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《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》编制思路及要点

时间:2016-12-13 05:55:13  来源:  作者:

  1.背景ZV6小木屋

  我国正处在城镇化快速发展和全面建成小康社会的关键时期。经济社会快速发展,人民生活水平不断提高,导致能源和环境矛盾日益突出,建筑能耗总量和能耗强度上行压力不断加大。实施能源资源消费革命发展战略,推进城乡发展从粗放型向绿色低碳型转变,对实现新型城镇化,建设生态文明具有重要意义。ZV6小木屋

  建筑节能和绿色建筑是推进新型城镇化、建设生态文明、全面建成小康社会的重要举措。从世界范围看,欧盟等发达国家为应对气候变化、实现可持续发展战略,不断提高建筑能效水平。欧盟2002年通过并于2010年修订的《建筑能效指令》(EPBD),要求欧盟国家在2020年前,所有新建建筑都必须达到近零能耗水平。丹麦要求2020年后居住建筑全年冷热需求降低至20 kWh/(m²·a)以下;英国要求2016年后新建建筑达到零碳,2019年后公共建筑达到零碳;德国要求2020年12月31日后新建建筑达到近零能耗,2018年12月31日后政府部门拥有或使用的建筑达到近零能耗。德国“被动房”(passive house)是实现近零能耗目标的一种技术体系,它通过大幅度提升围护结构热工性能和气密性,同时利用高效新风热回收技术,将建筑供暖需求降低到15 kWh/(m²·a)以下。美国要求2020-2030年“零能耗建筑”应在技术经济上可行;韩国提出2025年全面实现零能耗建筑目标。许多国家都在积极制定超低能耗建筑发展目标和技术政策,建立适合本国特点的超低能耗建筑标准及相应技术体系,超低能耗建筑正在成为建筑节能的发展趋势。ZV6小木屋

  2006年中国加入亚太地区清洁发展与气候伙伴关系(APP)开启跟踪国际发达低能耗建筑发展,2010年上海世博会,英国零碳馆和德国的汉堡之家是我国首次建立的超低能耗建筑。在中国住房和城乡建设部与德国联邦交通、建设及城市发展部的支持下,中德自2007年起在建筑节能领域开展技术交流、培训和合作,引进德国先进建筑节能技术,以被动式超低能耗建筑技术为重点,建设了河北秦皇岛在水一方、黑龙江哈尔滨溪树庭院等被动式超低能耗绿色建筑示范工程。同时与美国、加拿大、丹麦、瑞典等多个国家开展了近零能耗建筑节能技术领域的交流与合作,示范项目在山东、河北、新疆、浙江等地陆续涌现,取得了很好的效果。目前已经建成并投入使用近20个被动式超低能耗建筑,有近50个被动式超低能耗建筑在建设中。已有超低能耗建筑示范项目已经基本覆盖所有建筑类型、覆盖除温和地区外的所有气候区,积累了许多宝贵的技术数据和工程经验,为进一步推广提供了一定的基础。ZV6小木屋

  我国地域广阔,各地区气候差异大,经济发展水平和室内环境标准低,建筑特点、建筑技术和产业水平以及人们生活习惯,和德国、丹麦等欧洲国家相比存在很大不同。无法照搬发达国家成功经验,因此我国迫切需要建立适应我国国情的超低能耗建筑技术体系。ZV6小木屋

  为了建立符合中国国情的超低能耗建筑技术及标准体系,并与我国绿色建筑发展战略相结合,更好地指导我国超低能耗建筑和绿色建筑的推广,受住房和城乡建设部委托,中国被动式超低能耗建筑联盟组织中国建筑科学研究院等单位开展了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》(以下简称导则)的编制工作。导则借鉴了国外被动房和近零能耗建筑的经验,结合我国已有工程实践,明确了我国被动式超低能耗绿色建筑的定义、不同气候区技术指标及设计、施工、运行和评价技术要点,为全国被动式超低能耗绿色建筑的建设提供指导。ZV6小木屋

