王飞帆 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

随着社会经济的高速发展，能源消耗过快所带来的问题日益突出，全球变暖、南北极冰层融化、生物危机、极端气候等无时无刻不在影响着全球的生态环境，因此各国对能源的高效利用、建筑节能的研究越来越深入。而我国地域辽阔，各地之间气候差异大，总体来说北方建筑能耗主要体现在冬季采暖，而南方、长江以南地区则由于夏热冬冷的气候，生活中既需要考虑到夏季的消暑降温，冬季又需要取暖，更增加了能源消耗，因此在这些夏热冬冷地区的建筑节能更显得尤为重要。

1 近零能耗建筑简介及标准

近零能耗建筑是指在考虑经济合理的情况下，以被动式节能技术为主要方法，通过对建筑结构的创新，在能源结构上降低对常规能源的消耗，将可再生能源作为日常能源的补充的建筑。被动房的概念内容是德国教授于1989年提出的，其路线为建筑围护结构热工性能的提升；供暖需求低于 15KW·h/(m2·a)；采用新风热回收系统。1992年德国提出了无源建筑概念，无源建筑是指不需要连接到外部能源基础设施，将采集到的太阳能量的光能转化为电能再进一步转化为热能的系统，并结合能量的存储技术保证能源供应的建筑类型，实际上这种建筑就是零能耗建筑。2015年的第21次联合国气候大会则首次将建筑节能作为单独议题列出。

2012年我国通过引进德国建筑节能技术，在河北等地建成了被动式低能耗建筑示范项目。2017年又提出积极开展超低能耗建筑、近零能耗建筑的建设示范。2019年国家住房和城乡建设部发布的《近零能耗建筑技术标准》指出，在适应地区气候特征、场地条件下，建筑采用被动式设计，降低建筑的供暖、空调和照明需求，充分利用可再生能源的同时用主动式技术提高能源设备的效率和系统运行的效率，实现在生活中消耗最少量能源的同时提供最舒适的居住环境，标准指出其建筑的能耗水平比国家标准及行业标准低60%～75%以上[1]。

近零能耗建筑的居住能耗指标参考表1。

2 建筑能耗影响因素分析

2.1 体形系数

建筑物体形系数即建筑物和室外大气所接触的外表面积与建筑物体积的比值，就是指建筑物的单位建筑体积上所分摊到的与大气接触的外表面积。建筑物的体形系数越小越节能。有研究资料表明，建筑物体形系数每提高1%，会导致耗热量指标增长2.5%左右。因此减小建筑物的体形系数，能有效地减小建筑物与室外大气的接触面积，从而减少与外界的热交换。在夏天能减少外界热量输入建筑物中，保证室内凉爽，而在冬天能尽量保持热量保留在建筑物内，从而实现保温。

2.2 围护结构

建筑物的围护结构主要可以分为透明、不透明两部分，主要有墙、屋顶、楼板、窗户、天窗、阳台门等。根据围护结构在建筑物中位置的不同，又可分为外围护结构及内围护结构，外围护结构中主要有外墙、屋顶等，可以抵御风雨的侵袭、外界温度的变化和抵御太阳辐射等，主要有保温、隔热、防水、防潮、耐火等功能。围护结构的材质、各部件组成、节能设计等方面都会对建筑的能耗、舒适性、空气等室内环境质量指标有很大的影响。只增加几个百分点的外围护结构投入，就能带来几倍甚至十几倍的节能效果，可见建筑物围护结构的节能设计对降低建筑物的能耗有显著的效果。

2.3 建筑物门窗

建筑物门窗主要作用为通风、遮阳，同时也是室外冷热空气入侵、阳光入射的主要入室通道，所以门窗是室内热量升高、降低的主要途径，是近零能耗建筑设计的薄弱部位，所以门窗位置、材料使用的作用地位尤为突出。

夏热冬冷地区近零能耗居住建筑能效指标 表1

2.4 建筑物屋顶

建筑物屋顶受阳光直射，表面温度要高于其他建筑结构。尤其是顶层房间，在夏热冬冷地区受影响更大，顶层房间的夏热冬冷现象十分明显。

3 夏热冬冷地区近零能耗建筑技术措施

3.1 控制建筑物体形系数

在上述分析中可知，建筑物的体形系数的优化，对建筑物节能的影响十分明显，即建筑物体形系数每增加1%，建筑物热量消耗指标增加2.5%左右，所以应进行合理的建筑物结构设计，在建筑设计上使建筑物平面外形尽量规整，减少外墙凹凸面的变化，即尽量减少外墙和空气的接触面积。比如同样高度的建筑物，其平面形式为圆形、正方形、长方形时，对应的建筑物体形系数依次增大。对于普通民用建筑，建筑物体形系数随着建筑物长度、宽度、高度的增加，而不断减小，但是减小幅度逐渐下降。建筑物的长宽比、朝向、偏角在很大程度上影响体形系数，当偏角为90°时，南北朝向，长宽比越大，建筑物得热越少，建筑物体形系数越好。立体布置方面可采用“前低后高”等高低错落的建筑方式，既可打破单调的建筑样式，又利于优化建筑物节能设计。

