超低能耗建筑技术及应用片
任伟国
[摘 要]被动式超低能耗绿色建筑，起源于德国，是国际认可的一种集高舒适度、低能耗、经济性于一体的节能建筑技术。通过充分利用建筑自身设计及周边物理环境，以设计为手段，因地制宜，优化材料配置及后期合理的运行管理等达到满足室内舒适环境的目的，以达到建筑物自身节能环保的新理念。由于被动房具有超低能耗、超微排放、超高舒适度的特点，对于解决我国建筑行业能耗高、碳排放大及解决我国供暖能耗高等问题意义重大。
[关键词]被动式超低能耗建筑；设计基础；应用解析；
中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0096-01
随着经济的发展、社会的进步，人们对建筑舒适度的要求也越来越高，这种变化直接体现在建筑能耗的逐年增加上。世界能源日趋紧张，各国对能源保护、对环境保护的意识也逐渐提高，开始关注建筑能耗。被动式低能耗建筑设计理论的发展时间不长，但其在减少建筑能耗方面具有积极意义。本文着重对被动式超低能耗建筑的太阳能和蓄热的应用进行阐述，通过在实践中的具体应用来探讨该理论未来的发展情况，希望为减少一次能源消耗，减少能源浪费提供借鉴。
一、被动式超低能耗建筑设计分析
被动式超低能耗绿色建筑的主要原理是通过最大程度减少建筑物的热量损失，以至于几乎不需要采取主动采暖或制冷措施，主要通过节能设计及依靠自身优越的保温性能及气密性，从建筑技术层面综合利用建筑物可获取的所有自然得热方式（包括太阳、照明、人体、电器散热等），实现维持室温20摄氏度以上且保持室内空间高舒适度。目前，冬季的太阳能辐射和夏季的蓄热降温是采用比较广泛的两种被动技术。通过被动式技术的应用，可以在有效降低能源消耗的同时，提高人体对于舒适度的要求。
1、我国被动式气候的分区
由于目前被动式技术的应用主要是对太阳能和蓄热的应用，因此被动式技术和建筑外部环境有很大的关系。在对我国被动式超低能建筑设计进行分析的时候，首先要进行的就是被动式设计分区工作。
1）被动式采暖和温度降低的区别
在进行气候划区的时候，最重要的工作就是对区划指标的选择，而区划指标通常和被动式技术、室外气候的不同情况有很大的关系。太阳能采暖技术是应用比较广泛的技术，目前影响太阳能采暖技术的主要因素有两点，一是建筑的外部温度，一是建筑自身的辐射热量。如果室外的温度较低或者太阳辐射量达不到要求都会造成太阳能采暖率的不足。而对于另一种被动式技术，夏季蓄热通风技术来说，需要对建筑自身的蓄热率进行掌握，同时还要注意考量夜晚建筑外部空气的温度，风量和建筑进行热交换的情况等【1】。
2）气候分区的划分
被动式分区的目的是通过科学合理的划分，为建筑人员提供我国各个地区实施被动式技术的理论依据，从而获得更加合适的室内环境。我国气候分区通常采用一级和二级区划方式，其中一级区划主要是考虑冬天的影响，太阳能采暖率为其指标，二级区划主要考虑的是夏天的影响。二级区划和一级区划相比更加复杂，要考虑蓄热通风、蒸发冷却等一系列指标。
2、被动式太阳能采暖分析
被动式太阳能技术是目前实施建筑节能技术的主要途径。在我国西部地区，太阳能资源比较丰富，但由于技术不够成熟，导致太阳能的利用率较低，从而造成被动式低能耗建筑的发展还比较落后。
1）太阳能建筑耗热量的计算基础
为了更好地发展被动式太阳能技术，在相应地区内设立对应的建筑节能目标是非常必要的。现在的节能目标制定主要关注的是人工环境设备的耗能情况，这种方法很容易忽略掉冬季阴天时的辐射影响。根据研究发现，被动式太阳能建筑的热量指标和太阳辐射、室外温差都有很大的关系。根据这种影响提出的耗热量指标为：
