较普通建筑而言，超低能耗建筑所采用的材料性能更优、建造过程更精细、使用寿命更长，可以营造舒适性更高、空气品质更好、隔声效果更佳的建筑室内环境，已成为我国城乡建设领域实现“双碳”目标的重要措施。
绿色建筑设计与近零能耗建筑领域资深专家，以农宅改造成近零能耗建筑为例，系统讲解:通过被动式建筑设计优化、高性能维护体系优化、天然采光通风优化、雨水收集优化、能源监测优化、节能照明优化、冷热源优化、可再生能源优化等关键技术与实践措施，实现超低能耗建筑指标。
帮助广大建筑设计师在近零能耗建筑设计中，合理选取设计参数；科学采取处理方法，高效制定解决方案。
设计方法
《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019
《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021
3.0.1建筑设计应根据气候特征和场地条件，通过被动式设计降低建筑冷热需求和提升主动式能源系统的能效达到超低能耗，在此基础上，利用可再生能源对建筑能源消耗进行平衡和替代达到近零能耗。有条件时，宜实现零能耗。
1.0.3建筑节能应以保证生活和生产所必需的室内环境参数和使用功能为前提，遵循被动节能措施优先的原则。应充分利用天然采光、自然通风，改善围护结构保温隔热性能，提高建筑设备及系统的能源利用效率，降低建筑的用能需求。应充分利用可再生能源，降低建筑化石能源消耗量。
图1：设计方法
1. 能效指标：节能率、指标限值
综合规范规定和业主要求确定能效指标
规范要求：
（1）近零能耗建筑
适应气候特征和场地条件，通过被动式建筑设计最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求。通过主动技术措殖最大幅度提高能源设备与系统效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒适空内环境，且其室内环境参数和能效指标符合本标准规定的建筑，其建筑能耗水平应较国家标准《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015 和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010，《夏热冬冷区居住建筑节能设计标准》JG] 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ 75- 2012降低60%-75%以上。
（2）超低能耗建筑
超低能耗建筑是近零能耗建筑的初级表现形式，其室内环境参数与近零能耗建筑相同、能效指怀略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平应较国家标准《公其建筑节能设计标准》GB 50189-2015 和行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26 -2010、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JG] 134-2016、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JG] 75 -2012降低50%以上。
（3）实现方法
性能化设计软件：
能耗软件（确定能效指标）
①IBE
②绿建斯维尔
③Dest
④Equest
⑤Designbuilder
CFD软件（计算流体力学软件，优化建筑造型，模拟气流组织、自然通风，降低建筑的开启空调时间，从而降低能源消耗，增加自然通风，提高空间舒适度）
①Fluent
②Phoenics
③CFX
①②③④为被动式措施关注参数，⑤⑥⑦⑧⑨为主动式措施关注参数，降低对化石能源的需求
①围护结构的传热系数（围护结构：窗、墙、顶）
②非透明围护结构的吸收率
③透明围护结构的太阳得热系数
④气密性（漏风率，用换气次数来衡量）
⑤冷热源
⑥照明功率
⑦生活热水
⑧电梯
⑨可再生能源
IBE为建研院开发的，做近零能耗方便快捷的计算软件，在方案阶段定性分析能源利用水平。
例：外墙及屋顶（传热系数、吸收率）
外窗（传热系数、太阳得热系数、外遮阳）
冷热源（小型建筑选择空气源热泵居多，空气源热泵包含多联机、狭义的空气源热泵、环控一体机，有条件采用地源热泵最好，地源热泵供暖供热能效相对比较高，节能率更高）
①最佳为方案设计师要懂软件的应用，了解热工性能和原理，通过软件模拟，将围护结构与建筑效果结合。
②专业咨询顾问：方案开始时介入，与方案设计师进行良好的沟通协作。
③各专业配合：各专业考虑各专业建筑性能，最后进行专业整合。
目前趋势：专业咨询顾问指导建筑设计师实现全过程被动式建筑设计。
案例分析
1.项目概况
位置：北京大兴半壁店村
类型：农居改造（两排坐北朝南民居）
功能：办公
建筑面积：402.34㎡
保留中间坡顶建筑，进行节能改造
原西侧平顶小建筑拆除，建造装配式被动式建筑
图2：改造后零舍效果图
被动式节能技术体系：
①高性能围护体系
②可调节阳光房+温室花园
③天然采光&自然通风
④雨水收集&海绵景观
⑤多种结构体系示范
主动式节能技术体系：
①能源环境一体机