3.2 合理调整建筑物平面布局

合理地设置建筑物布局，比如合理地设置电梯、机房等位置，利用非居住的空间来阻挡日照或者利用结构上设计的优势，利用空间自然通风来降低温度。通过空间结构设计，利用门窗、建筑物形成合适的风路，诱导形成自然通风，既能调节温度，又能改善建筑内空气质量。

3.3 建筑物围护结构材料优化

通过改善优化建筑物围护结构的保温、隔热性能，在夏季能有效阻挡外界热量侵入室内，在冬季可以保持室内热量不致流失。在材料选择上可利用多孔洞粘土空心砖、新型节能砖、混凝土空心砌块等，在保证建筑承重要求的基础上兼顾建筑物的保温隔热性能。多孔粘土空心砖其生产过程中既能减少毁坏耕地，又能节省能耗，其自重轻，使用在建筑物中可减轻地基负载，所以更利于地基的处理和建筑物抗震。由于其空心结构，因此更利于建筑物的保温。

对于外墙体，采用外墙保温隔热技术，对建筑物进行保温隔热设计。外墙保温、隔热技术的应用，可以有效解决外墙热桥的问题。在使用中比较成熟的外墙保温技术方案主要有外贴聚苯板保温、胶粉聚苯颗粒保温浆料、夹心聚苯板外墙保温等[2]。

3.4 建筑物门窗及屋顶的设计优化

建筑物门窗节能设计主要体现在合理控制窗墙比、提高门窗气密性、改善门窗的保温、隔热性能等。合理减少在房屋的四面不同方向的墙体上开窗比例，适当增加北侧窗的面积能够降低夏季太阳热辐射的影响。提高外窗的气密性，可以有效减少冬季、夏季室外冷热空气向室内的渗透。具体措施如通过设置泡沫密封条，使用新型的窗体粘接材料，使用密封性能更好的门窗。另外可以使用钢塑复合材料的窗体结构，避免金属窗体产生的冷（热）桥，通过设置双层玻璃、三层玻璃、中空玻璃等进行保温隔热，并通过采用窗体玻璃镀膜的方式减少夏季阳光直射带来的热量[3]。

在建筑物屋顶可以通过屋顶绿植、设置屋顶的蓄水池、设置屋顶定时喷水降温系统以及设置屋顶的通风隔热层等方式来降低屋顶的温度。

夏热冬冷地区的居住建筑能耗参数可参考表2。

3.5 可再生能源的利用

可再生能源对于居住建筑中能源的补充，在近零能耗建筑中起着储备能源的作用。如夏季在居住建筑楼顶可以布设太阳能板，如此不仅能改善顶层居民的居住环境的热舒适性，还能充分利用太阳光进行太阳能发电保证居住建筑内的能源供应。在居住建筑中还可利用地热泵为室内制冷、制热，地热泵具有一机多用、维护简单等特点。与其他加热或者制冷方式相比，地热泵在能耗方面表现极为突出，能有效地节约常规能源，充分利用地下水或地表水等低温热源，与居住建筑内的居住环境热交换，实现生活中的制冷或制热需求[4]。

夏热冬冷地区近零能耗建筑的建筑参数 表2

4 近零能耗建筑的意义及未来展望

世界上能源消耗主要分布的三大领域为工业、交通、建筑，所以控制建筑物能源消耗对于能源匮乏的国家来说极为重要。我国在近零能耗建筑方面积极地进行探索尝试和建设，尤其是对于夏热冬冷地区，其近零能耗建筑的设计对于我国整体近零能耗建筑建设有重大的意义作用。在建设过程中应积极借鉴国外成功的经验，对技术路线和技术内容进行符合国情和地区情况的转化。在目前法律、标准的基础上，进行近零能耗建筑的认证、推广等工作。借助目前产业转型升级的机遇，积极推动近零能耗建筑相关的产业升级。科学制定建筑指导方案，引导市场完善相关产业配套，制定长期的发展计划，逐渐降低成本，推动近零能耗建筑的市场化。

5 结语

综上所述，近零能耗建筑不仅能有效降低能源消耗，保障国家能源安全，还能在建筑物的基本功能外通过结构设计、优化，在降低能耗的同时改善室内居住环境。在近零能耗建筑的设计中应该在掌握建筑使用者舒适性要求的基础上充分考虑到以下几点因素：建筑物体形系数、窗墙比、建筑物朝向偏角、围护结构的优化、门窗材料的选择、可再生能源的利用等，以达到建筑近零能耗的目标。