2）太阳能建筑节能率的计算分析
被动式太阳能建筑节能率的计算方法在我国太阳能资源比较丰富的地区有着较大的应用。普遍认为，建筑的节能率较大时，耗热量就较小。在被动式太阳能建筑中，如果太阳能提供的热量越多，人工设备提供的热量就较少，从而越符合节能式建筑的设计理念。通过大量的试验研究和动态模拟方法，计算出的太阳能建筑辅助耗热量公式为：
其中，A0是建筑面积，tn和te分别是室内和室外温度，Ag是集热窗面积，C表示的是污垢的遮挡系数。
3、被动式蓄热通风降温分析
被动式蓄热通风技术对于降低空调使用率，减少碳排放具有一定的帮助。在节能式建筑中，通过蓄热通风降温技术，可以有效储存夜晚风中的冷能量，从而起到减小建筑室内平均气温的目的【2】。
1）蓄热通风计算基础分析
在进行蓄热通风节能建筑设计的时候，设计人员要将能够快速分析同时又保持准确率的计算方法进行推敲，并将其作为计算的基础。蓄热通风的实质是建筑室内的热环境和室外风中冷能量进行耦合的过程，通常影响计算的因素主要有建筑外部天气条件，节能式建筑布局以及维护栏的蓄热性能等。当前，通过应用流体力学和传热学的相关知识可以完成这种模拟。节能建筑计算降温通风和需热量的简化计算公式为：
其中，T0和TI为进入和排出空气的温度，Amass和Hmass为蓄热体面积和体表换热系数。
2）影响蓄热通风的因素
蓄热体是影响蓄热通风的主要因素，因此做好蓄热体的设计工作至关重要，在设计中要注意对蓄热体的位置、布置情况、数目等进行具体分析。蓄热体内部面积x和室内保持适宜温度的时间比y公式为：
Y=0.0877lnx+0.603
二、被动式超低能耗建筑设计实践
我国西部地区的环境比较恶劣，在该地区有效应用被动式超低能耗建筑是非常适合的。近年来，我国被动式低能耗研究团队对西部地区的陕西、四川等地建设了有效的被动式超低能耗建筑示范案例。示范建筑工程有效改善了当地居民的居住条件，为我国被动式超低能耗建筑的发展提供了理论依据。
三、被动式超低能耗建筑设计理论发展
被动式超低能耗建筑可以有效提高环保型能源的利用率，降低我国煤炭石油等一级能源的使用。通过对被动式超低能耗建筑的研究我们可以做出以下论断。
1、在我国具有相应条件的地区，建设被动式超低能耗建筑具有很强的可行性，可以有效改善居民的生活环境，降低经济成本，同时也是保护我国地域文化的一种有效办法。
2、低能耗建筑未来的发展趋势是高效率、零能耗。我国应该牢牢抓住我国具有的气候资源特点，在低能耗建筑方面积极开展研究工作。
3、低能耗建筑的研究工作比较复杂，研究人员在进行相关方面研究时，要充分考虑地区气候条件和人体舒适度之间的关系，同时要对当地的文化传承、生态发展以及经济成本和技术条件进行考量，通过被动式采暖、被动式通风蓄热降温等技术为我国低能耗建筑的发展提供理论支持。
结束语
随着对环境保护重视程度的越来越高，被动式超低能耗建筑的研究越来越受到关注。建筑设计通过充分利用建筑自身设计及周边物理环境，以设计为手段，因地制宜，优化材料配置及后期合理的运行管理等达到满足室内舒适环境的目的，以达到建筑物自身节能环保的新理念。
参考文献
[1] 徐伟，孙德宇.中国被动式超低能耗建筑能耗指标研究[J].动感（生态城市与绿色建筑），2015，01：37-41.
[2] 杨柳，杨晶晶，宋冰，朱新荣.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J]. 科学通报，2015，18：1698-1710.
