CTO智库|关于超低能耗建筑的适用性分析
在上世纪八十年代由瑞典隆德大学教授波．阿德姆森等人就提出“被动房”理念，即在不设传统采暖设施条件下，仅靠太阳能幅射、室內灯光、电器散热、人体散热等自然得热方式条件下，建造冬季室內温度能达到20℃以上，具备良好的舒适度的房屋。根据以上理念，提出超低能耗建筑，既节能又能满足舒适环境的需求，主要通过三个方面来实现。
.建筑围护结构做到高性能。良好的保温、隔热的外围护结构，包括薄弱环节的高性能门窗配套。
.有效的大幅提升所有建筑节能系统的效率。
.利用再生能源，如太阳能等、水资源合理利用及回收，有效减少化石能源的消耗。
具体来说，就是釆用各种节能技术，采用最佳的建筑围护结构和室内舒适环境，最大限度地提高建筑保温、隔热等性能，使建筑物对采暖和制冷需求降到最低，并通过各种技术手段如：新风系统的应用、采光太阳能利用、水循环系统的利用及回收等，实现室內舒适环境要求，最大限度的降低传统式的采暖和制冷系统的依赖，或是完全取消这类设施的解决方案。
由于我国的气候条件地理环境与德国不一样，不能完全照搬德国的相关技术指标，要根据我国的气侯状况来建造超低能耗建筑，并制订适合我国国情的相关标准，满足不同区域超低能耗建筑节能要求。
一、超低能耗建筑性能确定的依据
1、人体对环境温度的反应
了解超低能耗建筑，首先要解決室内居住环境满足人们工作、生活所需求的舒适度为重点，其影响因素主要是空气温度、相对湿度、气流速度及平均辐射温度。其核心点是室内环境，使人在休息时能保持体温在37℃左右，超过或低于2℃时，在短期内还可忍受，若持续时间太长或体温升降偏差太大时，就会损害健康，甚至危及生命，因此，在人类赖以生存的条件范围内，有一个较小的区间定为“舒适区”，在此条件下，人体热调节机能的应变最小。因此对建筑设计中的墙体厚度及保温、屋面保温和排水、门窗保温及安装方式、遮阳、水电气的节能要求来实现。
早在40多年前，美国耶鲁大学盖奇等人就提出了人体热感觉与环境、健康状态的关系。
2、2009年德国提出的建筑釆暖能秏限额
3、室内环境热舒适度准则
由于门窗是外围护结构的薄弱环节，其传热系数难以达到外墙等外围护结构水平，而且外窗是直接影响室內环境的主要因素，故提出室内环境热舒适度准则，使外门窗能够达到这些要求。因此德国在建造超低能耗建筑时，提出对建筑总能耗保证热舒适度的两条准则，应是我国建造超低能耗建筑设计的基本依据，具体如下：
二、超低能耗建筑外围护结构性能分析
我国是多气候区域，各地区气候差异很大，并分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖地区，德国的气侯比较单一，因此不能生搬硬套德国的指标，对建筑节能提出能耗应保证室内热舒适度的两条准则原理是应当借鉴学习的，根据这两条准则原理，结合我国的实际情况，以作为建筑设计的依据，从建造室内舒适小环境中。简单地讲，可分为两种作用的性能。一种是根据外界环境制定的性能指标，如传热系数K值及抗风压性能，它控制室内小环境的热舒适度和安全。另一类是对室内小环境舒适度的保证，如抗风压、气密、水密、隔声、防火、抗冲击、抗震、太阳能热量获得率及使用寿命等可作为定值的择优确定，因此除抗风压性能和传热系数K值要根据我国的气候异常条件确定外，其余可基本采用德国的性能数据，包括窗的加工和安装上墙要求。
