近零能耗建筑技术在关中地区的实践

近零能耗建筑技术在关中地区的实践

姚宝珩 吕云鹤

（西安高新技术产业开发区房地产开发有限公司，陕西 西安，710065）

摘要

近零能耗建筑是建筑领域实现“碳达峰、碳中和”的关键，但在陕西关中地区仍处于起步阶段。本文研究了关中地区的近零能耗建筑案例，结合当地气候、地域和文化特点，探讨了适合该地区的被动式近零能耗建筑设计理论、应用技术和建设实践，为关中地区发展近零能耗建筑提供了技术支持和案例经验。

关键词

关中地区超低能耗建筑技术、近零能耗建筑设计、工程管理

一、研究背景

1．关中地区地理区位及气候特征

关中地区位于陕西省中部，西起宝鸡，东至渭南，位于渭北北山和秦岭之间，为渭河冲积平原。中国建筑气候区划标准下，关中及陕北大部年平均气温12-14℃，为寒冷区，四季鲜明，冬长夏热，冬季干燥寒冷。

2．关中早期历史及民居

关中地区在距今4000年前的夏早期就有了窑洞，距今3100年前出现了夯土结构的房屋。 

3．现代被动式建筑技术发展起源

现代被动式建筑技术的原始理念源于中国西北的窑洞和地坑院，这些建筑取材方便、施工简单、成本低廉，且冬暖夏凉，被视为解决环境问题和资源短缺的有效方式。1988年，瑞典阿达姆森教授和德国菲斯特博士受到这些传统建筑的启发，结合西方建筑技术和理论，首次提出了“被动房”的概念。

4．被动式建筑认证体系

（1）PHI认证。是由德国被动房研究所（PHI）牵头组织认证的被动式建筑认证标识。

（2）DENA认证。是由德国能源署组织认证的被动式建筑认证标识。

（3）近零能耗建筑认证。是由中国建筑节能协会组织认证的被动式建筑认证标识。认证依据为《近零能耗建筑技术标准》（GB/T 51350）、《近零能耗建筑测评标准》（T/CABEE 003）。

二、西安高新天谷雅舍幼儿园项目近零能耗建筑技术应用实践

西安高新天谷雅舍幼儿园项目是陕西省第一个近零能耗建筑。

（一）项目概况

该项目位于西安高新区，总建筑面积7473.80㎡，采用近零能耗设计。地上三层为被动区域，建筑面积4710㎡，包含教室、幼儿活动室、寝室等功能。地下一层为非被动区域，建筑面积2763.80㎡，用作地下车库。

（二）技术选择

1．设计目标

天谷雅舍幼儿园项目节能目标是：

表1主要房间室内热湿环境参数

表2能耗指标

2．设计指导思想

项目设计遵循“被动优先、主动优化、可再生能源补充”原则。被动优先方面，通过高性能保温系统、节能门窗、气密性措施和无热桥设计减少建筑能耗。主动优化方面，采用新风热回收系统、空调系统、照明系统、外遮阳系统，提供舒适健康的室内环境。可再生能源补充方面，充分利用太阳能+空气源热泵，进一步降低建筑能耗。

3．总体规划及单体方案

西安寒冷Ⅱ区，建筑需注重冬季保温和夏季隔热。项目建筑坐北朝南，体型规整，利于通风。通过优化窗墙比，提升采光和保温性能。屋面和立面采用机翼式遮阳百叶。项目还设有门斗和风雨连廊，结合植被阴影提高舒适度。

（三）节能设计及主要材料设备

1．外围护保温系统

根据PHPP能耗模拟计算及性能优化，项目外墙、屋面及地面传热系数分别为0.15W/(㎡·K)、0.14W/(㎡·K)和0.19W/(㎡·K)。

(1)外墙外保温

岩棉板（带），参数导热系数（25℃）≤0.16W/(m·K)，密度≥140kg/m³，燃烧性能A级。高强断热桥锚栓，单个锚栓的抗拉承载力标准值普通混凝土基层墙体1.91kN，蒸压加气混凝土基层墙体0.442kN，锚栓圆盘强度标准值1.83kN，单个锚栓对系统传热增加值≤0.002W/(㎡·K)。预压膨胀密封带，荷载BG2级热导率0.048W/(m·K)，荷载BG1级热导率0.045W/(m·K)，密封透气性a＜0.1m³/(h·m·(daPa)，抗水蒸汽扩散系数µ≤100。

