全球范围内建筑运行能耗占全社会终端能耗的平均比例约30%。相关统计表明，广义的建筑能耗总量占社会总能耗的50%左右，同时排放的二氧化碳约占全社会总排放量的50%。建筑能耗的不断增长引起了各国的高度重视，为此许多国家不仅制定了节能法，还专门制定了一系列建筑节能法规、标准，且不断修订。
早在1979年，在加拿大和北欧国家，特别是瑞典，就提出了“低能耗建筑”（Low Energy Building, 简称LEB）的概念。在国际上对低能耗房屋比较公认的理解是：低能耗房屋就是在现有的耗能标准的基础上，将单位面积的年采暖能耗量减少一半。例如在瑞典，低能耗房屋就是每平方米年采暖耗能量不高于70kWh。
目前国际有关文献中，又常常使用更为准确的定义，即：低能耗房屋就是单位使用面积单位采暖度日数的年采暖耗能量为0.02 kWh/(m2·Kd)。尽管各地的气候条件和采暖标准（室内设计温度）有所不同，如图1所示，但这样的定义则能够比较统一地表达房屋的保温性能。低能耗建筑通常特点包括：良好的保温、节能窗、热回收、可再生能源利用。欧洲建筑性能指南（Energy Performance of Buildings Directive，简称EPBD）在2008年对17个欧洲国家进行的调查显示，各国的LEB 概念包括“低能耗建筑”、“高性能房屋”、“被动式房屋”、“节能住宅”、“三升油住宅”等。
欧洲几个主要国家有关本国低能耗建筑的发展目标及政策，如表1所示。
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表1 欧洲主要国家低能耗建筑的发展目标及相关政策
自上世纪80年代至今我国的建筑节能取得了巨大成就，居住建筑（北方采暖地区）节能设计标准要求（三步节能）已接近发达国家。公共建筑单位面积建筑能耗（二步节能）低于发达国家，特别是北美。然而我国建筑总量巨大，未来20年内每年都将会增加20亿平方米建筑；按目前的单位面积建筑能耗水平，分配给建筑领域的一次能源不足以支撑预期的建筑总量。由此，需进一步降低单位建筑面积能耗，实现建筑能耗总量的增加速度明显低于建筑总量的增加速度，为此需要超低能耗建筑。我国低能耗建筑已开展十余年，2008～2009年住建设部共评选了46项低能耗示范项目，居住建筑27项，公共建筑19项，面积分别约为542万㎡、101万㎡。其中北方严寒和寒冷地区26个项目，约占项目总数的56%。
目前，国内外建造超低能耗建筑逐渐成为趋势 ，认识也逐渐清晰：
（1）在有采暖需求的区域建设更容易实现超低能耗目标；
（2）公共建筑实现超低能耗目标非常不容易，如果在加上造价合理就更不容易；
（3）实现建筑的超低能耗目标需要：1）优化的设计，基于能耗目标，同时考虑技术成本；2）高效率的用能设备，勿以善小而不为；3）良好的施工与测试和调试，实践中调试做的非常不理想；4）到位的运行管理，责任心+专业+监测和自动控制。
（4）实现超低能耗建筑的基本技术路线：被动优先+主动优化+应用可再生能源。
建筑物在其建造、使用、拆除等全寿命期内需要消耗大量资源和能源，同时往往还会造成对环境的负面影响。为此，在实现建筑超低能耗的同时，应追求绿色建筑，在建筑全生命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。
超低能耗绿色建筑设计方法
建筑师在建筑设计过程中主动地合理利用各种保温隔热措施以及自然通风、遮阳等设计手段以适应地区气候特点，节约能源、利用太阳能等可再生能源，是建筑节能的主要途径。建筑能耗的控制体现在两方面，一是降低能量需求，一是努力改变能源结构，提高可再生能源的贡献率。
合规设计
目前的建筑设计，以合规设计为主，主要表现为满足各种国家、行业标准及规范，但实际建成建筑的能耗往往偏离设计值。为此，需要转变设计理念、调整设计逻辑、丰富设计工具，具体表现在：
