索，成果斐然，并指定了一系列的評價綠色建筑的標識:ActiveHouse主動式建筑，LEED，BREEAM，WELL健康建筑。近些年來，我國各地涌現出一批新型低能耗綠色建筑示范工程，推廣應用還在探索階段尤其是嚴寒地區的近零能耗建筑成套技術推廣基本為空白［2］。2020年我國提出了2030碳達峰和2060碳中和的雙碳目標，更加加速了新能源產業鏈的轉型并促進了可再生能源相關產業鏈向外延伸對綠色建筑提出了新的要求。研究基礎是已經在吉林建筑科技學院新校區內建成一座嚴寒地區近零能耗示范建筑，集成了當今國內近零能耗建筑領域最先進、最全面的技術。該示范建筑，被確立為國家住建部科學技術示范項目和全國首批超低能耗標志性項目，被中國建筑節能協會評為“中國好建筑”，是吉林省首座嚴寒地區多能互補型近零能耗建筑示范工程(見圖1)。填補多個嚴寒地區建筑節能及能源供應技術空白，形成多能互補型近零能耗創新技術體系，主要采用無水直熱式點供暖，光伏與建筑一體化設計，地能與太陽能多能互補，新風和毛細管末端系統，風光互補并網發電等新能源技術手段，在建筑清潔能源及可再生能源應用領域，位列國內先進、省內領先。前期建成的嚴寒地區近零能耗示范建筑經過近四年的運行與實際檢驗，技術完備，成熟，具備推廣的要素，市場前景寬廣。目前多家企業已有意向與我們合作，共同促進該項成果的轉化，建造更多的嚴寒地區近零能耗建筑，未來我們將在嚴寒地區近零能耗建筑建造方面發揮更大的作用。據測算，我校已建成的超低能耗建筑每年減少能耗469144kW·h，可節省標煤168．89t，減少污染排放1．7t煙塵，450t二氧化碳，3．4t二氧化硫，1．2t氮氧化物。節能減排，改善人居環境和質量，具有良好的環境效益。實行推廣應用對嚴寒地區超低能耗建筑的設計、建造和運行具有很強的實操性及指導性，借此可大力推進節能型建筑材料的使用，清潔或可再生能源的廣泛利用，從而節省能源和降低能耗，減少排放，保護生態環境，推進可持續發展，推動生態城鎮建設和人居環境的極大改善，具有良好的綜合社會效益。

1推廣對象

嚴寒地區近零能耗的推廣對象主要是房地產開發企業［3］，政府機構和既有耗能較大建筑的業主，及有改善自有居住生活品質的小型業主。我們的成套推廣技術經過示范工程的建造及實踐運行，證實示范建筑真實可靠，后期推廣指日可待。

2推廣方案

建筑節能設計應滿足國家“第四階段建筑節能75%目標”要求為主，給出適合推廣的嚴寒地區超低能耗小建筑成套方案，以建筑面積為500m2蓄熱水箱容量應不低于2t的小型建筑為例，具體方案有以下幾種。

2．1建筑圍護結構兩種方案

建筑圍護結構兩種方案見表1。2．1．1方案。A———舒適度最高，造價相對較高1)外墻采用復合式外保溫系統，傳熱系數K＜0．2;屋面和地面采取保溫措施。2)外門窗選用被動門、被動窗，傳熱系數K＜1．0。對門洞、窗洞、電氣接線盒、管線貫穿處進行氣密性處理，氣密層連續并包圍整個外圍護結構。被動門及被動窗的增量成本為153元/m2，外墻保溫和氣密性的增量成本為50元/m2。2．1．2方案。B———舒適度次之，造價相對合理1)外墻采用復合式外保溫系統，傳熱系數K＜0．2;屋面和地面采取保溫措施。2)外門窗選用高保溫性能的三玻窗，傳熱系數K＜1．5;外門為雙層保溫門。熱橋及氣密性處理同A方案。高保溫性能的三玻窗的增量成本為53元/m2，外墻保溫和氣密性的增量成本為50元/m2［4］。

2．2建筑能源供應方案

建筑能源供應方案見表2。由表2可知:1)方案A舒適度最高。地源或空氣能熱泵供暖/供冷+太陽能光熱蓄能+光伏自發電(離網)的建筑能源系統。太陽能光熱用途:輔助供暖+生活熱水。如采用地源熱泵約為60萬元，空氣源熱泵約為50萬元。初投資最高，但運行費最低，約4a～5a可收回投資。2)方案B舒適度次之。電熱鍋爐熱水供暖+太陽能光熱蓄能+光伏自發電(離網)的建筑能源系統。太陽能光熱用途同前。能源系統總造價(含光伏發電和蓄熱):約為30萬元。初投資次之，運行費較低，約5a～6a可收回投資。3)方案C舒適度同方案B。電熱鍋爐熱水供暖+太陽能光熱蓄能的建筑能源系統。太陽能光熱用途同前。初投資較少，運行費較高，約5a～6a可收回投資，能源系統總造價約為20萬元。4)方案D舒適度同方案B。電熱鍋爐熱水供暖+水箱蓄能的建筑能源系統。系統運行費最高，夏季無法制冷，電鍋爐同時提供生活熱水。蓄熱水箱容量應不低于1t。能源系統總造價約為10萬元。初投資最少，運行費最高，約6a～7a可收回投資。

