夏热冬冷地区近零能耗建筑技术途径探索*

1 国内外发展状况

近年来绿色建筑提法颇多，虽均以节约能源为核心，但不同国家对这一问题的定义、关注点与目标制定有所差别（表1）。在相关定义中，德国率先提出了被动房这一概念，美国较关注净零能耗建筑，但由于净零建筑初次投入成本较大且难以达到相关标准，欧洲等国近年来较为推行的近零能耗建筑反映出较强的可能性与实施前景。

2017年2月，住房和城乡建设部发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中指出：2020年，中国城镇中新建建筑的绿色建筑比例将占50%。为了达到节能减排的目标，我国近年来制定了一系列相关标准。2015年我国住建部制定了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》；2016年4月我国颁布了《民用建筑能耗标准》；201 6年10月，北京市推动实施《超低能耗建筑发展行动计划》。这一系列导则均倾向于严寒及寒冷地区：《民用建筑能耗标准》旨在为严寒及寒冷地区考虑建筑供暖能耗，仅考虑了燃煤、燃气热源供热并未考虑电力供热； 《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》虽涉及所有气候分区，却对严寒与寒冷地区有明显的倾向性，对夏热冬冷地区关注较少。总体来说，我国近年来对近零能耗建筑的关注度愈来愈高，但这一关注较多集中在严寒地区与寒冷地区。

2 夏热冬冷地区发展近零能耗建筑的必要性

夏热冬冷地区地处长江中下游，共涉及16个省、市、自治区，面积约180hkm2，其中包括大量居住较为密集、经济较为发达的聚居区。这一地区冬季寒冷，最冷月平均温度0℃～10℃；夏季炎热，最热温度25℃～38℃，室外气候条件并不足以满足人的舒适要求，且由于其并不属于采暖区，所以不具有集中采暖条件。由于气候条件不佳与采暖设备的缺失，这一地区大量使用空调作为供冷供暖设备，高耗能的设备与高密度聚居特征使这一地区耗电量极大。

由于历史原因，大部分夏热冬冷地区的建筑对保温节能不够重视，在不耗费较大能源的前提下提高热舒适性迫在眉睫。在夏热冬冷地区推动近零能耗建筑的发展，探索适用于该气候区的节能技术势在必行。

3 夏热冬冷地区近零能耗建筑技术探索

近零能耗建筑以节约能源为首要目标，目前有许多绿色建筑虽能达到近零排放标准并获得评级，但其主要依赖大量新能源产能来平衡建筑本身的能量消耗，并不环保。近零能耗建筑应在经济合理的范围内，以被动式节能技术作为首要方法，通过创新建筑设计方法、降低建筑对常规能源的需求，并以可再生能源作为补充，从而达到基本零能耗。其技术方法主要包含以下几个途径。

3.1 优化设计，将建筑设计与被动式节能技术相结合

 

表1 不同国家与地区的近零能耗建筑发展目标1）

  

国家或地区 时间 近零能耗建筑目标欧盟 2018 100%政府建筑要实现近零能耗欧盟 2020 100%新建建筑要实现近零能耗德国 2019 100%政府拥有或使用的建筑均达到零能耗德国 2020 无需化石燃料仍可运营德国 2021 新建建筑达到零能耗英国 2016 100%的新建居住建筑达到零碳排放英国 2019 100%的非居住建筑达到零碳排放芬兰 2015 执行被动房标准挪威 2017 执行被动房标准法国 2020 建筑需可对外供能丹麦 2020 建筑能耗比2006年降低75%荷兰 2020 达到能源中和匈牙利 2020 达到零碳排放美国 2030 所有新建业务用办公楼实施零能源技术改造美国 2040 50%既有业务办公楼实施零能源技术改造美国 2050 100%业务办公用楼实施零能源技术改造日本 2020 新建公共建筑应达到零能耗日本 2030 所有新建建筑整体达到平均零能耗

建筑设计创新是节能的第一个步骤，建筑师对节能手法尤其是一些高科技技术手段在建筑中的应用关注较多。但如何让建筑从设计初步阶段就能更好的适应环境，以被动式节能技术结合建筑设计创新并响应气候是近零能耗建筑所面对的首要问题。

