摘要：随着经济发展和城镇化的推进，能源紧张和环境污染问题日益突出，而建筑能耗占社会总能耗比重高。为了建筑节能减排，采用超低能耗建筑是重要举措，因此本文对相关方法与应用进行了探讨。
关键词：超低能耗建筑；设计方法；应用
根据住建部印发的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》（建科[2015]179号）给出的定义，超低能耗建筑是指“适应气候特征和自然条件，通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒适室内环境并能满足绿色建筑基本要求的建筑。”超低能耗建筑比现行国家节能设计标准可全国整体再节能75%以上[1]，而且居住更舒适、空气品质更好、建筑质量更高。因此，本文对超低能耗建筑设计方法与应用进行了分析。
1 超低能耗建筑设计特点与方法
1.1 超低能耗建筑设计特点
超低能耗建筑对于建筑师来说是一个新生事物，实际上其设计方法也异于传统设计方法。传统设计以相关设计标准为依据，以满足业主功能需求为核心，不同专业之间分工明确。这种设计方法有利于发挥各专业所长，但无法实现整体效果最优。超低能耗建筑运用被动式建筑设计理念，结合气候特征和自然条件，不仅满足建筑功能需要，而且使建筑性能最优化，所采用的设计方法是以能耗为控制指标的性能化设计，所有专业均以建筑性能优化并达到终极能耗指标为中心，其设计目标包括功能目标、环境目标、经济目标和社会目标。功能目标以满足人的生理、心理等各项需要为出发点，提供身体舒适、精神契合的建筑。环境目标以节能减排为核心，减少化石能源使用以及空气污染物、温室气体、固废的排放，减少对土地、森林的破坏。经济目标是降低建筑全寿命周期成本，减少用能、用水及维修费用，降低各种风险，提高建筑价值。社会目标是追求可持续发展和社会公平。
1.2 超低能耗建筑设计方法
超低能耗建筑设计依据被动式建筑设计原理，采用整合设计方法或体系化设计方法，通过各专业的协作、交流，确定项目范围、目标和策略。在设计过程中鼓励创新，并反复迭代、重复。设计过程包括硬件与软件整合、建筑系统整合等。具体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[2]。关键参数限额法是以减少建筑能耗为导向，通过利用气候特征和自然条件，并控制建筑元素关键指标，结合新风热回收等技术，实现超低能耗目标的方法。双向交叉平衡法是以能耗和舒适度两项指标为导向，通过优化围护结构和运用新风热回收技术，再结合可再生能源的应用，实现能量供需平衡的设计方法。经济环境决策法是以能耗、舒适度和经济性三项指标为导向，通过优化围护结构和利用可再生能源，在经济可行性约束下优化设计，直至达到设计指标要求的方法。
2 超低能耗建筑设计策略及应用
2.1 超低能耗建筑设计策略
首先，充分利用地形、地貌、地物等特点做好场地规划设计。为了营造有利的小气候，建筑之间的主要通道应顺应夏季主导风向，珠三角地区应以东南偏南向为宜，以增加对流通风。建筑排布宜采用既紧凑又分散的辐射组织形式，利用建筑之间相互遮阳作用，同时保持适当开放空间以加强自然通风。建筑层级排布宜按主导风向递增，以减小较高建筑对较低建筑的阻挡。充分利用地形与水文条件选择建筑朝向，通过综合分析太阳辐射、场地风等因素确定最佳朝向。
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其次，采取有效遮阳策略。建筑体块之间尽量相互遮阳，建筑立面选择高反射浅色材料，建筑长边宜选择南北向，利用立面绿化、屋顶绿化、通风屋顶、低辐射玻璃等措施提高围护结构隔热及反射太阳能辐射性能。通过精确计算遮阳时段太阳高度角、方位角来确定遮阳构件尺寸。
