【摘要】《被動式超低能耗綠色建築技術導則（試行）（居住建築）》明確了應對被動式超低能耗綠色建築進行標識評價。論文基於《被動式超低能耗綠色建築技術導則（試行）（居住建築）》與國內外綠色建築的發展現狀，透過對嚴寒地區實際項目的節地、節能和節水三方面的調研，梳理嚴寒地區超低能耗綠色建築的基本特徵，構建適合嚴寒地區發展的超低能耗綠色建築關鍵技術體系，爲推動嚴寒地區的綠色建築可持續發展提供良好的技術支援與有益探索。
【關鍵詞】嚴寒地區；綠色建築；關鍵技術體系
1引言
隨着我國新型城鎮化的快速發展，對我國綠色建築的節能減排又提出了新階段的高要求。國際上，建設被動式超低能耗綠色建築是實現快速發展的關鍵路徑。由於我國嚴寒地區具有特殊的氣候特徵，因此，需要依據現有的綠色建築技術體系提出適合嚴寒地區超低能耗綠色建築發展的新思路和新方法。被動式超低能耗建築又被稱爲“被動式低能耗建築”或者“被動房”，傳入我國時也被譯爲“無源房屋”[1]，它起源於20世紀80年代的德國。1988年，瑞典隆德大學的阿達姆森教授和德國的菲斯特博士首先提出“被動式房屋”這一概念，他們認爲被動房建築是無需主動的採暖和空調系統就可以維持室內舒適熱環境的建築[2]。國內專家學者也已對被動式超低能耗建築的概念界定達成共識，認爲利用氣候條件和自然特徵，應用性能良好的圍護結構，附加高效的新風系統，充分利用可再生能源的低能耗建築即爲被動式超低能耗綠色建築。經驗證，國外的被動式超低能耗綠色建築已經成爲長壽命的建築，也已獲得歐盟國家的認可，並開始實施立法，強行推動。但國內仍缺乏針對區域性尤其是嚴寒地區具有實踐意義的綠色建築技術指導路徑。因此，探索被動式超低能耗綠色建築的關鍵技術體系仍然是東北嚴寒地區發展綠色建築的重要舉措。
2被動式超低能耗綠色建築研究現狀
結合我國氣候分區的不同特徵，國內專家學者分別在理論、方法及應用實踐方面針對性地提出了適合不同氣候區域發展的被動式超低能耗綠色建築的關鍵技術路徑。王學宛等[3]透過分析國內外超低能耗建築設計方法相關研究，提煉了三種科學通用的超低能耗建築設計方法——關鍵參數限額法、雙向交叉平衡法和經濟環境決策法。馮國會等[4]在對比了德國的被動式建築技術體系及住房和城鄉建設部出臺的《被動式超低能耗綠色建築技術導則》（建科[2015]179號）基礎上，圍繞近零能耗建築圍護結構體系、建築設備技術、高性能建築能源系統、可再生能源建築一體化設計、智能化控制、建築室內空氣品質和熱溼環境控制等方面搭建了嚴寒地區近零能耗居住建築示範平臺。陳小淨等[5]結合被動式超低能耗建築的六大關鍵技術進行了實證研究。孫峙峯等[6]依據《被動式超低能耗綠色建築技術導則（試行）（居住建築）》對首批授予評價標識的全國19個項目的實際情況進行被動式超低能耗綠色建築關鍵技術的應用水平和增量成本分佈分析。陳強等[7]結合山東建築大學實驗樓項目提出了寒冷地區被動式超低能耗綠色建築的關鍵技術體系，爲日後寒冷地區發展被動式超低能耗綠色建築的發展路徑指明瞭方向。
3嚴寒地區建築的特徵分析
GB50352—2005《民用建築設計通則》中對我國進行氣候區劃分，建築氣候區劃包括7個主氣候區，20個子氣候區。東北地區按照建築氣候分區屬於嚴寒地區，氣候特點是冬季嚴寒且持續時間長，夏季短促且涼爽，冬季冰凍期長，積雪後太陽輻射量大、日照豐富。全年施工週期持續8個月，一般從11月末至次年3月末爲冬歇期，冬季供暖週期長，因此，該區的建築物總體規劃與單體設計上需要滿足冬季日照和防寒保溫等關鍵要素，儘量加強建築物的密閉性，合理利用太陽等自然能源的.節能措施，建築能耗主要以冬季採暖爲主。隨着國家城鎮化進程的不斷推進，東北嚴寒地區的建設項目陡增，建築規模不斷擴大，同時包括大量的地下空間開發。以建築節能視角來看，節能建築的佔比很小，被動式超低能耗的綠色建築更是鳳毛麟角。門窗和屋面的保溫隔熱性能難以達到住宅建築節能設計標準，與同緯度的發達國家相比能耗差值較大。據估算，單位能耗爲同緯度發達國家的四倍到五倍，屋頂能耗爲四倍左右，門窗能耗約爲兩倍。因此，東北嚴寒地區的建設項目主要的問題是由於建築圍護結構不合理而導致熱工性能較差，從而導致熱能耗與熱損失較多。隨着東北老工業基地地區經濟的發展，針對改善型住房與學位房的需求逐年增加，人們對居住環境的配套程度要求也逐年提升，建築能耗方面更是面臨着新的挑戰。因此，探究適用於東北地區的建築節能技術體系是企業所密切關注的問題，也是綠色建築領域亟需推廣的核心綠建技術。
4嚴寒地區被動式超低能耗綠色建築關鍵技術
我國嚴寒地區的綠色建築大多停留在概念的階段，缺乏因地制宜的技術。嚴寒地區的綠色建築設計要求較多，不僅需要滿足建築一般特性，也要符合GB/T50378—2014《綠色建築評價標準》等相關標準，並且需要與當地的地域特點以及氣候特徵相結合。對於寒冷的東北地區來講，建築節能分爲建築物自身節能和供熱系統節能兩個方面。本文從節地、節能和節水三方面分析構建嚴寒地區實施被動式超低能耗綠色建築的關鍵技術。