(2)屋面防水保温

屋面采用钢筋混凝土+防水保温一体化系统，与外墙、女儿墙连接处进行断热桥处理。高容重石墨聚苯板，导热系数≤0.032W/(m·K)，表观密度≥25kg/m³，燃烧性能B1级。防水、隔汽卷材，为玻纤聚酯胎基改性沥青隔火自粘防水卷材、自粘性耐酸碱特殊铝箔面玻纤胎隔汽卷材、铜离子复合胎基改性沥青耐根穿刺防水卷材。

(3)地面保温

地面采用轻集料混凝土+挤塑聚苯板地面。挤塑聚苯乙烯保温板，导热系数0.029W/(㎡·K)，密度35.4kg/m3。

2．被动式门窗系统

根据能耗模拟计算，项目采用三玻两腔铝包木型材外门窗，气密性8级，水密性6级，整窗传热系数1.0W/(㎡·K)，外窗玻璃太阳得热系数值0.46，采用悬挂安装方式进行断热桥处理。项目采用铝包木被动窗和被动外开门，玻璃配置为5Low-e+16Ar+5+16Ar+5Low-e及6Low-e+16Ar+6+16Ar+6Low-e两种类型。天窗框体采用玻璃纤维聚氨酯复合材料，玻璃配置为8Low-e+12Ar+8+12Ar+3+2*0.38PVB+3Low-e。

3．外遮阳系统

项目结合建筑立面造型、采光通风及遮阳效果，南向、东向外窗采用电动式机翼外遮阳系统，遮阳片呈轻微弧型，闭合可减少正向风压，叶片可根据日照角度调节遮阳角度。屋顶设置采光天窗，外立面外凸构件作为固定外遮阳。

4．热回收新风系统

项目采用高效新风热回收系统，全热回收效率达75%。单位风量风机耗功率仅为0.19 W/(m3/h)，符合近零能耗标准。房间采用多联式中央空调系统，主机直流变速，根据房间负荷自动调节。

5．太阳能热水系统

屋顶设计太阳能+空气源热泵系统，集中供应热水，同时与新风系统机组构成遮阳构件，降低顶层建筑能耗。

6．太阳能光伏发电系统

屋面设有23.085kWp总装机容量的光伏发电系统，实现就近并网、自发自用。

7．无热桥设计

为减少热桥，项目遵循以下设计原则：1)避让规则：避免破坏外围护结构；2)击穿规则：管线穿透外围护结构时，增大孔洞，确保保温层密实无空洞；3)连接规则：保温层在建筑部件连接处应连续；4)几何规则：减少散热面积，重点设计重点部位，统筹兼顾其余部位。

8．气密性设计

将地上空间设计为被动区域，重点处理外门窗、管线穿透和开关插座等气密性节点。卫生间排风管与竖井之间设置电动密闭阀，并与排风扇联动。

9．厨房通风设计

幼儿园厨房，采用独立排油烟补风系统，保温密闭电动风阀与排油烟机联动，补风管道保温防结露。

（四）现场施工管理

1．难点分析

天谷雅舍幼儿园项目认证目标为，德国能源署DENA级认证、中国建筑节能协会近零能耗建筑认证。然而由于超低能耗建筑在陕西起步较晚，资源有限，供应链整合难度大。双层岩棉外保温系统、被动式门窗系统、全热回收新风系统、机翼式外遮阳系统在陕西首次应用，缺乏经验借鉴。超低能耗建筑节点构造复杂，对施工和人员技术要求高。

2．解决措施

(1)开发团队分工协作

项目部负责整体开发计划、设计深化、材料选型、工人培训、施工验收、能效监测、认证等。设计研发部负责近零能耗建筑技术咨询、图纸设计交底、技术参数确定。工程管理中心负责近零能耗建筑施工质量标准、过程检查、第三方材料抽查、关键验收。成本管理部负责近零能耗建筑施工单位、材料设备供应商招标、成本测算与控制。