再次，优化采光设计。由于珠三角地区受海洋性气候影响，常年高温高湿且太阳辐射强，为减少由窗进入室内的热量，开窗采光应结合遮阳隔热、自然通风散热除湿设计。为避免采光不足或采光不均形成眩光，应减小建筑物厚度（宽度），利用庭院或边庭组织流线，使房间至少有2个侧窗开口。尽量避免东西向开窗，可在南北向开侧窗；必须东西向开窗时应采取遮阳隔热措施。利用高侧窗、遮阳板、折光玻璃等增加自然采光。
第二，自然通风策略。利用风压作用、热压作用以及风压与热压混合作用形成自然通风。充分利用场地地形及气候水文条件形成街道风、山谷风、水陆风。利用建筑体型、构造设计形成房间穿堂风。利用植被、水体、土壤、地下室的被动预冷进行通风。利用中庭、通风墙、风塔构造组织热压通风。机械通风作为连续通风的辅助手段。
第三，改善围护结构热性能。珠三角地区夏季炎热、昼夜温差小，所以应提高围护结构隔热性能，而对蓄热性能要求不高。外墙应选择浅色光滑饰面，以降低太阳辐射的吸收率。
第四，冬季（12月～2月）利用不影响夏季通风散热的被动式太阳能采暖，可一定程度上提高冬季室内舒适性。另外，采用太阳能供热空调和常规空调辅助方式，是利用可再生能源提高冬季舒适性的又一项有效措施[3]。
2.2 超低能耗建筑设计应用
现以高层住宅为例介绍超低能耗建筑设计方法应用。该建筑总建筑面积约2.2万m2，高度99.5m，由两侧对称的一梯四户拼成两梯八户。套型分一室套型、二室套型和四室套型，建筑面积分别为59m2、67m2和133m2。根据南亚热带气候特征进行被动式设计，重点解决夏季过热和冬季舒适性问题，并运用计算机软件进行辅助设计，例如Ecotect、Phoenics、AirPak等。由于建筑东西向容易过热，所以布置辅助用房。利用楼梯间和电梯井遮挡东西向的太阳辐射，使该两向太阳直射辐射量控制在200Wh以下。再利用建筑体量遮阳以及减少窗户、外墙吸收太阳直射辐射措施，南向户型最热月太阳直射辐射量小于200Wh。通过布置立体绿化，利用植物蒸腾、呼吸作用进一步降温和减少碳排放。经过优化设计，围护结构导热得热占51%，太阳直射辐射得热只有24%。采光设计方面，由于场地位于光气候分区的Ⅲ区，其光气候系数为1。按相关规范要求，起居室、卧室等主要空间采光系数不低于1，卫生间等辅助空间采光系数不低于0.5。经过模拟分析，除卫生间、走道等处采光系数低于1，其他空间采光系数均不低于1，而且楼梯间采光良好。通风方面，由于建筑朝向限制，套型内不易获得穿堂风，但通过控制套型进深（<7m）、利用中庭拔风和组织露台通风，能够形成围绕套型的气流，提高夏季舒适度。利用落地飘窗和封闭阳台空间设计，在飘窗上下两端设置可开启的洞口，利用太阳能形成内外循环通风，提高冬季舒适度。
3 结语
超低能耗建筑是实现可持续发展的重大战略。由于我国地域辽阔，各地区气候特征、自然条件、建筑风格、生活习惯等迥异，超低能耗建筑设计策略也不可能相同。本文基于南亚热带季风气候区的珠三角场景，对超低能耗建筑设计策略与方法应用进行了探讨，供该地区超低能耗建筑设计参考。
参考文献：
[1] 徐伟，孙德宇. 《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》编制思路及要点[J].建设科技，2015（23）：17-21.
[2] 王学宛，张时聪，徐伟，等. 超低能耗建筑设计方法与典型案例研究[J]. 建筑科学，2016，32（4）：44-53.
[3] 王敏，何涛，徐伟，等. 太阳能供热空调系统在超低能耗建筑中的设计分析[J]. 建筑科学，2016，32（4）：20-24.
论文作者:夏丽丹
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：建筑论文; 超低论文; 建筑设计论文; 方法论文; 采光论文; 遮阳论文; 东西向论文; 《防护工程》2018年第35期论文;