夏热冬冷地区净零能耗办公建筑节能研究

高效节能的用能系统。在提高围护结构热工性能的基础上，选择合适的用能系统用于供热、空调等系统，如温、湿度独立控制的空调系统，有效的降低建筑的系统能耗，避免能源的浪费。本文先是综述了国内外净零能耗的研究进展，确定零能耗建筑已经成为了全球各国建筑的研究趋势。然后通过对我国公共建筑能耗的形势和夏热冬冷地区三个典型城市上海、成都、重庆的公共建筑分项能耗进行详细的分析，发现我国公共建筑的节能任务还尤为重要，尤其是照明与插座、空调系统的能耗占比巨大，还有较大的节能空间。因此本文运用实际的示范项目建筑设计以及对其进行模拟能耗分析来验证该净零能耗建筑能够达到净零能耗的标准。因此来总结归纳出夏热冬冷地区净零能耗办公建筑的主要设计措施如下
第 1 章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 建筑业能耗背景

  众所周知，社会的进步与发展离不开能源的支撑，能源是人类赖以生存的物质基础。自工业革命后，由于人们对大规模工业生产和高速经济发展的期待，煤炭、石油等化石能源被迅速消耗，现在地球上的蕴藏量有枯竭的倾向。中国一直处于能源不足的状态下，但同时也正处于经济快速发展和城市建设的关键阶段，能源消耗比同等经济水平的发达国家还要高。据《BP 世界能源统计年鉴》所示[1]，2018 年我国能源消耗仍然处于增长的趋势，其能源消费量占全球的 24%，增长量占全球的 34%，与 2017 年能源消费量比，增长 4.3%，与全球相比，已经 17 年处于世界能源消费量之最的地位。因此，我国能源形式一直都处于非常严峻的状态。2015 年，在巴黎举行的气候变化大会上，我国曾表明我国一直积极倡导节约能源，并且其单位国内生产总值二氧化碳排放量要在 2030 年同比 2005 年下降 60-65%[2]。同时在我国《“十三五”节能减排综合工作方案》中表明，到 2020 年，我国能源消费总量要控制在 50 亿吨标准煤之内，其全国万元 GDP 能耗比 2015 年下降 15%[3]。在我国能源消耗总量中，建筑业占了很大的一部分，但据数据显示，我国建筑领域能源消费仍然处于增长的阶段，如何降低建筑领域能源消费成为我国节能减排工作的重中之重。据研究，2016 年，我国建筑能源消费总量占全国总能耗 20.6%，总量为 8.99 亿吨标准煤，建筑面积为 635 亿平方米，根据推测到 2030 年我国建筑存量将接近 800 亿平方米，而建筑能耗占全国能源消费每增加 1%，将多用 5000 万吨标准煤[4]。根据我国节能减排的路线，到 2030 年建筑能耗要控制在 10 亿吨标准煤左右[5]。综上所述，建筑领域的节能已经迫在眉睫了，所以我国需不断的提高建筑节能，制定相应的节能标准，建设低能耗超低能耗的建筑势在必行，所以如何使建筑达到零能耗是目前需要探索研究的重点，同样也是解决能源问题和环境问题的重要举措。

1.2 国内外零能耗建筑研究进展

1.2.1 国外零能耗建筑研究进展

  在国外，零能耗筑的研究和发展比较成熟，国外学者在零能耗建筑相关各个领域都进行了刻苦的钻研，包括零能耗建筑定义、围护结构的热工性能、用能系统的应用以及可再生能源的应用等，如下面对其研究进行总结与归纳。在零能耗建筑的定义方面，A.J.Marszal[8]等阐述了零能耗建筑的能量守恒算法，并针对多个案例进行了调查和分析指出，明确零能耗建筑的定义和相应的指标体系是其发展过程中的难点与痛点；P. Torcellini [9]等在美国有关部门的支持下，通过针对大量实际案例进行总结与分析，归纳了零能耗建筑的定义，研究并验证了影响建筑能耗的因素；Igor Sartori[10]基于前人的研究基础通过数学模型构建研究了零能耗建筑的影响因素和能量平衡公式，最后定义了零能耗建筑以及明确了零能耗建筑的算法等，给零能耗建筑的研究起到了关键性的作用；Julien S.Bourrelle[11]着重研究建筑能源平衡原理，通过建筑输入能量的变化对建筑造成的影响的分析，得出输入能量与建筑之间的平衡关系；P.Hernandez[12], Himpe E[13], Bjorn Berggren[14]等学者改变了之前学者的研究方式，首次从建筑的规划、设计、建设、运行等各个环节进行分析，首次提出建筑全生命周期的概念，使零能耗建筑的理论研究发展到全周期。在零能耗建筑设计方面，Amelie Robert[15]指出，建筑周围的环境、气候，建筑的位置都会给建筑的能耗造成影响，所以要实现零能耗就应该先从最初的建筑规划、选址展开研究；Danny H W[16]等综合了多个案例，归纳了零能耗建筑所有常用的节能设计，分析了如何优化可再生能源系统的运用；Shady Attia[17]和 Scott Bucking[18]等从理论结合实际的角度出发，综合前辈大量的零能耗建筑设计，选择合理的算法对其节能效果进行评价以及模拟验证；H.Lund[19]等不同于他人的研究角度，通过从大范围到小角度的建筑能耗量化分析的方法，总结建筑的能源边界。从零能耗建筑验证角度出发，Wang Li ping[20]等通过对英国气候环境条件分析，从建筑的主动节能与被动节能两方面入手，用一些辅助的模拟软件进行研究，通过规划设计来优化设计并获得每个影响元素的参数值；M.T. Iqbal [21]针对实际工程案例进行能源分析，从风能的角度分析了加拿大地区零能耗建筑的可行性；Guilherme[22]等使用软件作为一种模拟方法来量化和分析各个影响因素，确认了太阳系统的确切形式，为设计师提供可靠参考资料；Esbensen[23]等对大量零能耗建筑物进行了案例研究，以各种方式提高了建筑物的能源效率，并实现了包括高效能源利用设施在内的零能耗建筑物。

