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摘要：随着节能降耗理念的提出，一些发达国家投入到关于超低能耗建筑、零能耗建筑的设计中，我国近几年来也开始相关研究工作文章在对传统建筑设计和超低能耗建筑设计比较分析的基础上，对超低能耗建筑的通用设计方法进行探析，并结合典型案例具体剖析设计方法的应用。
关键词：超低能耗建筑;能耗指标;性能优化设计方法
1传统建筑设计和超低能耗建筑设计
1.1传统建筑设计
在节能降耗方面该设计方法存在以下几点不足:首先，虽然经过传统设计可以达到安全性要求，而且也能实现建筑物的功能，但是在设计中往往会存在各项设备闲置、能源浪费以及成本过高等问题。其次，由于各个专业均有着自己的设计标准，节能降耗有关的标准分散在各个专业中，目前还没有实现技术标准上的统一，无法达到预期的节能降耗效果。此外，传统建筑设计方法也不利于设计人员发挥主动性，在设计时灵活性不强。
1.2超低能耗建筑设计
超低能耗建筑设计是一种以降低能源消耗，满足用户舒适度要求为目标的设计方法，其关键设计步骤是进行被动式设计和主动优化。也就是通过对于供热、制冷等能耗需求量的限定，不仅实现了建筑物的功能，而且还提升了建筑物整体的性能。相较于传统建筑设计，该设计方法有以下几个特点:首先以能耗指标作为设计导向，然后协调各个专业并发挥设计师的主动性，提高设计的灵活性。其次，在设计初期需要对建筑物围护结构的热工参数以及建筑物的形状、朝向等严格控制，并实现被动式设计和主动优化的结合，充分利用建筑物周围环境，发挥可再生能源的作用，并通过热量回收技术对热量进行回收。此外，对于具体的节能措施并没有严格规定，只要最终能实现节能降耗的目标即可。
2超低能耗建筑的通用设计方法
实现超低能耗目标的通用设计方法主要有关键参数限额法、双向交叉平衡法和经济环境决策法。由于这三种方法并不受到建筑类型的影响，所以应用领域比较广泛，包括办公、住宅、学校和工业建筑用房设计，而且三种通用设计方法都能达到节能降耗的效果。以下对这三种通用设计方法进行简单介绍。
2.1关键参数限额法
关键参数限额法与其他两种通用设计方法最大的区别是，该设计方法对于可再生能源的利用不强，所以在设计时无需过度模拟。该设计方法是从降低现有能源能耗出发，充分利用建筑物周围环境和气候条件，然后对建筑的关键性因素指标，如外墙、屋面、窗户等围护结构的传热系数和气密性进行严格控制。最后，结合热回收装置，实现对热量的回收利用，达到降低现有能源损耗的目标，又能为用户提供舒适优质的环境。在该通用设计方法中主要的技术特征为:首先，外墙、屋面和窗户等围护结构的热工参数值要达到规定要求，这样就极大地提高了建筑物保温隔热的效果，也增加了建筑物整体的气密性。其次，采用被动式设计，对自然风、太阳辐射和自然采光等进行充分利用，从而降低建筑物对于现有能源的需求量。此外，通过设置高效的热回收装置既保证了热量的供应，又提高了空气质量。
2.2双向交叉平衡法
双向交叉平衡法在建筑物设计时，既考虑到建筑物围护结构的优化和高效热回收装置的设计，也考虑到对于可再生能源的利用。这样在设计中就可以通过改变建筑物的朝向、窗墙的比例，将建筑物围护结构和系统设备、可再生能源和高效能源组合起来。可再生能源的利用可以平衡建筑物消耗的能量，满足建筑物设计需求。主要的技术特征有:首先，利用被动设计的方式调节建筑物的自然通风和自然采光，对建筑物围护结构热工参数值进行设定，减少建筑物对化石燃料需要。其次，通过主动优化，利用节能设备，如变频风机、节能灯具等来提高系统的性能。此外，建筑物对于能源的需求上，尽量让这些能源供应是来源于自然光、风能和浅层地热能等可再生能源的，这样便能降低对于不再生能源的消耗。
2.3经济环境决策法