（1）合规设计（或称为处方式设计） → 有能耗限值的设计—— 基于能耗限值的性能化设计 → 设计阶段对建筑的能耗进行量化控制。
合规设计，易于操作、易于评价，表现为相互关联的整体分解为众多“条目”（规范条文），但存在按节能设计标准，却没有充分节能；较多的设计以对标为根本，虽然以节能技术为出发点和落脚点但不关注建筑的能耗表现；节能技术孤立堆砌，而非适用节能技术的整合。
（2）按专业划分的孤立设计 → 围绕 建筑功能与能耗目标的整合设计。
（3）单项直达的设计逻辑 → 循环迭代的设计逻辑。
（4）模拟分析工具 —— 性能化设计的必要工具，贯穿设计的全过程，特别是方案与初步设计阶段，不再是“花瓶”。
性能化设计
性能化设计是基于能耗目标与模拟分析的设计方法，主要包括以下内容：
首先，基于场地的气候条件、环境资源与能源状况，详细界定建筑的功能需求，确定建筑系统的能量需求，通过建筑能耗动态模拟分析，优化建筑设计，合理组合被动节能技术，给出建筑供暖、空调、照明的负荷与计算周期内的能量需求。
其次，结合场地的气候条件、能源资源状况、经济水平等，根据各用能系统的能耗权重与节能技术成本，确定利用能源的类型与利用方式，筛选主动节能技术，形成适宜的高效主动式能源系统。
第三，基于用户侧节能，提出建筑各系统的运行管理技术与需求，确保各个技术措施都落在实处，确实降低建筑的能耗，将以上分析结果整合成完整的建筑过程设计，如图2所示。
性能化设计不规定具体的节能措施组合，强调建筑的最终能耗表现，避免了技术采用的盲目性，提高了节能投资收益，实现能耗限值下的节能投资成本最低或固定节能投资成本下的节能最大化，具体表现为：
（1）控制单项建筑围护结构的最低传热系数 → 建筑物整体能耗的控制；
（2）千篇一律的节能技术组合 → 形成适和项目当地气候特点建筑节能技术体系；
（3）不论节能投资收益的技术展示 → 基于全生命期成本的适宜技术优化集成。
超低能耗绿色建筑技术
概述
世界和我国都在通过低能耗、超低能耗、零能耗示范建筑，探索实现建筑超低能耗、接近零能耗、乃至零能耗的技术途径。已有的实践表明，通过被动式节能设计降低建筑能耗需求，提高建筑设备的运行效率降低能耗水平，最大限度利用可再生能源满足与平衡建筑能耗需求，建设超低能耗甚至零能耗建筑仅从技术角度是可能。但技术的可能不等于技术经济及综合其他因素的可行，例如国内部分示范项目虽然技术可行，但由于堆砌了过多的单项节能技术造价过于高昂，建筑能耗指标也居高不下，影响了此类建筑的推广。超低能耗绿色建筑技术体系，第一层面的节能是被动式节能技术，其核心理念强调直接利用阳光、风力、气温、湿度、地形、植物等场地自然条件，通过优化规划和建筑设计，实现建筑在非机械、不耗能或少耗能的运行模式下，全部或部分满足建筑采暖、降温及采光等要求，达到降低建筑使用能量需求进而降低能耗，提高室内环境性能的目的。被动式技术通常包括自然通风，自然采光，围护结构的保温、隔热、遮阳、集热、蓄热等方式。
第二层面是主动式技术，是指通过采用消耗能源的机械系统，提高室内舒适度，通常包括以消耗能源为基础的机械方式满足建筑采暖、空调、通风、生活热水等要求，其核心是提高用能系统效率、减少能源消耗。其主要包括：热泵，风机，除湿机等。
第三层面是可再生能源利用技术，如太阳能利用技术、风力发电、地源热泵等，虽然其也是主动式技术，但是针对其消耗的是可再生能源，为此对其进行单独分析，其核心是环保、可持续；这些技术的实施，最终目的是确保建筑的超低化石能源能耗。
超低能耗绿色建筑技术体系的逻辑关系，如图3所示。
被动式技术