  2编制过程及编制原则ZV6小木屋

  2.1编制过程ZV6小木屋

  导则编制工作于2014年3月正式启动,历时一年零八个月。力图通过导则的编制建立符合中国国情的被动式超低能耗建筑技术体系,指导和规范不同气候区被动式超低能耗绿色建筑的设计、建设和运行,建立我国被动式超低能耗建筑评价和认证技术体系,促进被动式建筑节能技术的合理应用,提高能效,推动健康快速发展。为了科学地编制导则,编制组开展了一系列支撑导则编制研究课题,包括的国内外超低能耗标准体系研究、示范项目调研工作、示范项目实际测试工作、计算方法及指标体系研究、超低能耗建筑计算及认证软件开发、超低能耗建筑新风及热回收专题研究、超低能耗建筑室内热舒适性研究、居住建筑使用习惯及能耗调研、施工工艺及工法实地考察九个专题。通过专题研究,编制组对国内外现有超低能耗建筑标准体系进行了细致的研究,重新正确梳理了德国被动房等技术体系;对现有示范项目的技术路线、实际运行状态、能耗、成功经验和主要问题进行了测试和对关键技术进行了提炼;深入研究了超低能耗建筑的热回收、热舒适、使用方式、指标体系、计算方法、施工工艺等关键问题。为导则的编制提供了充分的实测数据和理论支撑。ZV6小木屋

  2.2编制原则ZV6小木屋

  1)吸收和借鉴国际成功经验以明确的能耗指标作为目标。超低能耗建筑以能耗指标作为唯一衡量标准,对技术路线、围护结构和设备等性能参数不再强制要求。强调建筑的最终的技术性能,避免了过度的技术堆砌,保证技术路线的合理性和经济性。ZV6小木屋

  2)以健康、节能作为基本原则。营造舒适、健康的室内环境是建筑的主要目的,通过有组织的新风系统提供充足健康的新鲜空气,大幅提高室内环境舒适水平,并通过各种建筑节能技术降低建筑能耗。ZV6小木屋

  3)充分考虑我国地域特点、建筑特点、使用习惯、用能特点。我国是一个发展中国家,经济发展不均衡,不同气候区居住建筑室内环境有着较大的差异,但整体低于发达国家。主要体现在室内温度不达标、新风量不足。我国被动式低能耗建筑指标体系必须立足于国情,在尊重居民生活习惯和降低建筑能耗的前提下,适当地提高建筑环境标准,营造适合我国居民的健康舒适的室内环境。不同于德国的单一气候,我国地域广阔,横跨多个气候带,五大建筑气候分区气候特点差异大,表1展示了不同气候区城市间以及中德城市间巨大的气候差异,从气候数据可以看出,对我国不同气候区进行统一的能耗要求是不科学的。ZV6小木屋

  表1中德主要城市供暖度日数和供冷度日数ZV6小木屋

城市ZV6小木屋

柏林ZV6小木屋

北京ZV6小木屋

哈尔滨ZV6小木屋

沈阳ZV6小木屋

上海ZV6小木屋

广州ZV6小木屋

纬度ZV6小木屋

52.47NZV6小木屋

43.93NZV6小木屋

45.75NZV6小木屋

41.73NZV6小木屋

31.40NZV6小木屋

23.17NZV6小木屋

HDD18.3ZV6小木屋

3390ZV6小木屋

2830ZV6小木屋

5310ZV6小木屋

3034ZV6小木屋

1599ZV6小木屋

402ZV6小木屋

CDH26.7ZV6小木屋

234ZV6小木屋

3031ZV6小木屋

691ZV6小木屋

1121ZV6小木屋

4016ZV6小木屋

7622ZV6小木屋

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  注:HDD18.3:一年中,当某天室外日平均温度低于18.3℃时,将低于18.3℃的度数乘以1天,并将此乘积累加。ZV6小木屋