近零能耗建筑在夏热冬冷地区的发展迫在眉睫，但现状不容乐观：节能建筑的发展存在重北轻南的情况，社会对这一地区的近零能耗建筑发展认同尚待加强。夏热冬冷地区缺乏一定的产业支撑，保温隔热等相关材料与构造技术需要创新。这一地区尚需相应的激励政策，引导社会参与度与积极性，迫切需要建立相关标准，推进近零能耗建筑的发展建立相应的指标及评价体系。

众森红谷一品被动式幼儿园位于南昌市，是江西省首个被动房项目（图1）。这一建筑将建筑与被动式节能技术紧密结合以精确响应气候。在遮阳防热方面，建筑采用架空式屋顶，将遮阳构件与太阳能光伏板一体化，在其下部空间设置活动场地；南向窗框凸出以避免来自东西方的阳光直射，同时辅以可调节外遮阳构件；幼儿园东向采用活动式遮阳百叶，西侧未设置窗户，采用立体垂直绿化以降低阳光直射。同时，建筑采用节能窗技术，使用三玻双空气层断桥铝包木外窗的同时使用low-E贴膜最大限度地隔绝周围环境所带来的不利影响。需要注意的是，由于此建筑位于夏热冬冷地区，与仅考虑保温的常规建筑要求不同，所以其low-E膜的位置也做出了相应的改变。

对图1观察后可知，花桥板栗淀粉凝胶呈现复杂的空间网络结构，凝胶结构完整性随着水分子相态转变处理次数的增加而逐渐被破坏、同时凝胶结构中空洞的均匀性逐渐减小。凝胶由转变0次增加到转变4次过程中，凝胶网络结构中孔洞数量逐渐增加，同时凝胶表面粗糙程度也随之增大，但孔洞的分布较为均匀，且孔径较小。但花桥板栗淀粉凝胶在经历5次转变处理后，凝胶结构中的孔径明显增大，且孔洞的均匀性大大下降，凝胶表面受破坏的变粗糙的程度明显加深。试验结果与Vernon-Carter E J等人[13]的研究结果一致。

朗诗布鲁克被动房于2014年建成，是一幢面积2200m2的样板公寓大楼，是我国首个获德国被动房研究所认证的大型项目，也是第一个同时按中国绿建三星、德国DGNB和美国LEED认证标准实施的项目（图2～4）。

建筑朝向正南北，能最大化利用太阳能资源。所有南向窗户都附有凸出的遮阳棚，其角度经过精确计算，在保证采光需求的前提下可避免夏季阳光直射。建筑立面设置了固定的陶杆以保护玻璃及幕墙，陶杆由节能、可再生的材料制成，具有遮阳、吸热、降低太阳辐射的作用。

  

图1 南昌众森红谷一品被动式幼儿园

  

图2 朗诗布鲁克被动房

  

图3 朗诗布鲁克被动房南侧

  

图4 朗诗布鲁克被动房节点大样

  

图5 湖南株洲神农湾森林公园被动房

  

图7 杭州景澜基金小镇精品酒店保温体系示意图

  

图6 杭州景澜基金小镇精品酒店

在围护结构的施工过程中，保温层直接覆盖至女儿墙，陶杆、遮阳棚与阳台被直接固定在C型钢上，并未直接与建筑结构相连，以避免冷桥的形成。建筑选用三层节能玻璃窗，突破安装窗体、打发泡剂、抹灰的传统施工程序，将窗户外扣在墙体保温层外侧，使二者产生交界面并在其外侧粘贴密封布，以避免窗户的安装影响建筑整体气密性。施工时，穿出外墙和屋面的管道均采用预埋套筒的方式，套筒外侧与保温层齐平，内侧以发泡剂填实，并以气密性密封布包裹管道和内墙抹灰区域，避免管道穿墙形成冷桥。同理，建筑底层采用隔热砖砌筑，以减少地梁与墙体之间的热交换。布鲁克被动房的气密性远优于欧洲标准，与中国传统住宅相比，能节省95%的能源。