“被动式”节能技术主要可以分为两部分，一部分是根据当地气候条件和场地情况进行建筑设计的合理布局，进而降低建筑本体的能量需求；另一部分是采用符合所在地区地理气候、人为的构造手段，结合建筑师们的巧妙构思，降低建筑自身用能。其主要目标是以非机械或电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，通过在建筑规划及单体设计中对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。
建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有着决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别，然而建筑作为复杂系统，各方面因素相互影响，很难简单地确定建筑设计的优劣。这就需要利用动态计算机模拟技术对不同的方案进行详细的模拟预测和比较，确定初步建筑方案，如图4所示。随后基于单位面积能耗限值，进行详细的能耗分析，从而确定建筑围护结构的热工性能，建筑冷热源系统的负荷及系统形式。
（1）建筑合理布局，良好的被动式设计或具有能源意识的建筑，应在建筑设计伊始，就结合当地的气候特征，充分考虑地形、地貌和地物的特点，对其加以利用，创造出建筑与自然环境和谐一致，相互依存，富有当地特色的居住、工作环境，充分考虑建筑的朝向、间距、体形、体量、绿化配置等因素对节能的影响，通过相应的合理布局降低用能需求，同时也能为“主动式”节能措施提供良好的条件。
（2）被动式太阳能采暖，一种吸收太阳辐射热的自然加温作用，它引起的升温，会使热量从被照射物体表面流向其它表面和室内空气，同时也是建筑物内部结构的蓄热过程。而蓄热在昼夜循环时又可用于调整太阳得热的过剩或不足，并且它也成为设计时要考虑的关键一步。虽然任何的外部建筑构件够可以和玻璃结合起来为被动式太阳能采暖创造条件，但必须对居住情况、空间的使用情况以及室外条件慎重考虑。被动式太阳能采暖需要依靠下面一个或多个条件：窗户、高侧窗和天窗，这些构件可以使居住空间见到阳光。
（3）自然通风，建筑设计应以当地主导气候特征为基础，通过合理的布局与形体设计创造良好的微气候环境，组织自然通风。现代建筑对自然风的利用不仅需要继承传统建筑中的开窗、开门及天井通风，更需要综合分析室内外实现自然通风的条件，利用各种技术措施实现满足室内热舒适性要求的自然通风。不仅需要在建筑设计阶段利用建筑布局、建筑通风开口、太阳辐射、气候条件等来组织和诱导自然通风。而且需要在建筑构件上，通过门窗、中庭、双层幕墙、风塔、屋顶等构件的优化设计，来达到良好的自然通风效果。
（4）自然采光，可以显著降低建筑照明能耗，但是利用自然采光常用及经济的措施是增大建筑的窗墙比，而窗墙比的增加，在夏季会引起太阳辐射得热量增大，冬季会引起室内热量的散失，所以设计不当可能造成虽然自然采光有效降低了照明能耗，但是大幅提高了空调能耗。现代自然采光技术可分为侧窗采光系统、天窗采光系统、中庭采光系统和新型天然采光系统（如导光管、光导纤维、采光搁板、导光棱镜窗），随着科学技术的发展，也出现了一些新型采光材料，如光致变色玻璃、电致变色玻璃、聚碳酸酯玻璃、光触媒技术等。
（5）围护结构节能技术，建筑物的能耗主要由其外围护结构的热传导和冷风渗透两方面造成的，按照能量路径优化策略，建筑外围护结构的节能措施集中体现在对通过建筑外围护结构的热流控制上。建筑节能设计的第一层面是良好的围护结构，降低采暖和降温的需求。建筑外围护结构主要包括建筑外墙、楼板和地面、屋顶、窗户和门，要实现的功能主要有视野、采光、遮阳与隔热、保温、通风、隔声等六大方面，这些功能并非孤立存在，它们是彼此相互关联、相互矛盾的，通常需要统筹考虑，目前，最常用的是借助计算机模拟分析，优化建筑围护结构性能。在我国公共建筑中，窗的能耗约为墙体的3倍、屋面的4倍，约占建筑围护结构总能耗的40%~50%。