  CDH26.7:一年中,当某时刻室外温度高于26.7℃时,将高于26.7℃的数值进行累加。ZV6小木屋

  与此同时,我国居住建筑与欧美存在显著差异,国内大型城市新建城镇住宅建筑以高层建筑为主,中小型城市以多层住宅为主,我国建筑密度大,容积率高,公共空间面积大,公共外门频繁开启,导致了能耗特点的明显差异。我国建筑能耗特点为低舒适度和低保证率下的低能耗,且我国不同年代建筑能耗强度差异大。统计数据表明,我国普通城镇居住建筑单位面积能耗仅为14.5kgce/m2·a(一次能源消耗量约为118kWh/m2·a),现有居住建筑的能耗本已满足德国被动房一次能源消耗≤120kWh/m2·a的要求。导则的编制过程中充分考虑了我国的特殊国情。ZV6小木屋

  4)考虑现有节能技术和产业支撑能力,促进产业升级保证增量成本可控。经济因素是影响发展被动式超低能耗发展的重要因素,充分考虑我国现有建筑部品产业的生产能力,力图保证所采用的建筑材料、设备能够本土化,引导高性能建筑节能部品、材料及设备的升级换代,推动建筑工业的产业发展。在实现性能目标的前提下,保证超低能耗建筑的增量成本可控。ZV6小木屋

  5)对建筑规划、设计、建造、评价、运营的全过程控制。成功建造超低能耗建筑需要对所有环节全过程的控制。在规划阶段,采用超低能耗的理念,设计阶段,以性能化设计方法贯穿整个设计过程,建造阶段,采用精细化施工,完美实现设计意图,在认证阶段,对建筑性能进行全面评估,保证性能指标的实现;运行阶段,保证提供舒适的室内环境和较低的能耗。导则对全过程的关键环节的控制提供了详细的指导。ZV6小木屋

  6)衔接我国法规和建筑标准体系,适应我国建筑建设管理程序。我国经过几十年的努力,建立了完整的建筑法规和标准体系。导则的编制立足于现有的建筑法规和标准体系,对已有的规定和技术要求不再复述,仅对超低能耗建筑的特殊规定和技术措施进行了规定,同时考虑我国建设管理程序,保证建造过程中适应我国规定。ZV6小木屋

  3主要内容ZV6小木屋

  导则包括前言、总则、技术指标、设计、施工与质量控制、验收与评价以及附录七部分组成,对超低能耗建筑的定义和性能要求以及各环节的关键内容进行了规定。ZV6小木屋

  3.1总则ZV6小木屋

  明确超低能耗建筑的定义,被动式超低能耗绿色建筑是指适应气候特征和自然条件,通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构,采用高效新风热回收技术,最大程度地降低建筑供暖供冷需求,并充分利用可再生能源,以更少的能源消耗提供舒适室内环境的建筑。定义对超低能耗的技术应用次序和目标进行了阐述,即被动优先,主动优化,保证良好的室内环境并减少能源消耗。ZV6小木屋

  总则对超低能耗建筑的技术特征和优势进行了阐述。技术特征为保温隔热性能更高的非透明围护结构;保温隔热性能和气密性能更高的外窗;无热桥的设计与施工;建筑整体的高气密性;高效新风热回收系统;充分利用可再生能源。优势为更加节能、更加舒适、更好的空气品质和更高的质量保证。强调对建筑规划、设计、施工、监理、检测和运行管理人员应参加必要的专项培训,转变观念。强调室内装修应尽量简洁并采用一体化技术。对不同气候区的推广策略进行了阐述,超低能耗建筑的实施应考虑技术的成熟度和实际节能效果,在寒冷、严寒地区示范推广,在夏热冬冷地区试点研究,在夏热冬暖地区探索试验。ZV6小木屋

