因地制宜｜“超低能耗建筑”如何在中國落地？

       研發超低能耗建筑的設計，首先要討論室內居住環境滿足人們工作、生活所需求的舒適度為重點，其影響因素主要是空氣溫度、相對濕度、氣流速度及平均輻射溫度。其核心點是室內環境，使人在休息時能保持體溫在37℃左右，超過或低于2℃時，在短期內還可忍受，若持續時間太長或體溫升降偏差太大時，就會損害健康，甚至危及生命，因此，在人類賴以生存的條件范圍內，有一個較小的區間定為“舒適區”，在此條件下，人體熱調節機能的應變最小。因此對建筑設計中的墻體厚度及保溫、屋面保溫和排水、門窗保溫及安裝方式、遮陽、水電氣的節能要求來實現。

一、超低能耗建筑性能確定的依據

　　1、人體對環境溫度的反應

　　早在40多年前，美國耶魯大學蓋奇等人就提出了人體熱感覺與環境、健康狀態的關系。

　　2、2009年德國提出的建筑釆暖能秏限額小于等于45kwh/m2a(即每平方米年能耗量)，關于超低能耗建筑釆暖限額小于等于15kwh/m2a，制冷能耗小于等于15kwh/m2a，這是建筑能耗最高標準，基本可以實現零能耗的建筑指標，這些標準可以參考，并針對嚴寒地區。

　　3、室內環境熱舒適度準則

　　德國在建造超低能耗建筑時，提出對建筑總能耗保證熱舒適度的兩條準則，應是我國建造超低能耗建筑設計的基本依據，具體如下：

　　第一、不論室外空氣溫度是多少，在控制能耗的情況下，應保持室內溫度為20℃，室內表面平均溫度在設計條件下，高于17℃，否則在地面可能形成冷氣層，在窗邊會感覺不舒適。

　　第二，為了防止細菌生長，室內空氣相對濕度，人體感到舒適范圍內，即30%～65%之間，即要求室內溫度為20度時，室內表面在相對濕度為65%時不產生結露，這時露點溫度為13.2℃，因此，內表面溫度最低點位置應保持在13℃以上。

二、超低能耗建筑外圍護結構性能分析

　　我國是多氣候區域，各地區氣候差異很大，并分為嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區，德國的氣侯比較單一，因此不能生搬硬套德國的指標，對建筑節能提出能耗應保證室內熱舒適度的兩條準則原理是應當借鑒學習的，根據這兩條準則原理，結合我國的實際情況，以作為建筑設計的依據，從建造室內舒適小環境中。

　　以嚴寒地區為例，大家都會有共同感覺是氣候干燥，而南方冬天因潮濕，其溫度雖然在零上10℃以內，還是覺得很冷，但北方同樣溫度下，就不像南方那樣感覺很冷。因此在吸取德國兩條舒適度，準則中，我們認為采用溫度為20℃，由于室內空氣干燥，窗內表面溫度可低一些取16℃也不會有冷輻射感覺，其相對濕度取30%-55%以滿足舒適度為準，減少了過度的要求。

　　按以上意見，準則確定后，按穩定傳熱條件來計算，即可推導出建筑外窗傳熱系數k值。即外窗的傳熱系數和防止結露的最低溫度表面的傳熱系數，按此兩個指標和與其配套的性能的保證指標，即可設計出超低能耗建筑用外窗的依據。

　　現舉嚴寒地區為例：

　　設室外溫度為t0，室內溫度ti為20℃，窗內壁平均溫度tib為16℃，相對濕度為55%計算，則室內結露點溫度為10.7℃，這樣窗內壁最低點溫度取≥11℃，則可求出k值，以滿足外界溫度的要求。

　　kw≤[(ti- tib).hi]/ (ti- t0)