（6）被动式节能技术的节能潜力和设计要素指标，选择适合当地条件的“被动式”节能技术，可用4%~7%的建筑造价达到30%的节能指标，回收期一般为3~6年，在建筑的全寿命周期里，其经济效益是显而易见的。
综上所述，被动式技术需要建筑设计师与暖通空调师的紧密配合，通过各类模拟分析，如自然采光模拟、风环境模拟，进行建筑方案优化，进而选择合理的建筑形态与围护结构措施与参数，降低建筑的能量需求。
主动式技术
用于调节建筑物室内物理环境舒适的耗能设备系统中，空调和照明系统在大多数民用非居住建筑能耗中所占比例较大，其中仅空调系统的能耗就占建筑总能耗的50%左右，是主要的节能控制对象；而照明系统能耗占30%以上，也不容忽视。
建筑设备系统的节能措施主要应用在以下三个方面：
第一，建筑能源的梯级利用，根据建筑不同用能设备和系统等级的划分，优先满足用能品位高的设备和系统，利用这些设备和系统释放的能量满足用能品位低的下游设备和系统，如能源回收技术，典型应用如燃气冷热电三联供，冷凝式燃气锅炉。
第二，选用高能效的系统及设备。当必须使用空调设备才能满足室内热舒适要求时，要采用高效节能的空调设备或系统，如温湿度独立控制系统，高效光源与高效灯具、高效电机、节能电梯、节能性配电变压器等。
第三，制定合理的建筑耗能设备的运行方式和控制管理模式，提高系统整体的运行效率。以某项目为例，其年供热量8000GJ，依据能源边界条件，热源形式有四种选择，相应一次能源中的化石能源消耗与CO2排放，如表2所示。
备注： 燃气热值8500kcal/ N m3、折算系数1.964；0.347kg标准煤/kWh电、折算系数2.66
（1）热泵技术，通过热泵技术提升低品位热能的温度，为建筑物提供热量，是建筑能源供应系统提高效率降低能耗的重要途径，也是建筑设备节能技术发展的重点之一。热泵技术的优势在于利用一些高品位的能源，如：电力、燃气、蒸汽等，提取低品位能源中的热量供应建筑需求。在建筑供热方面，由于技术所限，现在可知的可完全保证的基本供热方是主要以燃料燃烧供热为主。而在燃烧过程中不可避免的产生能量损失，因此采用燃烧方式的COP永远小于1。由此可知，热泵的优势在于建筑供热领域。热泵技术的利用方式主要分别为空气源热泵、水源热泵、地源热泵，以及三类热泵的耦合利用。
（2）温湿度独立控制技术，通过采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统，可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高（或过低）的现象。通过“低温供热、高温供冷”，提高了制冷制热能效、利于低品位能源利用。
（3）建筑能耗监测级管理系统节能技术，设计应按实现“部分空间、部分时间”的要求，进行用能系统划分、制定控制策略；优化用能系统关键参数，提高系统能效比。这就需要对建筑设备系统的运行特性参数进行监测和统计分析，开展建筑节能运行管理，将建筑主动式技术的能效特性发挥出来。
可再生能源利用技术
可再生能源建筑应用技术，通常主要包括地源热泵、太阳能光热、光伏及风力发电等，目前，以热泵与太阳能光热的利用节能减排效果好，性价比高，热泵最应受到重视。
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。
建筑的太阳能光热利用技术主要包括太阳能供热技术、太阳能制冷技术、太阳能光热发电等。推荐采用与建筑一体化的太阳能利用方式，如光伏建筑，其具有以下优势：（1）可舒缓夏季高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾；（2）可实现原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资；（3）光伏组件可有效地利用建筑围护结构表面，如屋顶或墙面，无需额外用地或增建其他设施，节省城市土地；（4）避免了由于使用化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，降低CO2等气体的排放。
