1.引言

1.1研究背景与意义

当下，建筑能耗占社会总能耗比例逐年增长，推动建筑领域节能降碳迫在眉睫。我国于2019年发布了《近零能耗建筑技术标准》(GB/T51350)，并且结合各地区气候特征逐步出台超低能耗建筑设计及评价标准,正式把超低能耗建筑纳入到国家层面推广行列中来。超低能耗住宅是指在被动式设计的基础上最大限度降低建筑的采暖、制冷和照明需求，同时通过高效系统与可再生能源利用达到极低能源消耗的住宅^[1]。

同时，我国的绿色建筑评价体系是指导建筑全生命周期可持续发展的纲领性文件，在住宅节能方面也给出了明确的星级要求。超低能耗住宅作为绿色建筑中的高等级类型，其设计策略必须与绿色建筑评价体系的各项指标深度融合，才能在节能、舒适和可持续等各方面均达到高标准的要求。开展在当前绿色建筑评价体系下，超低能耗住宅的节能设计策略研究工作，对促进行业技术进步、落实国家“双碳”战略目标以及提升居民居住品质具有重要的理论及现实意义。

1.2绿色建筑评价体系与超低能耗住宅的关联

绿色建筑评价体系围绕节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量和施工管理、运营管理6大指标展开，对建筑的绿色性能实施全面评定，超低能耗住宅的关键目标是大幅度缩减能耗，这同评价体系中的节能与能源利用指标非常契合，不过，超低能耗往往依靠高水平的围护结构保温能力、气密性以及新风系统等技术达成，这些技术不但直接影响着能耗状况，而且会决定室内的热舒适度和空气品质。所以，在绿色建筑评价体系之下，超低能耗住宅的设计不再是对节能技术的简单堆砌，而是要求设计师运用性能化设计的方法，在满足超低能耗指标的前提下，统筹考虑其它所有的绿色建筑要素，尤其是室内环境的健康、舒适性等因素，使整个建筑达到最优的状态^[2]。

2.超低能耗住宅的“被动优先”设计策略

“被动优先”是超低能耗设计的首要原则，强调的是通过建筑本体的设计去最大程度地减少对外部能源的需求，尤其是采暖和制冷负荷。这部分策略主要对应于绿色建筑评价体系中节能与能源利用指标所对应的前半段部分。

2.1高性能建筑围护结构设计

高性能围护结构是超低能耗住宅的根基，重点在于大幅改善外墙、屋顶、地面和外窗的热阻和保温性能。设计时要选用比国家或者地方现有节能标准更好的保温材料和厚度，符合当地的气候条件。比如在严寒和寒冷地区，外墙和屋顶的保温层需要加厚很多，还要用导热系数更低的高效保温材料，达到非常小的传热系数要求。建筑热桥也是围护结构热量流失最弱的部分，要在构造节点处（像阳台、门窗洞口、楼板与外墙交界处）做断热处理，利用细致的构造设计和材料应用，把热桥部位的传热系数降到最低，保证整个围护结构的保温连续性和均匀性^[3]。高性能围护结构实施以后，直接明显减小了冬天的采暖负荷和夏天的制冷负荷。

2.2建筑外窗与外门的高效设计

建筑外窗和外门是建筑能耗损失最严重的位置之一，对于超低能耗住宅而言非常重要。设计上要采用高性能的节能外窗，例如三玻两腔或者更高的玻璃组合，并且需要充入惰性气体来增强整个窗户玻璃的整体保温隔热性能。选择断桥隔热效果很好的型材作为窗框材料，在评价指标当中对外窗的传热系数U值、遮阳系数SC值有着很严格的要求，在夏热冬暖地区以及夏热冬冷地区更应该着重关注SC值，通过设置可调节的外遮阳系统有效防止夏季太阳辐射热量进入室内造成过热情况的发生；而寒冷地区的建筑设计则需要考虑采光与保温之间的平衡问题，在冬季可以通过合理利用阳光的被动式太阳能得热但又不能忽略其U值是否符合超低能耗标准要求这一因素的影响。高性能门窗的应用不仅可以减少建筑物内热量传导损失同时也能够起到提升建筑气密性的目的。

2.3建筑的高度气密性设计

气密性是超低能耗住宅区别于传统建筑的主要特征。空气渗漏造成建筑能耗损失和室内环境恶化，设计时要对整个围护结构创建连续的、完整的气密层，在施工期间也要严格把控节点构造。重点部分包含门窗及洞口处、墙体与屋面/地面交汇处、穿墙管线之处以及各种预留孔洞等，经由图纸上细致标明气密层的构造做法及其选用材料，并在建造时期用专门的气密性胶带、密封胶等材料进行全面封堵，从而保证建筑物换气次数达到超低能耗标准，极高的气密性能为新风热回收系统高效运作提供前提条件并维持室内的稳定热环境及舒适度。

2.4建筑体型与朝向优化设计

在满足规划条件的前提下，建筑体型要尽量紧凑，得到较小的体形系数（外表面积与体积之比），减小通过围护结构的热损失面积^[4]。另外建筑朝向也会影响能耗，在北方寒冷地区，应该使主要房间尽可能朝南，最大限度地利用冬季太阳得热。而南方炎热地区的建筑物则应采取措施防止东西大窗导致夏天西晒和东晒带来的热量负荷。从平面布局上考虑，把楼梯间、储藏室等不需要热的空间布置在建筑北侧或西侧作为缓冲空间，降低主要居住空间的热负荷。合理的设计体型和朝向属于节地与室外环境以及节能与能源使用的统筹部分，是低成本实现节能目标的第一步。