第 2 章 夏热冬冷地区公共建筑能耗特点

2.1 夏热冬冷地区气候特征

2.1.1 我国气候分区

  依据《民用建筑设计通则》GB50352-2005 中规定[50]，将我国分为了 7 个主气候区，而每个主气候区又分为了多个子气候分区，共 20 个子气候区。即各个气候区的划分如表 2-1 所示，同时图 2-1 可清晰的呈现我国气候区所包括的地方与区域

如表可得，夏热冬冷地区1月份的平均温度为0~10℃，7月份的平均温度为25~30℃，因此该地区对于建筑的基本要求要满足以下三点：一是对于夏季应注重建筑的隔热措施、遮阳措施和室内通风措施等要求，而冬季也需要重视其建筑物的防寒措施；二是注重建筑的防护措施，比如防潮、防雷电、防雨水等等；三是在夏热冬冷 IIIA 区的地区应注重建筑的防暴雨以及防盐雾侵蚀等措施的实施

第 3 章 净零能耗建筑的设计要点、方法与策略

3.1 设计要点

3.2 实现净零能耗办公建筑的设计方法与策略

3.3 本章小结

第 4 章 成都夏热冬冷地区净零能耗办公建筑设计要点分析

4.1 气候与地域特征

4.2 降低建筑能耗设计技术要点

4.4本章小结

第 5 章 夏热冬冷地区净零能耗办公建筑模拟评价

5.1 模拟软件 DEST 的介绍

5.2 基础模型的建立

5.3 模型对比分析

5.4全年可再生能源的储量统计与计算

结论

  本文先是综述了国内外净零能耗的研究进展，确定零能耗建筑已经成为了全球各国建筑的研究趋势。然后通过对我国公共建筑能耗的形势和夏热冬冷地区三个典型城市上海、成都、重庆的公共建筑分项能耗进行详细的分析，发现我国公共建筑的节能任务还尤为重要，尤其是照明与插座、空调系统的能耗占比巨大，还有较大的节能空间。因此本文运用实际的示范项目建筑设计以及对其进行模拟能耗分析来验证该净零能耗建筑能够达到净零能耗的标准。因此来总结归纳出夏热冬冷地区净零能耗办公建筑的主要设计措施如下：

（1）合理规划建筑的选址、建筑布局以及形体设计。建筑在最初规划阶段，首先要符合建筑的形体设计，遵循建筑周围的气候特征，充分达到建筑空间形态、表皮、良好的自然通风，并融合结构、机电、环境全专业的绿色技术，保证室内环境的舒适性与健康性。

（2）建筑高性能的围护结构设计。根据夏热冬冷地区的气候特点以及传热过程特点，需要提高建筑围护结构的热工性能，严格的控制其传热系数，避免围护结构热桥的产生，严格控制建筑的气密性等都是围护结构设计中需要重视的，因此才可以达到建筑的保温隔热作用。

（3）高效节能的用能系统。在提高围护结构热工性能的基础上，选择合适的用能系统用于供热、空调等系统，如温、湿度独立控制的空调系统，有效的降低建筑的系统能耗，避免能源的浪费。

（4）可再生能源的利用。从经济适用角度出发，因地制宜的对比选择可再生能源的如何选用，从而解决建筑夏季制冷和日常用电，使建筑用电与太阳能发电量处于平衡的状态，从而达到能源的平衡。

（5）建筑科学合理的运行策略。使用建筑能耗数据监测系统，时时刻刻查看建筑的运行数据，并根据室外环境的变化和室内的具体用能情况来制定有效的运行策略同样可以减小建筑用能系统的运行能耗，从而达到进一步的节能。