BIPV是目前世界光伏发电的主要市场之一，联合国能源机构的调查报告显示，BIPV将成为21世纪城市建筑节能的市场热点和最重要的新兴产业之一。近年来，以与建筑相结合为重点的并网发电的应用比例快速增长，已成为光伏技术的主流应用、光伏发电的主导市场。
建筑师要尽量通过建筑设计而不是单纯依靠设备系统的“提供”和“补救”来保证良好的建筑微气候环境。因此，超低能耗建筑的整体设计思路应该是在建筑设计整体设计思路的基础上，首先应以被动优先、主动优化的原则降低建筑能耗需求，提高能源利用效率，然后通过现场产生的可再生能源替代传统能源，以降低化石能源消耗。
案例分析
概 况
中新天津生态城公屋展示中心，位于天津市中新天津生态城15号地公屋项目内，其区位如图5所示，总用地8090㎡，总建筑面积3467㎡，其中地上两层3013㎡，地下一层454㎡，结构体系为钢框架结构，建筑总高度15m。建筑功能一部分为公屋展示、销售；另一部分为房管局办公和档案储存。该建筑物呈菱形，体形系数0.22，总体窗墙比0.2。
设计目标：项目场地范围内运行能耗接近零，即年周期内建筑运行消耗的能源数值≤生产的能源数值，四项绿建认证。
设计方法：基于计算机模拟分析，不断优化建筑设计方案，降低建筑用能需求；基于能耗限值优选用能系统形式，优化用能系统参数；根据项目资源条件与零能耗目标，比选可再生能源及其利用形式，如太阳能、浅层地能。
主要技术措施：通过被动技术措施降低建筑的能量需求；通过主动技术措施提高建筑用能系统效率，降低建筑能耗；利用可再生能源降低建筑的化石能源消耗，地源热泵；利用光伏发电实现年运行周期的“零能耗”。
被动式设计
（1）气候分析及建筑布局设计
中新天津生态城位于北纬39.1°，东经117.1°，属于典型大陆性季风气候。冬季寒冷干燥，盛行西北风；夏季炎热潮湿，盛行东南风；过渡季气温适宜，盛行西南风。因此着重考虑冬季建筑保温，首先提高建筑围护结构的保温隔热性能，同时将建筑的场地选址于较有利于采用太阳能的区域；其次建筑的主要出入口避开了冬季主导风向，通过建筑自遮阳、积极的引导自然通风等，利用室外新风消除室内余湿余热，朝向东南、西南的建筑立面保证外窗的可开启性等降低建筑夏季的制冷需求。
1）太阳辐射分析， 该地区阳光充足， 年均日射量为4.073kWh/㎡，年日照时数在2778小时，年平均日照率为63%，经场地太阳辐射分析，确定建筑建设位置，如图6所示。整个地块内太阳辐射呈东北向西南的梯度分布，东北区域高，西南区域低，为充分利用太阳能，增强自然采光、提高光伏发电量等，建筑位于东北区域，如图5所示。
2）场地风环境分析，为避开冬季高风速区，同时夏季及过渡季建筑前后风压大于1.5Pa，确保建筑的自然通风，对场地风环境进行了模拟分析，如图7所示。经过优化，确定建筑呈梭形，东西对称，南北朝向，夏季及过渡季建筑的东北、西南侧风速为2.1m/s，可形成有效的自然通风。冬季场地内风速仅1.3m/s，不会对建筑造成过大的冷风侵入影响。
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3）建筑最佳朝向，根据冬季太阳辐射量最大与夏季太阳辐射量最小的原则，经最佳朝向分析，确定本项目主力面的最佳朝向为北向162.5°。
4）环境温度分析，本地区年平均气温12.5℃，最高气温39.9℃，最低气温-18.3℃。建筑冬季需保温，以降低热负荷需求；夏季需遮阳，以降低冷负荷需求，为此在建筑设计方案创作中，充分考虑了遮阳，既设计了外遮阳，又设计了建筑自遮阳。此外对自然采光进行了充分设计，兼顾考虑了被动房的设计。该地区常年气温在12.5℃，地表恒温层约为14.5℃，利用了地源热泵系统。