3.超低能耗住宅的主动优化技术策略

被动式设计最大限度降低能耗需求后，“主动优化”策略采用高效设备和系统，充分利用可再生能源来满足剩余极低能源需求。这部分基本实现绿色建筑评价体系中节能、利用等核心要求。

要达成超低能耗目的，就务必在保证室内环境质量的前提下综合运用高效的新风、采暖制冷系统以及可再生能源，在高度气密的建筑当中，高效热回收新风系统是保障室内空气品质和节能的关键所在，它应当采用热回收效率不低于75%，一般要求达到80%以上的装置，在持续通风的同时，回收绝大部分排风中的能量，从而大幅度削减新风负荷，而且还要具备不错的过滤功能来控制PM2.5、CO2等污染物，并且最好选用低能耗，变风量的机组以减小自身电耗。

采暖和制冷上，建筑负荷经过被动式设计大幅下降后，再用以前集中式的系统已经不太合算。要选高效节能的分散式系统，超低温空气源热泵或者地源热泵这些都适合，他们的COP高而且最好搭低温辐射地板、毛细管网之类的末端一起用，这样不仅可以很好地配合热泵工作情况提供能量外，在保证舒适的同时还不容易出现被风吹的感觉，再加上智能控制系统的加入，按照不同的需求来供应能源也成为了可能实现的事^[5]。

可再生能源有效利用是超低能耗乃至更高的关键所在，最普遍的是太阳能光伏(PV)系统，在建筑上一体化实现“自发自用”，直接抵消建筑运行电耗。还有太阳能热水系统或者高效热泵技术(浅层地热、空气能)，能满足生活热水等需求。这些措施使化石能源消耗大幅降低，这是提高建筑能源自给率和环境效益的根本手段。

4.绿色建筑评价体系下的综合策略与管理

超低能耗住宅要想成功实施，不是靠一个技术就能达到的，需要在绿色建筑评价体系这个大框架之下，从各个方面进行整体的设计和管理，在全生命周期里保证它的绿色性能。

超低能耗住宅摒弃了传统的规范式设计，而是采取以目标为导向的性能化设计方式，这种办法把设定好的能耗目的以及高品质的室内环境参数当作双层限制条件，在建筑能耗模拟软件中针对设计方案展开全程迭代改良，在着手设计之时就应对各类围护结构、遮阳手段、气密程度、设备系统效能等不同参数组合加以敏感性分析，进而找到技术经济效果最佳的方案，从而保证设计决策具备科学性和可靠性。

性能化设计不只是能耗控制，还要在低能耗情况下达到室内环境质量的最佳平衡点。高性能围护结构（三玻两腔外窗）、高效新风系统相互配合，在保证隔热保温效果优异的同时也给室内带来了适宜的温湿度、良好的隔声效果以及洁净空气（PM2.5、甲醛、二氧化碳等污染物），这种舒适性与能耗之间的精确平衡就是超低能耗住宅的核心价值所在。

卓越的设计要经由高质量的施工和运作才能完成，施工期间，一定要把控保温层是否连续以及气密层是否完整，并且加入鼓风机门测试、红外热成像这类专门检测手段，保证建筑实际性能符合设计目的，在建筑物投入使用后的运营管理阶段，应创建起完备的能耗监测体系，针对采暖、制冷、新风等能耗执行分项计量并做到即时监控，凭借对运行数据加以分析就能迅速调整设备运转策略，开展智能化管理，不断改良能效情况，进而保证整个生命周期内建筑都能维持超低能耗状况及高品质室内环境，从设计到施工再到经营这种全方位闭环式管控与改进方式，就是实现绿色建筑高星级评价最直接也最为可信的技术支撑。

5.结论

在我国绿色建筑评价体系的引领和规范下，超低能耗住宅节能设计策略是一种系统、多维集成的过程。其核心思想是坚决贯彻“被动优先，主动优化”的技术路线，通过高性能围护结构+气密性设计大幅度降低建筑负荷，在此基础上再依靠高效热回收新风、高效热泵及可再生能源等手段来满足极小量的剩余能耗需求，并且要保证超低能耗的设计不以牺牲室内环境舒适度为代价，要把提高室内环境质量作为与节能同等重要的工作内容。未来随着相关标准体系日趋完善和技术不断进步，超低能耗住宅必然是我国实现建筑领域绿色低碳转型和可持续发展的必然趋势和主要载体。

参考文献：

[1]冯亚娟,何婷.碳中和目标下被动式超低能耗居住建筑绿色评价[J].住宅科技,2021,41(10):41-46.

[2]李湘琳,王智远.中美近零能耗居住建筑标准对比研究[J].建设科技,2021,(15):61-64+68.

[3]张时聪,王珂,吕燕捷,等.近零能耗建筑评价的研究与实践[J].城市建筑,2020,17(35):61-67.

[4]王昭,宋文寅,李震,等.山东省被动式超低能耗居住建筑评价指标体系研究[J].建筑科学,2020,36(10):119-124.

[5]彭梦月,杨润芳,杨铭.我国近零能耗建筑推广模式、效果分析及政策建议[J].建设科技,2020,(09):9-14+23.