②能耗监测与展示系统
③节能照明
可再生能源利用：
①太阳能光伏瓦 (汉瓦)
②彩色薄膜光伏系统
③太阳能热水系统
图3：近零能耗路径
图4：被动式技术
图5：主动式技术
图6：可再生能源
1.目标：耗热量指标15kwh/㎡
建筑综合节能率≥60%
建筑本体节能率大于等于30%
气密性≤1.0
可再生能源利用率大于等于10%
建筑综合节能率：与既有节能标准比较，（建筑能耗-太阳能发电量）/现有规范能耗
建筑本体节能率：设计建筑能耗/参照建筑能耗
2.室内参数——温湿度
参数设置 |
冬季 |
夏季 |
温度（℃） |
20 |
26 |
相对湿度（%） |
30 |
60 |
3.围护结构热工性能设计
本项目为单层院落式农宅，建筑体形系数0.50，较为不利，所以为保证建筑的节能效果采取降低围护结构传热系数的补偿措施。
图7：详细做法
1.体型系数优化
为什么进行优化？
本项目为单层院落式农宅，建筑的屋顶、外墙、地面6个面传热，需要想办法减少外围护结构的面积，更有利于节能。
①通过连廊、楼梯间将前后建筑连起来，降低外墙面积
②增加可调节阳光房
图8：体型系数优化
2.窗墙比优化（东西向）：
优化过程：
①会议室取消西侧外窗，会议室采用南侧采光的方式
②办公室减少东侧外窗面积
③茶室减少东侧外窗面积，高度由2米降低为1米
④入口门厅东西向玻璃幕墙通过艺术化布局，增加木质填充幕墙，木质填充幕墙传热系数0.3，远小于外窗限值1.0的要求。
经IBE计算： 形体优化后建筑单位建筑面积热负荷16.96kwh/㎡，降低19.70%
图9：窗墙比优化（东西向）
3.窗墙比优化（南北向）
优化过程：
①展厅南侧入口门连窗宽度降低2.2米
②展厅北向门连窗尺寸由2400*2000调整为1100*2200
③图书室北向外窗尺寸由1800*1500调整为1200*1300
④屋顶天窗在满足室内采光质量前提下，数量降低，由11个调整为7个
⑤起居室（装配式居住模块）北向外窗取消
经IBE计算： 形体优化后建筑单位建筑面积热负荷13.96kwh/㎡，达到近零能耗建筑标准要求（15kwh/㎡）
图10：窗墙比优化（南北向）
4.采光优化（被动式）
优化开窗位置提高自然采光的利用率，从而降低照明能耗。
5.自然通风优化（被动式）
通过自然通风模拟，调整开窗位置和大小，提高建筑物自然通风的效率，降低空调使用率。
6.空调系统设计优化（主动式）
根据功能分区设置系统
分区1：生活区
分区2：办公区
分区3：会议区
分区1和分区2分别设置能源一体机，分区1和2一直有人使用，24小时开启；分区3设分体空调+新风热回收系统，因为分区3使用频率不高，使用时需迅速降温或升温。
图11：分区设置空调系统
冷热源——对小型建筑使用非常方便
本项目采用能源环境一体机对房间进行供冷采暖工作，能源环境一体机集制冷、采暖、空气净化、引进新鲜空气、排风高效热回收功能于一体。
新风热回收系统的显热回收效率≥75%
图12：冷热源布置图
当时：照明功率按《建筑照明设计标准》的目标值设计
表6.3.3办公建筑和其他类型建筑中具有办公用途场所照明功率密度限值
现在：照明功率按《建筑节能与可再生能源利用通用规范》
1.太阳能光伏瓦：
①安装数量为200片，装机量为kw，主瓦总面积为70平米，配瓦总面积为172.5平米;
②首年发电量为0.84万kWh，25年发电量为18.9万kWh。
2.彩色薄膜光伏采光顶：
①组件透光率为20%，光伏组件尺寸为1100mm (宽)*1300mm(高)*6.8mm (厚)，安装数量为14片
②BIPV采光顶首年发电量为0.13万kWh，25年发电量为2.9万kWh。
图13：光伏瓦
图14：阳光房彩色薄膜光伏采光顶
1.能耗模拟值
①年度总电网耗电量为11805kWh·a，
单位建筑耗电量为40.29kwh/m2a，
采暖电能耗3.18 kwh/㎡·a，
制冷电能耗7.83 kwh/㎡·a。
②建筑本体节能率为38.2%>30%；
③经与基准建筑的能耗比较得出本建筑综合节能率为74.5% >60%
图15：equest能耗模拟值
图16：IBE模拟值
图17：测试值
总价273.3万元
平米造价6800元/㎡
增量成本1500元/㎡（相对于4步节能的住宅）
新技术探讨
玻璃镀low-e膜降低传热系数，但同时也降低了太阳能的透过率，虽然减少了夏天空调的使用，但是降低的能耗比较小，却大大降低了冬天的得热。
彩色薄膜光伏采光顶弊端：外侧吸热，内侧散热，影响空调能耗，有可能发的电无法抵消造成的空调能耗增加，有可能得不偿失。
材料的运用需要综合考虑，很多措施都是双刃剑。
风量小可能造成送风不均， 环控一体机有时与空气源热泵进行结合，注意空气源热泵的选型。
图18：环控一体机
近零能耗或超低能耗设计需要多个专业的密切配合。
建筑设计师+暖通设计师+……
建筑设计师更加注重建筑的视觉效果，暖通设计师熟悉热工的计算，知道哪些地方时建筑的薄弱点，两个专业密切配合，既保证效果又降低能耗。
对于超低能耗建筑不仅设计重要，它的施工、运维同样重要，被动式建筑对施工的要求非常高，设计、施工、运维整个全部做到位才能达到好的效果，做出真正绿色的建筑！
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