夏热冬冷地区常伴有高湿现象，在提高外围护结构隔热性能的同时，避免热桥产生与处理好冷凝问题是近零能耗建筑节能的关键。湖南株洲神农湾森林公园被动房（图5）采用无机纤维直接喷涂外墙设置外保温层。这一方法可以避免空腔和冷桥的产生，工期短，施工简单，是一种简单且易于实施的方法。

以上建筑案例反映了被动式节能技术在近零能耗建筑中的应用，其应从环境出发，考虑到通风、日照、材料、构件等技术因素并结合建筑设计等要素，综合解决夏热冬冷的二季问题，在节省能源、降低能耗的前提下，提高建筑热舒适性并实现近零能耗的建筑目标。

3.2 提高外围护结构的保温性能

提高外围护结构的保温性能应在提高气密性避免热损失的同时，解决夏热冬冷地区保温隔热的构造问题，防止由于高湿产生的热桥冷凝破坏外围护结构的热性能。

总的来说，我国多数学者支持高校图书馆社会化服务，只是在实施上存在差异，认为需要视各高校图书馆的实际情况进行有条件的实施，如果不分高校类型全部实行一刀切，则可能影响高校图书馆服务教学与科研基本职能的正常发挥.

杭州景澜基金小镇精品酒店是既有房屋的改建项目。建筑师按照墙体的不同位置与性能设置不同种类的建筑保温措施（图6、7）。多种保温手段的共同使用保证了建筑所有立面均能有良好的热工性能，并能同时有效防止冷凝现象的产生。

罗茨风机的缺点为噪声明显，如不加以对其噪声进行控制，其噪声可达10～130 dB.本次设计使用的罗茨风机有几个部位产生噪声[9]：1）进出气口产生的空气动力性噪声；2）电机自身、电机与机壳、轴与轴承之间在工作过程中因小幅度的相对运动产生的机械噪声；3）其他基础振动.

3.3 充分挖掘太阳能资源的一体化应用

整流子点焊机广泛应用于微型电机行业，它主要用于将不同规格的微型电机转子整流子换向片与漆包线绕组引线(不必去除表面绝缘层)进行焊接[1]，本文着重介绍了基于可编程步进专用控制器的全数控整流子点焊机控制系统及其程序设计，并且给出了不带衰减和带衰减功能的整流子焊接程序实例，该系统能够自动完成电枢夹紧、预热、焊接、分度及松开的全过程。

基于这种已形成的行为特征，夏热冬冷地区零能耗建筑的技术开发与应用必须建立一个“类智能化”控制的“被动控制”体系，通过一定技术应用，安装手控或窗磁感应系统，在窗户打开时，自动关闭相应区域的空调或采暖设施，以降低不必要的能量浪费。照明系统同理，当人离开此区域时，可以被动控制关闭灯光以节约能源。

夏热冬冷地区位于太阳能资源一般区，阳光资源并不充沛，这对近零能耗建筑在这一地区的实施带来很大挑战。在此条件下这一气候区的设计、施工、运行须充分挖掘太阳能资源，探索太阳能一体化在建筑设计中的应用，优化绿色能源的采集与贮存。

尽量扩大太阳能资源采集面积、优化阳光采集的角度与朝向将太阳能利用最大化、高效化是夏热冬冷地区太阳能资源利用的正确途径。太阳能采集构件与围护构件（如玻璃幕墙）相结合并形成一体化体系是夏热冬冷地区实现近零能耗建筑的有效方法。

新电改背景下产业园区供电系统容量优化配置方法//吴鸣,任学婧,周丹,苏剑,寇凌峰,粱惠施//(5):2

  

图8 江苏尚德太阳能电力有限公司研发楼外立面

  

图9 建筑内部空间

3.4 研究夏热冬冷地区人的行为特征，实现“被动控制”