  3.2技术指标ZV6小木屋

  超低能耗建筑技术指标应以建筑能耗值为导向,技术指标包括能耗指标、气密性指标及室内环境参数。超低能耗建筑的技术指标是衡量超低能耗建筑的唯一核心参数。导则结合我国气候特点、建筑形式、生活习惯和用能方式的实际,借鉴国际先进经验,兼顾我国节能技术水平和产业支撑能力,在国内现行标准要求的基础上,适度提高室内环境舒适度,经模拟计算分析确定了我国不同气候区的技术指标。能耗指标及气密性指标见表2。ZV6小木屋

  表2能耗指标①及气密性指标ZV6小木屋

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气候分区ZV6小木屋

严寒地区ZV6小木屋

寒冷地区ZV6小木屋

夏热冬冷ZV6小木屋

夏热冬暖ZV6小木屋

温和地区ZV6小木屋

能耗指标ZV6小木屋

供暖需求kWh/ m2·aZV6小木屋

18ZV6小木屋

15ZV6小木屋

5ZV6小木屋

年供冷需求kWh/ m2·aZV6小木屋

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供暖、供冷和照明一次能源消耗量ZV6小木屋

60kWh/m2·a (7.4kgce/m2·a)ZV6小木屋

气密性指标ZV6小木屋

换气次数N50ZV6小木屋

0.6ZV6小木屋

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  注:①表中m2为套内使用面积,套内使用面积应包括卧室、起居室(厅)、餐厅、厨房、卫生间、过厅、过道、储藏室、壁柜等使用面积的总和;ZV6小木屋

  ②(Wet-bulb degree hours 20)为一年中室外湿球温度高于20℃时刻的湿球温度与20℃差值的累计值(单位:kKh);ZV6小木屋

  ③(Dry-bulb degree hours28)为一年中室外干球温度高于28℃时刻的干球温度与28℃差值的累计值(单位:kKh);ZV6小木屋

  ④N50即在室内外压差50Pa的条件下,每小时的换气次数。ZV6小木屋

  超低能耗建筑全年供暖供冷需求显著降低,严寒和寒冷地区建筑节能率达到90%以上。与现行国家节能设计标准相比,供暖能耗降低85%以上;全国整体再节能75%以上。ZV6小木屋

  营造健康、舒适的室内环境是被动式超低能耗绿色建筑的核心目标之一。被动式超低能耗绿色建筑室内环境参数应满足较高的热舒适水平。室内环境参数主要是指建筑室内的温度、相对湿度、新风量等,这些参数直接影响室内的热环境和建筑能耗。健康、舒适是确定被动式超低能耗绿色建筑室内环境参数的首要原则,同时也应兼顾我国居民生活习惯和节能。室内环境参数见表3。ZV6小木屋

  表3室内环境参数ZV6小木屋

室内环境参数ZV6小木屋

冬季ZV6小木屋

夏季ZV6小木屋

温度(℃ZV6小木屋

≥20ZV6小木屋

≤26ZV6小木屋

相对湿度(%ZV6小木屋

≥30%ZV6小木屋

≤60%ZV6小木屋

新风量m3/h·人ZV6小木屋

30ZV6小木屋

噪声dBAZV6小木屋

昼间≤40;夜间≤30ZV6小木屋

温度不保证率ZV6小木屋

10%ZV6小木屋

10%ZV6小木屋

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  注:①冬季室内湿度不参与能耗指标的计算;ZV6小木屋

  ②人均建筑面积取32m2/人;ZV6小木屋

  ③当不设供暖设施时,全年室内温度低于20℃的小时数占全年时间的比例;ZV6小木屋

  ④当不设空调设施时,全年室内温度高于28℃的小时数占全年时间的比例。ZV6小木屋

  3.3设计ZV6小木屋

  “被动优先,主动优化”是被动式超低能耗绿色建筑的总原则。在建筑方案设计时,应当充分注重气候、环境等因素,通过合理优化建筑方案,利用自然方式,营造健康舒适的室内声、光、热环境,降低能源消耗。在不同气候区,被动式超低能耗绿色建筑应因地制宜地利用天然采光、被动太阳房、自然通风、建筑遮阳、建筑蓄热等措施。ZV6小木屋