经济环境决策法在保证节能降耗和为用户提供舒适度的基础上，还要考虑到经济性这一指标。主要是通过优化建筑物围护结构、高效利用建筑物周围环境和可再生能源，然后从经济角度出发，优化建筑设计方案，经过计算和定量分析以后找出满足三项指标的设计方法。该通用设计方法的技术特征有:首先在建筑设计一开始就要设定三个指标，即能耗指标、环境优化指标和经济性指标，一切设计工作和优化工作都要围绕这三项指标开展。其次，要进行充分的主动优化设计，不断完善系统设计的方案。此外，要进行经济可行性的分析，考虑决策节能和投资的关系等。
3案例研究
中国新疆自治区某工程，该工程建筑区域为7667.9m2，包含地上(商业餐饮与酒店)6层，地下2层(超市与车库)，该建筑被动式建筑而积为4361.6m2，该建筑的建成标志着中亚严寒十热气候区有了手动接近零能耗的标志性建筑。该建筑采用上文所提到三种方法中的关键参数限额法进行设计，以建筑能耗目标为导向，其中生活热水、供热、供冷以及生活用电总能耗限额为54kW·h/（m2·a），其耗能仅为每平方米1.5m3燃气。主要步骤如下。
3.1规定围护结构热工参数限值
规定围护结构热工参数限值，做好了防止热桥与加热隔热的措施。外墙等围护结构K值上限为0.15W/（m2·K）窗户玻璃K值上限为0.80W/（m2·K）。热桥K值上限为0.01W/（m2·K）。另外，屋顶增加了相应的绿化设计以提高建筑物保温隔热的性能，对供热管道、设备要求，做好了保温以及严格密封处理。
3.2自然通风及采光
在进行自然通风与采光的设计中，多利用了自然光与自然冷源，从而有效减少照明能耗与空调。在建筑一至三层还设有中庭，并采用电动开窗器以及电动外遮阳，确保了建筑良好的自然通风采光。
3.3建筑能源系统设计
3.3.1制冷空调系统
该建筑处于严寒十热气候区，夏季需降温加湿，所以制冷空调选用高温水与干工况，选用地面辐射供冷，供回水温度为16-21℃，高性能冷水机组设计工况下，系统能效达到了14.9，且小接露。
3.3.2供热空调系统
选用了落地式冷凝模块低温以及高温燃气锅炉作为建筑供热与供水。一次侧循环水泵耦合连接二次侧变频节能水泵，可以根据建筑负载以及室外气温，对锅炉工作数量以及输出大小进行自动调节。其中，高温燃气锅炉可提供60-80℃热水，最高热效率大97.4%。
3.3.3新风热回收机组
该建筑热回收率达75%，有效的保证了室内空气质量以及能源的节约。该项目的设计要点是确保关键指标小超过规定限值，进而达到终极能耗指标。例如德国的度纳幼儿园，通过对围护结构传热系数的严格把控，不用可再生能源系统，也可以达到不超过120kW/（m2·K）的能耗指标。
推行超低能耗建筑是实现可持续发展的必由之路，基于本文的讨论并结合我国的实际情况，笔者认为超低能耗建筑形式在国内的推行有以下几个问题需要关注:
1)我国地域辽阔，各地建筑风格迥异、资源不同、经济水平发展不均。当前不同气候区域都已有超低能耗建筑示范项目，在此基础上结合地区环境特色、因地制宜，探索分析适用于我国5个气候区域的超低能耗建筑设计方法势在必行。
2)相对发达国家，我国目前实现超低能耗建筑还在学习阶段。目前示范建筑多使用德国被动房能耗指标。但我国建筑形式以及居民生活习惯多与德国不同，对K值的测试条件、室内舒适度要求、超温频率及计算面积方法与德国均有差异，因此制定适合于各地区的科学的各项能耗指标工作函待开展。
3)国内对超低能耗建筑的性能认定工具和手段的相关研究较少，实现超低能耗建筑的关键技术和设备的研发急需实现产业化和标准化，推进超低能耗建筑市场化、降低相关成本也是推行超低能耗建筑实施的关键之一。
参考文献：
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