　　上式中：

　　kw—窗的傳熱系數w/㎡.k

　　ti—室內溫度k取20℃

　　t0—室外溫度k

　　hi—窗內表面換熱系數，取8 w/㎡.k

　　tib—窗內壁平均溫度取16℃

　　若嚴寒地區某城市，冬季室外最低溫度為t0=-35 ℃，即可求出整窗的傳熱系數kw值。

　　kw≤[(20- 16).8]/ [20-(-35)] ≤0.58 w/㎡.k

　　窗的薄弱環節部位的傳熱系數kl，應保證內壁薄弱點的溫度>11℃。

　　則kl<[(20- 11).8]/ [20-(-35)]<1.3 w/㎡.k

超低能耗節能外窗

三、墻體和屋面保溫

　　關于墻體和屋面的保溫是很重要的，它做好了，實現模塊化設計和安裝，并且能夠保證屋面和墻體厚度，實現保溫厚度應大于300mm，對降低冬季采暖和夏季空調用電會有很大幫助，門窗作為外墻圍護中的重要組成部分，外門窗性能要求將更好的保證，根據目前國情，建議高層住宅建筑外窗安裝在洞口邊部，不建議采用外掛式的安裝，低層建筑高度不超過20m的可以采用外掛式安裝，通過節能附框與窗框連接，施工人員可以在室內施工，降低施工的安全風險。

四、門窗的要求

　　超低能耗節能外門窗不同于常規門窗產品，外門窗的結構設計和選材很重要，干法施工需要室內外的防水透氣膜、epdm板和室外窗臺板、窗套必不可少，防水和防結露各個區域都需要，由于我國地域遼闊，由不同的地域差異，門窗要求也有差異，針對極端氣候變化的適應性更要考慮，保證建筑外門窗、幕墻要與建筑同壽命，從而減少建筑垃圾，對減少碳排放有幫助，所以要因地制宜結合不同區域氣侯來滿足超低能耗建筑外窗節能，對于門窗節能指標，應當看型材斷橋的寬度和高度和隔熱材料的導熱系數，并要求型材的傳熱系數，與建筑外門窗配置的玻璃、膠條的導熱系數和傳熱系數，只有這樣才能更好的解決門窗的傳熱系數，測試數據更真實。

　　1、我國區域遼闊，氣候區域分布廣泛，要針對嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖不同地區建議提高整窗的傳熱系數要求：

　　夏熱冬冷地區建議為1.00~1.30 w/㎡.k，考慮遮陽

　　嚴寒地區和寒冷地區建議為0.80~1.00 w/㎡.k

　　夏熱冬暖地區建議1.30~1.50 w/㎡.k，考慮遮陽

　　四季溫暖地區為1.50~1.80 w/㎡.k

　　2.氣密性能建議小于或等于0.3~0.15m3/m.h，氣密性能直接影響保溫性能和安全性及舒適度。

　　3.在防水性能中，建筑外窗戶建議增加節能附框，實現干法安裝施工，增加室外側窗套和窗臺板，提高窗體保溫及防水、防滲漏、防腐等功能，與節能窗成為完整體系，材料選用3.0mm鋁合金型材或鋁板成型，并在規范中強制執行，并處理好沿海地區抗臺風、針對極端天氣對門窗的要求;

　　4.對窗戶的防盜和抗沖擊性能要求應加強，型材、玻璃、五金件與窗，成品窗與洞口的連接配合中的使用，提高型材壁厚，建議塑窗型材壁厚大于3.0mm，同時腔體填充硬質發泡，復合型材的拉伸和剪切應力應大于等于50n/mm，鋁型材節能窗壁厚提高2.0mm~2.2mm，材料質量保證50年以上或與建筑同步;

　　5.防火窗是要考慮，有逃生通道或房間的獨立設計;

　　6.門窗檢測不應只對送樣負責，要對項目及產品負責，檢測方法要與實際相結合，對產品負責就是對用戶負責;

五、新風的應用

　　由于超低能耗建筑的保溫性能和氣密性能特別好，需要通過新風系統解決室內舒適度，通過新風過濾、滅毒、殺菌、增氧、預熱(冬季)來保證室內的空氣清新，同時保證減少熱量損失，實現室內的溫度、濕度、空氣質量的適宜。