  超低能耗建筑设计应注重气候、环境的引导设计,一体化设计原则,以及性能化设计原则。为实现超低能耗的目标,在不同气候区,建筑师需要在设计前充分了解当地的气象条件、自然资源、生活居住习惯,充分借鉴本地传统建筑被动式措施,根据不同地区的特点进行建筑平面总体布局、朝向、体形系数、开窗形式、遮阳采光、建筑热惰性、室内空间组织的适应性设计。建筑师应在满足美学、功能、成本等要求的前提下,尽量利用被动式建筑设计手段,降低建筑对于主动式建筑环境和能源设备的依赖,以降低建筑能耗,提高低能耗建筑的可靠性。ZV6小木屋

  相对于传统建筑设计,被动式超低能耗建筑设计的建筑形态与技术方案之间关联约束更强,设计重点从满足功能向满足性能转变,新技术新工艺的广泛应用,设计、建造、调试、运行的关系更加紧密,需要对更多设计方案进行权衡优化,导致设计复杂性增加带来的时间、管理成本增加。ZV6小木屋

  为了解决上述挑战,在被动式超低能耗建筑方案设计时,应尽量遵循一体化设计原则。一体化设计要求暖通、建筑物理等专业的设计人员,像结构工程师,在早期就参与到建筑方案设计中。ZV6小木屋

  在一体化设计过程中,有以下关键要素:ZV6小木屋

  目标驱动:明确地以被动式超低能耗绿色建筑性能为设计目标,并且设置清晰的子目标和实施路径;ZV6小木屋

  专职协调:设置专业的协调人,其工作重心不是进行设计工作,而是负责整合设计的过程管理;ZV6小木屋

  次序优化:在问题解决过程中,强调次序优化,避免由于无法更改的错误决策或由于信息不完全的不当判断导致项目性能不佳。ZV6小木屋

  清晰决策:使用明确的方法学,处理各方互相矛盾的要求,解决设计方案的冲突;ZV6小木屋

  包容并蓄:广泛听取各方意见,邀请更多的相关方参与设计过程;ZV6小木屋

  专业融合:各专业深度交互,建筑师不仅仅是建筑形式的确定者,并且与各专业配合,参与更多的关于建筑性能的相关工作;ZV6小木屋

  整体优化:设计团队采用整体优化的角度来看待问题,力求系统的整体最优,而不是割裂地看待各个具体问题;ZV6小木屋

  预算共享:对整个建筑进行预算控制,允许各专业间的预算额度动态分配,以实现整个建筑的成本优化;ZV6小木屋

  设计迭代:在每个阶段获得新的信息后,对项目进行设计迭代,不断修改优化既有设计方案。ZV6小木屋

  被动式超低能耗绿色建筑设计应以建筑能耗目标为导向采用性能化设计方法,需要计算建筑全年供暖供冷需求,因此建筑全年供暖供冷量计算是被动建筑设计的最重要辅助手段,从初步设计方案到施工图设计,都要进行能耗需求的核算,以保证达到超低能耗的要求。ZV6小木屋

  同时导则提供了超低能耗建筑围护结构性能和确定的原则。超低能耗建筑强调无热桥设计和气密性设计,导则对此提供了无热桥和气密性设计要点和大样图。同时对遮阳系统、热回收、辅助冷热源、卫生间和厨房通风以及照明与计量的设计要点和注意事项进行了规定。ZV6小木屋

  3.4施工与质量控制ZV6小木屋

  在施工过程中,被动式超低能耗绿色建筑的施工比普通建筑要求更高。由于采用了保温性能远超过一般建筑的围护结构,并且要求尽量避免热桥,提高建筑的气密性和水密性,高质量的施工是超低能耗指标能够实现的保障。一些在常规项目中不重要、可以简化处理的施工工序、节点工法应特别加以注意。被动式超低能耗绿色建筑的施工细节处理是超低能耗建筑区别于普通建筑的重要体现。ZV6小木屋