3應用技術

推廣使用嚴寒地區近零能耗建筑節能技術。首先是推廣節能建筑材料，必須提高建筑物的圍護結構的隔熱性能，才能有效地降低建筑物本身的耗能［5］。其次是推廣建筑設備節能技術。這方面主要包括采暖、空調、通風設備及系統。最后是推廣節能型建筑環境控制系統。這方面主要是指中央空調的智能化即通過計算機實現智能化控制的中央空調系統可以最大限度地實現節能。主要應用的建筑設備節能技術如下:1)地源熱泵供暖供冷，是將高低品熱能轉換的裝置，主要通過將少量電能等高品質能源輸入到地面淺層從而進行能量轉換。2)空氣能熱泵供冷供熱，同地源熱泵相同，也是能量高低位轉換的節能裝置，能量來源主要是空氣、水、土壤等，是一種清潔能源裝置。3)電熱鍋爐供水，采用血液循環原理，結合專用微電腦控制器CPU，通過溫度傳感器，構成循環調節系統。按恒溫、節能的優化運行原則，隨著水溫的變化，控制系統不斷進行溫度采集，邏輯運算和數字芯片控制調節，從而達到系統自動恒溫，實現采暖和提供生活熱水的目的。4)太陽能光熱蓄能，主要通過太陽能光電設備對太陽光的汲取，從而轉化成熱能以及電能，后經儲備釋放給建筑中的各設備使用。5)光伏自發電(離網)，離網光伏系統通常由太陽能組件、控制器、逆變器、蓄電池組和支架系統組成。它們產生直流電源可直接通過白天或儲存在蓄電池組中，用于在夜間或在多云或下雨的日子提供電力。項目主要采用新型節能圍護結構體系(外窗、外墻、屋頂、地面、防熱橋、氣密性等)成套技術;采用可再生能源(包括太陽能、地熱能)作為建筑供能集成技術;采用毛細管末端輻射供暖供冷技術;采用熱泵技術(土壤源熱泵和空氣源熱泵)。運用以上集成技術，從現狀出發，提出了嚴寒地區超低能耗建筑的推廣策略，并提出適合嚴寒地區近零能耗建筑的推廣方案，助力成果轉化。

4解決的問題

1)解決目前我國多數建筑圍護結構不夠節能，導致建筑能耗很高，且舒適性較差問題。2)解決我國東北嚴寒地區具有供暖時間長，熱負荷大的特點，采暖能耗占到建筑總能耗的60%～70%，目前以煤炭為主要能源，其環境污染嚴重，系統管理復雜，不易實現運行節能問題。3)解決嚴寒地區土壤源熱泵系統運行產生的地溫不平衡和空氣源熱泵結霜等關鍵技術問題，以切實推動可再生能源的因地制宜、合理利用。4)解決新型城鎮化建設對更低能耗、更舒適、更健康、更高質量的人居環境－超低能耗建筑，有著急切的渴望和大量的現實市場需求問題。

5技術工藝路線

通過總體策劃和組織部署，形成各方、各專業負責制。依據《導則》，根據超低能耗建筑示范建筑實際運行情況，并在此基礎上，對建筑材料、部品和設備系統進行優化選擇，組織成員作出適應嚴寒地區近零能耗小建筑組合方案。為嚴寒地區超低能耗建筑的推廣提供實踐依據和技術數據支持，有力地促進嚴寒地區近零能耗建筑的推廣應用，此方案依據實際工程案例，結合當地實際情況，適合不同層次的客戶，貼近市場需求，可行性高。研究方法和技術路線如圖2所示。

6結語

現有的嚴寒地區近零能耗示范建筑的實際運行情況非常良好，數據可靠。在綠色學校建設的大背景下，新能源的引入以及各校的示范性工程都被提上了日程，也亟待有成功經驗的區域團隊的經驗分享，而且很多企業和高校都對實現嚴寒地區近零能耗建筑的推廣具有很強的實操性和指導意義。綠色校園的建設不僅能將綠色理念引入師生的實際學習生活，更加能夠培養學生的節能情懷，從而滲透到以后的學習生活以及家庭中去。嚴寒地區近零能耗建筑雖然初投資略高，但很節能、很舒適，其增量成本可在運行2a～3a后收回。根據客戶的可接受程度，可將示范建筑設計成“高中低”不同成本檔次的“菜單形式”，供采用者選用，從而大面積地推廣嚴寒地區近零能耗建筑及成套技術，為嚴寒地區近零能耗建筑的發展做出有力且直接的貢獻。

參考文獻:

［1］馮國會，王楷然，徐小龍，等．嚴寒地區近零能耗居住建筑熱舒適及能耗分析［J］．建筑節能，2019(11):98－100．

［2］徐小明，魏建軍．淺談綠色建筑技術現狀及發展對策:評綠色建筑設計及運行關鍵技術［J］．電鍍與精飾，2020(3):52．

［3］何里文，馬小龍，黃振育，等．房地產市場營銷［M］．北京:北京理工大學出版社，2018:23．

［4］董曉亞，李德英，王藝霖．近零能耗辦公建筑外墻保溫材料厚度優化研究［J］．新型建筑材料，2020(7):143－144．

［5］李章生．推廣使用建筑節能新技術重視研究材料的再生利用［J］．聯合時報，2016(10):1．

作者:徐慧敏 任楠楠 單位:吉林建筑科技學院 吉林水利電力職業學院