5）微气候环境分析，该项目采用适合天津地区的乡土植物，优化乔木、灌木和草坪的搭配，形成富有生机的复层绿化体系，场区的绿化率达到67%，改善局部气候的效果比较明显。此外，还结合光伏屋顶的架空层和不利于安装光伏的空间，设置了屋顶绿化。
（2）自然通风
为增加迎夏季和过渡季节主导风向的开窗面积，经核算外窗和幕墙可开启面积比例达到66%以上，便于实现自然通风。不同开窗率的室内自然通风模拟，如图8所示。
本项目采用了坑道风（采风口在建筑室外景观区）预冷/热新风，结合屋顶自然通风窗、通风井及大厅地面送风口，强化自然通风，缩短入口大厅空调制冷时间约20%，减少入口大厅空调制冷能耗约30%。自然通风模拟的效果，如图9所示。
此外，在设计中合理利用建筑中庭、天窗等增强热压通风效果，通过外窗直接通风；在过渡季节利用室外的采风口、室内地下层的自然通风道及屋顶电动天窗将室外自然风引入室内共享大厅，增强自然通风，如图10所示。
图10 中庭、侧高窗强化自然通风示意图及地道通风效果
（3）太阳辐照度分析、窗墙比及自然采光设计
采光不仅关系到建筑的照明能耗，同时关系到建筑内人员的身体健康。经过日照模拟和优化，当窗墙比在0.26时，既可满足自然采光，又可以最大程度的降低能耗。通过优化利用外窗的阳台，结合屋顶浅色发光板，强化自然采光效果，如图11所示。
根据计算屋顶采用采光天窗、房间隔断采用透明玻璃隔断，可有效增强室内采光，并最大限度的降低空调能耗，模拟分析，如图12所示，黄色部分照度最高，表明大厅的自然采光效果非常好，通过强化自然采光及引入导光管，建筑整体的采光效果得到明显的改善。实景照片，如图13所示。
图12 公屋展示中心的采光模拟分析
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为了改善地下室及部分大进深房间的自然采光效果，该项目在地下空间设置了3个光导筒，为楼梯间、爬梯出口及电池间提供自然采光。地下空间的平均采光系数由0提升到了0.23%；屋顶设置了20个光导筒，为档案库、办公室、会议室、卫生间及无自然采光条件的房间提供自然采光，侧墙设置12个光导筒，为办公室、弱电机房提供自然采光。如图14所示。一层的整体平均采光系数提升了0.99%，二层的整体平均采光系数提升了1.21%。
图14 屋顶导光筒、侧壁及地下通道导光筒的设置及其自然采光效果
根据耗能分析在20%窗墙比的条件下，外墙及屋顶设计K值控制在0.10W/m2·K ~ 0.15W/㎡·K较为合理。外墙及屋顶设计K值为0.15 W/㎡·K左右时，对节能效果基本没有影响，但是改善了采光，节约了造价。基于综合考虑，该项目建筑外墙采用300mm厚04级蒸压轻质砂加气混凝土砌块外贴150mm岩棉保温，平均传热系数可达到0.16W/㎡·K。根据目前市场可以找到的窗及幕墙节能技术，并充分考虑造价的因素，建筑的窗及幕墙K值选用1.20W/(m2·K) 。玻璃选用三银low-e 6+12Ar+ 6+12Ar+6，窗框内做加宽隔热条。
主动式技术
本项目利用干燥新风通过变风量方式调节室内湿度，用高温冷水通过独立的末端调节室内温度的方案。空调冷、热源形式为：高温地源热泵耦合太阳能光热系统+溶液调湿系统+VRF。高温冷水地源热泵机组夏季为建筑提供16℃/21℃的冷水作为建筑冷源，冬季为建筑提供42℃/37℃热水作为建筑热源；供冷及供热初/末期系统可实现跨机组供冷/热，即：关闭制冷/热主机，用户侧水直接进入土壤换热器；供热季，太阳能光热系统通过间接换热方式提升系统地源侧进入机组的水温，提高机组COP；供冷季，可以实现利用系统排热加热生活热水系统；溶液调湿新风机组夏季消除系统湿负荷，冬季作为新风机组为建筑提供新风；对于部分需24小时供冷、热的电气房间及室内要求无“水隐患”的档案库采用VRF机组全年为其供冷/热。