4.1節地
透過實際項目調研和專家經驗的融合，嚴寒地區節地措施的主要對象是室外道路、廣場和停車場，綠地面積爲35%，植草磚面積爲5%，透水混凝土面積爲10%。由於嚴寒地區氣候寒冷且冬季約佔全年時段的一半，因此，不建議採用屋頂綠化措施，但可以適當考慮鋪貼式牆體綠化、模組化牆體綠化或者植物攀爬式牆體綠化。
4.2節能
4.2.1建築規劃與設計
面對全球的能源環境問題，許多具有創新性的設計理念應運而生，如被動式建築、零能耗建築及綠色建築等概念被廣泛推廣。在建築規劃和設計時，根據氣候條件的影響及建築物所在具體環境的特徵，主要利用自然環境來創造良好的建築室內氣候，儘量減少對各種電子設備的依賴。建築的規劃與設計要符合合理的建築形體設計，並充分利用建築室外微環境來改善建築室內微環境，主要透過建築構件的結構設計和建築內部空間的合理分隔設計得以實現。
4.2.2建築物圍護結構保溫隔熱系統
建築物的圍護結構一般由屋頂、牆、地基隔熱材料、密封材料、門和窗以及遮陽設施構成。一般情況下，增加建築圍護結構的費用僅佔總投資額的3%～6%，節能卻高達20%～40%。構建建築物的保溫隔熱系統是對建築物採取良好的保溫隔熱的主要措施。外牆外保溫是嚴寒地區保溫效果最好、應用最廣泛的一種建築保溫形式。保溫材料選擇主要考慮導熱率與燃燒特性，歐盟新研製的只允許單方向傳熱的熱二極管牆體可以產生良好的隔熱效果，也可以運用具有性價比高的熱工性能玻璃。外牆保溫厚度由所在氣候區一級基層牆體材料所控制，外牆保溫隔熱層厚度一般爲23～40cm，屋頂保溫採用隔熱方式，也可採用反射降溫等方式。
4.2.3節能窗戶
門窗在建築中的作用是採光、通風和圍護，是最容易造成熱損失的構件，爲增大采光通風面積，建築物的門窗面積逐步增大，這就給建築節能方面提出了更高的挑戰。對門窗構件的節能處理是透過改善保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能實現。目前推廣使用的新型環保節能窗戶有鋁合金斷熱型材、鋁木複合型材、鋼塑整體擠出型材、塑木複合型材以及UPVC塑料型材等一些技術含量較高的節能產品。
4.2.4高效能暖通系統
隨着技術發展的不斷成熟，高效能的暖通空調系統是調節室內冷熱負荷的重要措施，如熱泵系統、蓄能系統和新風系統等。在使用中採用能源管理和監控系統雙輪驅動來監督和調控室內的舒適度、室內空氣品質和能耗情況，如歐洲國家透過傳感器測量周邊環境的溫、溼度和日照強度，然後基於建築動態模型預測採暖和空調負荷，從而控制暖通空調系統的執行。針對嚴寒地區乾燥的氣候特徵，對暖通系統加設增加溼潤度的功能，使室內溼度達到舒適的指標。研究結果表明，使用不帶換熱功能的新風換氣系統可以節能30%，如果帶換熱功能，節能將高達80%以上。在德國，新風換氣系統已經與建築物融爲一體，成爲不可缺少的重要組成部分。嚴寒地區在冬季採暖期能耗上升，被動式超低能耗綠色建築建議採用集中與分散供熱，合理使用地源熱泵系統等高效能暖通供熱系統，並接入溫度監測設備，實時調節室內溫溼度，因地制宜，爲建築物選擇合理的供熱空調方式。
4.2.5建築遮陽系統
建築遮陽裝置一般分爲外遮陽、內遮陽和位於兩層玻璃之間的中置遮陽。外遮陽應用最廣泛，適用於朝南、朝東和朝西的大面積窗戶及天窗處，既防止陽光直射，也阻擋室內溫度上升。內遮陽主要以防眩爲主，遮陽爲輔，適用於嚴寒地區，在防止陽光直射的同時，可以提高室內溫度。中置遮陽兼有內外遮陽的特點，一體性較強，不易損壞，但造價較高。透過不同遮陽裝置的組合使用，在夏季可以大大降低空調負荷，在冬季可以節省取暖能源。研究結果表明，利用遮陽技術，建築物可節省約40%的能源。德國十分注重建築遮陽技術的研發和應用，無論是辦公樓、商業建築還是住宅樓，隨處可見遮陽裝置。
4.3節水
嚴寒地區水資源匱乏，建議設定雨水收集系統收集屋面、地面以及綠地的雨水，用於用地紅線內的綠化灌溉和道路澆灑。GB50400—2016《建築與小區雨水控制及利用工程技術規範》中規定雨水設計徑流總量公式：W=10ΨchyF式中，W爲雨水設計徑流總量，m3；Ψc爲雨水徑流係數；hy爲年降雨量，mm；F爲匯水面積，hm2。長春市年平均降雨量爲570mm，可回收的雨水再利用可達每年約1000m3。
5結語
本文透過對比總結出嚴寒地區在發展被動式超低能耗綠色建築的技術重點是發展適合嚴寒地區建設發展的本地化關鍵技術體系。在試點示範項目的基礎上，進一步推進超低能耗的綠色建築發展，爲良好推進嚴寒地區超低能耗綠色建築工作探索出適應本地的可持續發展道路。
參考文獻
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