  超低能耗建筑的施工不同于传统做法,施工工艺更加复杂,对施工程序和质量的要求也更加严格,应选择施工经验丰富、技术能力强的专业队伍承担;施工前,应对现场工程师、施工人员、监理人员进行培训。ZV6小木屋

  精细化施工是实现超低能耗建筑的重要保障。强调对施工人员的强制培训,对施工次序的合理安排和全过程控制,强调精细化施工,并在施工完成后进行气密性检测,保证气密性性能达标。ZV6小木屋

  3.5验收与评价ZV6小木屋

  被动式超低能耗绿色建筑建造完成后,如何认定是否达到被动式超低能耗绿色建筑的要求,应根据我国的建筑技术体系和管理体系特点,独立自主地开展相应的评价标识工作进行权威的评价,一方面规范被动式超低能耗绿色建筑的验收,另一方面也可发挥标识的市场激励作用,推动该项技术和市场的健康发展。为保证超低能耗建筑的实施质量,推动其健康发展,超低能耗建筑建造完成后,应对其是否达到超低能耗建筑的要求给予评价。评价人员应经过相关专业技术培训;评价中的相关测试应由国家级检测机构进行实施。ZV6小木屋

  评价应以单栋建筑为对象;对于设计中以户或单元为设计单位的建筑,可结合建筑的实际情况,以户或单元为对象进行评价。评价工作贯穿整个设计与建造过程,包括设计和施工两部分。设计部分评价应在施工图设计文件审查通过后开始进行,包括施工图审核和能耗指标计算。施工部分评价应在建筑物竣工验收前进行,包括建筑气密性检测和对新风热回收装置进行施工现场抽检。ZV6小木屋

  建筑竣工验收一年后,宜对超低能耗建筑进行后评估,作为应用效果评价参考及申报国家示范工程、国家或省级各级政府财政补贴等相关各类荣誉的重要依据。ZV6小木屋

  4总结ZV6小木屋

  导则对超低能耗建筑的定义、技术指标、设计、施工、评价和运行的六大部分的关键环节进行了规定,贯穿了超低能耗建筑的全过程,建立了完整的技术体系。超低能耗建筑作为可实现的新一代建筑,其健康、舒适、节能的特点必将在我国新型城镇化的进程中扮演重要的角色。超低能耗的健康发展需要以科学的研究为基础,建筑行业思维方式的转变为核心,政策的大力支持为主要动力。ZV6小木屋

  超低能耗建筑的发展已经形成趋势,超低能耗建筑带来了建筑规划、设计、施工、运行行业的革命性的变革,为建筑行业在经济转型的背景下向精细化、高端化发展提供重大机遇,建筑行业的从业人员应积极转变观念,顺应发展趋势,为我国更高性能的建筑的发展,预计到2020年,我国将建成5000个超低能耗建筑,建筑面积可达到1亿平方米,产业规模达到千亿级。促进建筑规划、设计、施工、咨询、建材、设备行业的全面升级换代,建筑节能迈入超低能耗时代。ZV6小木屋

  从现有研究成果来看,超低能耗建筑在有供暖需求的地区更易于实现也更易于体现其节能优势,无论从经济合理还是技术可行的角度,居住建筑较公共建筑更易于实现超低能耗。因此我国被动式超低能耗建筑的推广策略应为先北方后南方,先居住后公建,先小型后大型,并适当考虑各地的经济发展水平。ZV6小木屋

  建筑节能标准先行,被动式超低能耗建筑作为我国建筑最终迈向零能耗的先导,制定科学的标准是其健康有序发展的先决条件。加强被动式超低能耗建筑的基础性研究工作,包括标准及设计评估工具的开发、技术适宜性的研究、高性能建筑部品和设备的研发工作。为我国逐步提高建筑节能标准,最终迈向建筑零能耗的目标的实现提供技术积累。ZV6小木屋

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