采用干式直流无刷电机风机盘管，风机效率提高19.5％，年节约风盘电耗1098kW。采用地板辐射采暖及低温散热器系统，根据建筑实际情况，选择合理供暖方式，提高舒适度和采暖系统利用效率10%，年减少供暖电耗2147kWh（0.72kWh/㎡·a）。
通过采用被动式技术，降低建筑能量需求；通过主动式技术优化组合，提高系统能效，降低建筑能源需求，本项目的建筑能耗模拟结果，如图15所示。经模拟分析，建筑全年能耗61.2～62.2 kWh/m2·a，与基准建筑比较计算节能率29.7% (国际)和54.2%（国家）。
可再生能源利用技术
为了在不影响建筑立面效果的同时最大限度地利用太阳能资源，充分考虑了建筑的一体化设计，在屋顶设置弧形的光伏板支架，增加屋面布置光伏板的面积，光伏板布置与建筑整体风格一致，同时使展示中心更富有现代感和科技感，在建筑南向设置光伏板支架，通过计算机模拟分析支架的形状与流线，将光伏板与建筑外遮阳和自然通风相结合，充分体现实用性，如图16所示。该项目采用单晶硅光伏组件，组件转换效率为16.7%，光伏发电总装机容量峰值功率约为292.95kWp，全年发电量约295MWh，可满足建筑全部的用电需求。
图16 公屋太阳能光伏与建筑一体化设计效果及装机位置示意
综合上述，本案例采用的技术措施，如图17所示。
图17 中新生态城公屋展示中心超低能耗绿色建筑技术体系
实测数据分析
基于试运行统计数据分析，如图18所示，该建筑单位面积年能耗(采暖、空调、照明）为81.78kWh/m2·a，与模拟能耗62.2相差31.5%，光伏发电量约10万KWh也较装机容量29.3万KWh预计发电量有较大差别。这一方面是由于目前系统运行未按设计工况运营，导致高温热泵机组能效比较低。另一方面，系统的自控平台也断断续续的在调试，导致机组的运行还未正常，按模拟分析及短期的测试分析，系统的实际能耗可达到设计能耗。
图18 公屋展示中心自控系统2013.5-2014.5能耗分析及光伏发电量
本项目基于被动式设计，建筑获得了良好的自然通风、自然采光，降低了建筑采暖制冷及照明的负荷；同时采用了高温地源热泵机组及地板辐射采暖等供冷供热系统，大幅提高了系统的效率。采用了太阳能热水系统，其同时可作为地源热泵系统的辅助热源，此外安装了一定规模的光伏电池组件，构建了微网系统。目前系统运行效果并不理想，这与我国目前重设计，轻运营的现状息息相关，项目团队正在参与该项目的设备运行优化工作，将通过节能诊断、运行模式调整等多方案，优化设备系统，后续将不断提供该项目的实测运行数据。
总结
超低能耗建筑的发展，需要从设计方法、性能控制等方面落实，它是应是由多项建筑节能技术的优化组合而成的适应当地气候条件及经济发展的节能技术体系。本文以生态城公屋展示中心为例，全面实践研究了提出的设计方法、采用研究确定的各项建筑节能技术，落实可再生能源利用方案，后续将深化建筑的实施与运行调试。我国的建筑节能在努力降低单位建筑面积能量需求的同时，应更加重视可再生能源的建筑应用，显著降低建筑使用过程中的环境负担，为社会可持续发展做出贡献。
该项目目前已获得我国绿色建筑设计三星级设计标识，设计达到美国LEED白金奖、新加坡GREENMARK白金奖、生态城绿色建筑白金奖的要求。此外，本项目先后获得“2012年度精瑞科学技术奖绿色建筑优秀奖”，“全国人居经典建筑规划设计方案建筑、科技双金奖”，“香港建筑师学会两岸四地建筑设计卓越奖”。
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发表于 2016-3-3 13:42:21
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发表于 2016-3-4 07:56:38
