关于近零能耗建筑被动式设计的实践与思考

关于近零能耗建筑被动式设计的实践与思考

【摘要】本文通过建筑设计的视角，结合CABR近零能耗节能示范楼项目在节能方面的设计

以及技术方面应用，探讨近零能耗建筑被动式设计的相关实践和思考，希望能够对未来节能

建筑发展起到一定的示范效应。

Abstract：According to the application of CABR’ s demonstration building in the field of ZEB

（zero-energy building）technology，the paper mainly discussed the research and the implementation way of ZEB，expecting to generate certain positive effects to the future energy saving building to some extent.

【关键词】被动式设计；节能；旧建筑改造

随着工业化的高速发展，城市化进程的不断加速，我国在城市建设方面取得了举世瞩目的成就，由此产生的负面作用也愈发明显。为了可持续发展，减少能源负荷，无论国家还是地方

都相继出台政策，大力推广绿色能源，发展绿色建筑。时至今日，中国建筑节能发展已经接

近三十年，逐步成为节能减排的主力军，未来若干年，也将成为建筑产业发展的主旋律。

近零能耗建筑是通过被动式设计，通过加强外围护结构的保温隔热性能，并利用可再生能源，以及先进的能源回收技术来实现最少化的建筑产能。目前，其他国家纷纷进行近零能耗建筑

实践，我国超低能耗建筑的发展，也将是未来绿色建筑领域的一个新的课题。

CABR近零能耗示范楼坐落于建研院新科研实验楼南侧，建筑平面呈U字形，总建筑面积为3692平方米。主体建筑地上4层，副楼地上2层，且与原二层砖混办公楼相接，主要功能为

办公及会议用房。作为一个在旧有建筑基础上改扩建的项目，如何使新建建筑融入周围环境，延续传统风貌的同时寻求创新是建筑方案立意时需要重点考虑的环节。作为被动式建筑的设

计要点，建筑形体也力求简洁规整，并严格控制窗墙比。基于以上考虑，我们采用了比较简

洁的造型方案，通过体量的切割、穿插和悬挑来打破单调，突出力度，强调竖线条的立面也

与周围几栋建筑相统一。外立面选用砖红色与暖灰色穿插的埃特板，通过新材料的选用，在

色彩和材质上尽量还原老建筑留下的记忆。建成后的示范楼简洁大方，刚劲有力，既理性又

不失雅致，既丰富又不造作，既满足了低成本设计要求，又不失风度。

为最大化满足使用需求，建筑平面采用中间走廊两侧布置房间的形式。我们通过设计共享休

息区，为员工提供交流互动的空间，提升办公品质，体现以人为本。

为达到超低能耗甚至近零能耗的目标，示范楼应用十余种技术进行集成，不同技术之间的匹

配和优化是需要进行系统化研究的复杂工作，目前由我院环境与节能研究院根据运行使用数

据进行系统化研究分析，再结合分析结果进行设计优化和运行优化。相信对超低能耗建筑设

计起到指导性意义。

- STP真空绝热板保温系统

STP保温结构采用无机纤维芯材与高强度复合阻气膜通过抽真空封装技术制成，通过内部真

空度来隔绝空气对流导致的热传递，大大降低导热系数，实现保温的目的。另外，保温板与

墙面粘结材料为铝箔玻璃纤维布，本身也可以反射辐射。该系统同时还具备质量轻，厚度薄，无毒环保，施工工艺简便，防火性能好（A级）等优点，但在安装过程中应避免尖锐物体刺破，当真空曾层破坏后，保温效果会大打折扣，所以当施工室外幕墙龙骨是要格外注意。

- Low-E真空三层玻璃外窗 + 中置遮阳 + 日光折射膜

窗为外墙整体节能的薄弱部位，为达到节能效果，建筑使用三层low-E中空玻璃，窗框采用70系列内平开下悬铝木复合窗框。综合K<1.3W/（m2?K）Sc=0.2~0.6。窗与外墙之间的封堵

也为设计重点，通过构造手段避免冷风渗透。从而达到冬季节能的目标。

中置遮阳为电动可调节百叶，可以实现电动升降及百叶角度调节，与外窗形成很好的统一，

整体性强也避免了百叶窗容易落尘的缺点。

通过敷设在外窗上1/3处的日光折射膜，其微棱镜结构改变80%入射光的角度，折射向上到

室内天花，再通过天花折射到室内工作面，不仅能够提高自然光覆盖进深，而且可以使得自

然采光更加均匀，减少炫光带来的不适。这是一种简单的自然光增强技术解决途径，能够有

效提高室内光环境质量，降低照明能耗。

- 太阳能中高温集热与地源热泵复合供能系统

示范楼能源系统以充分利用可再生能源为设计理念，结合北京地区太阳能资源丰富的特点，

考虑到实验性和科研性的需求，采用太阳能集热系统和地源热泵系统相结合的能源形式。

示范楼的夏季制冷和冬季采暖采取太阳能空调和地源热泵系统联合运行的形式。屋面布置了144组真空玻璃管中温集热器，2组可实现自动追日的高温槽式集热器，共同提供项目所需

要的热源。项目设置1台制冷量为35 kW的单效吸收式机组，1台制冷量为50 kW的低温冷

水机组用于处理新风负荷，另一台100 kW的高温冷水地源热泵机组为辐射末端提供所需冷

热水。项目分别设置了蓄冷、蓄热水箱，可以有效降低由于太阳能不稳定带来的不利影响，

并实现夜间利用峰谷电价蓄冷后昼间直接供冷。

- 太阳能空调优化及控制

示范楼能源系统采用优先利用太阳能的运行控制原则，夏季利用太阳能热水系统制冷，初冬

采用太阳能热水直接供暖，寒冬太阳能结合地源热泵系统给楼内供暖。

- 光伏发电系统

示范楼太阳能光伏系统采用分布式并网模式建设，系统模式为自发自用，余电上网。系统总

装机量为2.88KWp，系统已安装完毕且发电正常。

示范楼装机容量为2.88KWp，影响太阳能电池组件发电量的因素为：（1）、安装角度；（2）太阳能辐照量；（3）太阳能电池组件的组串。

示范楼项目共安装48块太阳能电池组件，分为4个模块，每个模块12块组件，接线方式为

6串2并。

北京地区夏季一般辐照为800W/㎡，南立面90度安装九月份辐照是最佳倾角的0.59 倍，约

为472W/㎡，系统组串系数（转化效率）按照0.8算，示范楼项目的实时发电功率为：实时

功率=2.88kW*472/1000*0.8=1.1kW。

- PM2.5监测及气象实时收集显示装置

示范楼楼顶设置独立的气象站系统用来采集室外温湿度及PM2.5等气象参数，这些气象参在实时发布的同时，也作为示范楼能能源系统和新风系统优化控制的重要参数。值得一提的是，这些数据通过外立面的一块液晶屏显示，与建筑外立面形成良好的结合，已经成为我院气象

参数的发布的重要推广平台，深受员工关注。

- 手持和无线技术

示范楼部署了室内环境监测传感器，监测数据上传至数据平台后，个人可以通过手机微信端

进行数据查询，实时掌握室内环境质量。