(2)参建各方加强培训

项目管理团队（含建设、监理、施工）深入学习被动式近零能耗建筑的基本原理、认证体系、关键技术、材料设备、在建工地和使用效果，进行反复论证和精心策划。所有管理人员和施工人员经培训考核后上岗。

(3)深化图纸优化设计

项目部进行被动门窗、外幕墙、保温、防水、天窗、遮阳、光伏发电、新风空调、能耗监测等二次深化设计。

(4)方案先行样板引路

项目部制定《超低能耗项目工程管理策划》和专项管理制度。监理和施工单位成立超低能耗工作小组，联评联审施工方案，联合验收施工质量。项目部制作185实验房和六大系统样板教具，总分包单位进场后制作工法样板。

(5)过程控制持续改进

项目实行“三清单”管理，即材料封样清单、工序样板清单、功能性试验清单。严把材料质量、施工工艺、验收测试关，确保工程施工质量。

项目遵循《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019，经气密性检测和热成像检测，检测结果均合格，数据优于国内同类项目。

（五）能耗监测

《近零能耗建筑技术标准》（GB/T51350）强调能耗监测在超低能耗建筑中的关键作用。项目监测内容包括室内环境指标（如温度、湿度、PM2.5等）和外界气象数据。实时监测建筑用电情况，并通过展示终端向公众发布建筑运行数据，以推广近零能耗建筑。此外，使用能流图对比分析建筑能源消耗与能源生产，展示零能耗建筑的先进性。幼儿园项目建成后，连续一个月监测显示，在冬季室外平均气温4℃的情况下，通过被动式建筑技术和少量热辅助，室内能保持约20℃的温度。

模拟计算显示，幼儿园项目的建筑能耗综合值为138.2kWh/(㎡·a)，基准建筑能耗为362.3kWh/(㎡·a)。建筑综合节能率为61.8%，本体节能率为58.2%，可再生能源利用率为12.3%。

按照GB/T2589-2020标准，与一般建筑相比，天谷雅舍幼儿园项目每年可减少标煤205.84吨，降低二氧化碳排放559.9吨。

（七）被动式近零能耗建筑认证

经过认证，天谷雅舍幼儿园项目获得了德国能源署A级证书和中国建筑节能协会近零能耗建筑设计阶段认证证书。

三、总结与思考

1．对国家低碳发展战略和本地扶持政策的思考

自2021年2月起，全国碳排放权交易体系开始运行，对产业链、国际标准产生深远影响。预计未来30年，超低能耗建筑需求将大幅增长，市场总容量可达5～20万亿。国家和地方政府推动超低能耗建筑技术产业园区建设并提供政策扶持，陕西省也应加大扶持力度，激励房企开发超低能耗住宅。

2．对超低能耗建筑技术路径和应用前景的思考

关中地区窑洞、地坑院因易实施、造价低、构思巧而普及。现代被动房技术复杂，应优先考虑选址、朝向、体型简洁、通风、光影等非技术手段。超低能耗建筑在养老建筑、健康建筑、城市更新和乡村振兴中，因提升建筑能效、缓解城市能源紧张而具有可持续发展优势。

四、文献参考

[1]中德合作高能效建筑实施手册，中国住房和城乡建设部科技与产业化发展中心

[2]近零能耗建筑评价标识项目研究报告2019，环能科技有限公司

[3]被动式超低能耗建筑维护结构关键技术与材料应用，彭梦月，北京新型建筑材料1001-702X（2015）01-0077-06

[4]近零能耗建筑技术标准GBT51350-2019

[5]被动式房屋在中国的实践，张小玲，住房和城乡建设部科技发展促进中心

[6]zertifizierungskriterien_gebaeude_2016_CN被动房标准，被动式节能改造EnerPHit标准以及被动房研究所节能建筑标准，被动房研究所，莱茵大街44/46号，达姆施塔特，德国

[7]中国发展被动式房屋的建议与思考，张小玲，建设科技杂志

[8]西安高新天谷雅舍幼儿园项目设计文件、施工文件