近零能耗居住建筑高性能围护结构节能适宜性评价体系分析

本文首先分析了近零能耗建筑国内外的研究进展及标准概况，通过对不同气候区近零能耗示范项目进行外墙传热系数、屋面传热系数、热桥内表面温度、非透明围护结构热工缺陷现场测试，分析近零能耗建筑在设计和实际应用方面的优点及不足，同时根据对不同气候区示范项目现场调研与资料收集，总结了各气候区常用外围护结构保温体系。对非透明围护结构的热工性能、耐候性、抗冲击性、防火性等性能的相关实验测试与模拟，分析了近零能耗高性能围护结构适宜性评价的相关指标，随后通过建立不同气候区围护结构适宜性评价体系，计算影响围护结构性能的关键因素的权重，主要得出了一下几点结论：
第 1 章 绪 论

1.1 研究背景

  据统计，目前地球上蕴含的石油储存量约在 0.118 至 0.151 万亿吨之间，按照 1995年全球石油开采规模来看，在本世纪中叶这项化学能源将会耗完；对于天然气这个较为清洁的能源而言，目前全球储藏规模在 13.18 至 15.29 万立方米之间，根据当前的开采规模预计在 65 年之后左右也将会全部耗完。煤炭的储量规模整体较高，目前探明的规模约在 0.56 万亿吨，依然按照 1995 年所对应的年采 33 亿吨的规模，也在 169 年之后左右被全部的耗用[1]。我国石油当前的储备量所占全球的比例仅为 2.0%，按照当前的消耗量不到五十年就会枯竭[2]。在《BP 世界能源统计年鉴 2019》[3]中公布的相关数据显示，

2018 年我国能源消费规模增长速度相较于 2017 年的 3.3%增长了一个百分点。在过去十年里的平均增长速度则约为 3.9%，我国已经成为全球能源消费规模最大的国家，所占全球消费量与增长量的 24%与 34%。当然由于这些能源的耗用呈现出持续增长之势，这必然会进一步加大环境方面的危机。尤其是在我国较为寒冷的北方区域，冬天都需要耗用较多的煤炭来取暖，由此在空气中产生很多微粒，进而带来严重的雾霾天气。这些环境问题已经得到我国极大的重视，而且这些化石能源的耗用也会进一步加大城市的热岛效应以及温室效应，使得地球气候变暖，由此带来较为严重的环境问题。在此背景下，积极发展新能源与节能技术已经成为当前世界各个国家的共识，在建筑领域也开始积极创新节能降耗技术。很多国家也开始出台了很多政策性的措施来引导节能降耗技术的发展，为此德国 DGNB、美国 LEED 等开始出现[4]。众多低能耗建筑体系的发展,相较于常规建筑,这种新型建筑可以在各种气候环境下有着较高的适用性，同时在碳排量、能耗等方面也有着很大的优势，有着较高的气密性，同时保温隔热性能也表现的较为出色，由此会带来较为丰富的社会与经济效益。这种新型建筑的主要特征体现在：舒适性、节能效果、质量水平都能得到显著提升。该领域的诸多节能降耗技术的不断发展，在增强人民的生活品质、降低碳排量、改善气候环境等方面都有着积极作用。根据《中国建筑能耗研究报告（2019 年）》[5]统计，建筑能耗在全国总能耗中占比达 21.11%，可以预见，随着我国经济与社会的持续发展，民众期望能够享受到更为舒适的环境，这也使得当前的建筑在能耗方面呈现出增长之势。为了解决这种问题，如今建筑业开始推出了节能标准体系，而该体系的日益完善将会使得环境、社会与经济效益得到显著提升。我国也开始积极借鉴国外的先进节能技术，如德国所推出的节能建筑技术，从而在我国正式推动绿色建筑的建设，为我国建筑业的绿色化发展提供了重要支持[6-8]。在整个建筑体的使用年限之内，为了更好满足民众的舒适化需求，积极的利用周围环境与自然资源，使之具有典型的绿色属性，不会对周围生态带来负面影响，同时也不会对人们的身心健康带来负面影响，这样的建筑也就是所谓的绿色建筑。它十分注重建设与应用过程中能源的节约，最大限度减少对自然环境的破坏，同时还能给人们带来舒适的生活空间，实现人和自然的和谐发展。我国现象的绿色建筑标准采用了北方为先的原则，然后再进一步发展到中部区域，最后再到南北省份。优先住宅类建筑中使用，然后再发展到公共建筑，并且要逐步完善相关的节能标准。当前近零能耗的建筑，通常采用的是被动式设计，这能够显著降低对建筑的多元化需求，并能对各种再生能源进行科学利用，通过主动式技术提高了能源利用率，从而达到近零能耗的目的。因此，近零能耗建筑成为近几年关注的热点。按照气候环境、能源使用特点、经济水平等有关信息，近零能耗建筑的评价标准也需要因地制宜[9]。

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.1.1 节能标准的研究

  近些年，发达国家针对近零能耗建筑的相关政策进行了推行，譬如欧盟就推出了《建筑能效指令》[10]，从中明确表示在 2020 年底之前，要使得新建建筑都需要达到近零标准，虽然这些国家对近零能耗建筑的技术方式与定义模式都有着一定差异，不过从目前来看全球大多数国家都对近零能耗建筑的发展没有确切的目标[11]。德国所颁布的《节能法》（EnEG 2013），针对关于建筑节能方面，又提出了具体的要求，在 2019 年之后政府所建设的各项公共建筑都需要满足就“近零能耗”标准要求。同时进一步要求在 2021 年各类新建设的建筑都要达到这个标准要求，而到本世纪中叶，则需要当前存量的建筑都需要进行改造，使之满足该标准要求。此外根据该国所版本的EnEV2014 条例显示，针对建筑采暖能耗有着明确规定：30 kWh/m2·a，相较于被动式建筑的采暖能耗标准，亦即是 15 kWh/m2·a 仅仅相差了一半。对在德国将被动式建筑进行了以下定义，这是一种节能建筑的重要标准，相较于常规建筑的能耗而言要节约 90%以上的能源，相较于新建设的建筑而言，节能规模也达到了 75%。近零能耗建筑的核心技术就是借助于创新的围护结构，积极完成热、太阳能等各种能源的回收，使得建筑不再运用传统的热能系统，只需要借助于通风系统就能为整个建筑提供动态的新风。挪威也成功颁布了有关建筑标准 Norwegian Building Code (TEK)，其中明确提出从2007 年起，在其后的 20 年发展中不断的降低建筑的能耗。其中要将 2007 年的能耗标准作为基础，十年后的能耗水平要降低一半；十五年之后则需要进一步下降到 76%。二十年之后，也就是在 2027 年要真正实现零能耗。不过该国所提出的标准中并没有明确被动房以及低能耗建筑的概念，该国的标准主要是以德国所提出的标准作为基础，同时再结合本国自身的气候特点，完成了 NS3700 标准的完善，从中对一次能源的消耗量进行界定，也就是将按照单位面积的 CO2排放量和可再生能源的占比来进行表示。比利时《BelgischStaatsblad-oniteurBeige2009 法案》中则有明确规定：具体将供暖或者供冷的面积作为重要的基准，若是全年能耗低于每平米 30 千瓦时，那么就是低能耗建筑（居住型）。若是低于每平米 15 千万时，就达到了被动式建筑标准，若是达到这个标准同时是由可再生能源供给，那么就达到了零能耗建筑标准