针对抗风压性能按常规计算取值即可，而保温性能则按热传导的基本原理，即可推导出我国各地区的传热系数指标，其中针对寒冷和严寒地区主要是防寒，夏热冬暖地区是防热辐射和防潮湿和结露，而夏热冬冷地区则二者兼顾。
寒冷和严寒地区，大家都会有共同感觉气候干燥，阳光充足，而南方冬天因潮湿，其温度虽然在零上10℃以内，还是觉得很冷，但北方同样温度下，就不像南方那样感觉很冷。因此在吸取德国两条舒适度，准则中，我们认为寒冷和严寒地区，由于室内空气干燥，窗内表面温度可按区域不同来确定温度，其相对湿度取30%-50%以满足舒适度为准。
按以上意见，准则确定后，即可推导出建筑外窗传热系数K值。即外窗的传热系数和防止结露的最低温度表面的传热系数，按此两个指标和与其配套的性能的保证指标，即可设计出超低能耗建筑用外窗的依据。
三、墙体和屋面保温
关于墙体和屋面的保温是很重要的，它做好了，实现模块化设计和安装，并且能够保证屋面和墙体厚度，实现保温厚度应大于210mm~400mm，对降低冬季采暖和夏季空调用电会有很大帮助，门窗作为外墙围护中的重要组成部分，外门窗性能要求将更好的保证，根据目前国情，建议高层住宅建筑外窗安装在洞口边部，不建议采用外挂式的安装，低层建筑高度不超过20m的可以采用外挂式安装，通过节能附框与窗框连接，施工人员可以在室内施工，降低施工的安全风险。
四、门窗的要求
超低能耗节能外门窗不同于常规门窗产品，外门窗的结构设计和选材很重要，窗安装采用干法施工需要室内外的防水透气膜、EPDM板和室外窗台板、窗套必不可少，防水和防结露各个区域都需要，由于我国地域辽阔，由不同的地域差异，门窗要求也有差异，针对极端气候变化的适应性更要考虑，保证建筑外门窗、幕墙要与建筑同寿命，从而减少建筑垃圾，对减少碳排放有帮助，所以要因地制宜结合不同区域气侯来满足超低能耗建筑外窗节能。
超低能耗节能“大断桥“窗示意图
对于门窗节能指标，应当看复合型材断桥的宽度和高度和隔热材料的导热系数，并要求型材的传热系数，与建筑外门窗配置的玻璃、胶条的导热系数和传热系数，具体材料及配置由企业生产厂家负责，只有这样才能更好的解决门窗的保温，建筑外门窗测试数据更真实可靠。
夏热冬冷地区建议为1.00~1.30 w/m2.k，考虑遮阳
严寒地区和寒冷地区建议为0.80~1.00 w/m2.k
夏热冬暖地区建议1.30~1.50 w/m2.k，考虑遮阳
四季温暖地区为1.50~1.80 w/m2.k
五、太阳能和雨水的利用
太阳能光伏板在建筑上已有应用，主要解决住宅用电问题，降低煤炭（石化）发电用量，对节能降耗作用贡献很大，须大力推广。
雨水处理和再利用，废水这种技术目前国内环保要求，国内工厂已在广泛应用，雨水和废水的处理和利用在建筑住宅方面推广不够，需加强技术创新和广泛推广应用。
六、新风的应用
由于超低能耗建筑的保温性能和气密性能特别好，需要通过新风系统解决室内舒适度，通过新风过滤、灭毒、杀菌、增氧、预热(冬季)來保证室內的空气清新，同时保证减少热量损失，实现室内的温度、湿度、空气质量的适宜。
七、结束语
超低能耗建筑，已成为我国建筑节能发展方向，而其建筑绿色节能设计制造也是其关键，我国超低能耗建筑已建成许多项目，如秦皇岛的“在水一方”，哈尔滨的“辰能.溪树庭院”，以及节能改造项目和特色乡村新民居超低能耗建筑的应用，积累了不少经验，为更广泛推动超低能耗建筑的发展，实现碳达峰和碳中和的目标，需要更多方面努力并做出适合我国国情的超低能耗建筑及产品。
本篇来源于“老李品茶话门窗”
编辑：李江岩
校对：李之毅
图文设计：李冠男