长久以来，面对二季分明、过渡季缩减、高湿高热且室内外热环境条件相同的夏热冬冷地区特有人居环境，当地居民表现出冬季室内穿衣特性同质化，即室内多穿衣的偏爱倾向与冬季多开窗透气的行为特征，这些特征是有别于严寒或寒冷地区行为的独特现象。

江苏尚德太阳能电力有限公司研发楼（图8、9）是对夏热冬冷地区太阳能资源高效应用的良好案例，以大面积光伏发电板与南向玻璃幕墙相结合。这一光伏发电幕墙由2552块双层光伏发电板组成，总面积6900m2，均由双层钢化玻璃覆盖，以保证其安全与清洁。此外，建筑屋顶还设置了300Kw的太阳能光伏发电系统，能够为建筑提供充足的能源支撑2）。

“被动控制”体系主张通过手控的、“类智能化”的、低技术倾向的控制体系，实现夏热冬冷地区近零能耗建筑的现代化控制目的，是一个崭新、有发展潜力的方法体系。

生态环境保护面临一定困难和挑战，存在许多不足。一些地方和部门对生态环境保护认识不到位，责任落实不到位；经济社会发展同生态环境保护的矛盾仍然突出，资源环境承载能力已经达到或接近上限；城乡区域统筹不够，新老环境问题交织，区域性、布局性、结构性环境风险凸显。当前，生态文明建设正处于压力叠加、负重前行的关键期，已进入提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要的攻坚期，也到了有条件有能力解决突出生态环境问题的窗口期。

结语

近零能耗建筑涉及许多不同方面，在应对不同的环境与气候时，具体手段与措施也应相对发生改变。被动式节能技术的探索与应用、围护结构的保温性能设置、太阳能资源的一体化应用、夏热冬冷地区人的行为特征与“被动控制”体系的研究都是提升建筑节能效率从而达到近零能耗的重要手段。设计师应响应具体气候需求，综合考虑多种因素，协调冬冷夏热的二季特征，从而实现建筑的近零能耗目标。

专栏小编：我认为，以上数据表明我们的经济下行，外贸占有很大因素。外需疲弱所以要提振内需。对此，三位专家有什么想法？

目前夏热冬冷地区的近零能耗建筑发展在国家与相关部门的高度关注下刚刚起步，成功案例较少，给建筑师营造了十分广阔的创新空间，同时也带来了许多技术难点与问题尚待进一步解决。作为国家经济高度发展的有机组成部分，夏热冬冷地区建筑实现近零能耗目标对我国的可持续发展与生态城市和绿色建筑均具有极大地推进作用。在不远的将来，将会诞生更多近零能耗建筑并建立更为完善的近零能耗建筑技术体系，为我国的节能事业做出应有的贡献。

图2～4：https://baijiahao.baidu.com

表1：作者绘制；

图1：http://www.freyarchitekten.com/

图、表来源

图5：https://baijiahao.baidu.com

图6、7：http://www.gba.org.cn

“互联网+”模式加入到教学环节中对教学提供了十分重要的作用，该种模式有效地解决了仅仅依靠教师在讲台上讲课的模式，而新的模式主要就是将教师讲授以及学生复习进行一定的整合，使得学生能够自主选择自身感兴趣的内容进行有选择的学习，每一节的课程都需要安排学生进行一定的分组，同时将自己的学习心得进行分享，最终的考核主要以报告的形式进行呈现。

图8、9：http://cn.suntech-power.com

注释

与此同时，采用英达就地热再生工艺无需铣刨浪费掉全部沥青上面层材料，节约大量的新沥青混合料，施工完成后表观效果以及工程质量却与新铺没有差别，甚至优于新铺；同时也相应地减少了材料的往返运输次数等，减少了施工对交通的影响及施工交通安全风险等。本项目经过核算，共节约材料费用53.4%，沥青节约50%。

1）张时聪, 徐伟, 姜益强,等. “零能耗建筑”定义发展历程及内涵研究[J]. 建筑科学，2013，29(10)：114-120.

2）靳建华. “零能耗”建筑实践——尚德太阳能电力有限公司研发楼设计实践[J]. 建筑学报，2011(9)：17-19.

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