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摘要：超低能耗建筑在我国得到了快速发展，尤其是寒冷地区，需要研究寒冷地区的超低能耗设计策略，使超低能耗建筑更好的实现节能效果。通过分析我国寒冷地区温度、湿度、风环境、日照辐射环境等要素，结合超低能耗建筑的相关指标，从总体设计、围护结构设计、无热桥结构设计、遮阳设计等方面，提出了寒冷地区超低能耗建筑的设计策略。
关键词：被动；超低能耗建筑；寒冷地区；气候；设计
0引言
建筑能耗已经占到社会总体能耗的30%以上，建筑采暖、制冷等维持室内舒适度的技术措施，会消耗大量能源，排放出温室气体，造成温室效应，使全球平均温度不断升高。为了应对气候变化，减少环境污染，我国开始发展超低能耗建筑[1]。河北、山东、山西等地，纷纷出台政策，推广和扶持超低能耗建筑发展。《河北省被动式超低能耗建筑产业发展专项规划（2020－2025年）》中提出，在未来5年河北省超低能耗建筑将保持20%以上的增长，到2025年将建设900万m2。从建成项目和规模来看，目前超低能耗建筑的主要建设地点为北方，这些地区多处于寒冷地区。因此，需要根据寒冷地区的气候特点，有针对性的分析气候特点对于设计的影响，研究出更加适合北方地区的超低能耗建筑设计策略和方法。
1寒冷地区气候特点
根据我国的热工设计区划，寒冷地区主要为华北地区，这些地区具有以下气候特征：冬季采暖期较长，一般大于90d，采暖期平均气温低于5℃；夏季气温较高，平均气温可比冬季高25℃。一年中空气湿度变化也比较大，通常冬季湿度较低，最低可达5%，夏季湿度较高，可到90%以上。日照辐射较为强烈，总体辐射夏季较强、冬季较弱，夏季辐射主要集中在水平面上，冬季辐射主要集中在南向垂直面上；一般夏季风向为东南，冬季风向为西北[2]。在进行超低能耗建筑设计时要充分考虑这些气候特征，结合相关设计规范才能更好的实现超低能耗的目标。
2被动式超低能耗建筑性能指标要求
2.1能耗指标要求
被动超低能耗建筑对于能耗要求较高，国际上要求通常要求每平米建筑的用于采暖的能源消耗不高于15kWh/（m2a），建筑每年的总体能耗不高于120kWh/（m2a）。我国根据自己的国情，要求寒冷地区要求冬季采暖指标不能高于10kWh/（m2a），夏季制冷能耗不能高于20kWh/（m2a），室内气温要求也比热工设计规范高，要求冬季不低于20℃，夏季不高于26℃[3]。
2.2建筑围护结构性能要求
围护结构包括非透明围护结构和透明围护结构，主要在传热方面有较高要求，一般非透明围护结构的传热系数要求不大于0.15W/（m2·k）。而对于透明围护结构则要求综合传热系数不大于1.1W/（m2·k），同时要满足水密性和气密性要求。
2.3气密性要求
在冬季，建筑有很大一部分能耗是空气渗透造成的，因此，超低能耗建筑在气密性方面提出了要求，要求门窗气密性应该达到8级，即：要求在10Pa的气压差下，每米门窗缝隙每小时透过的空气量要小于0.5m3。
3寒冷地区超低能耗建筑设计策略
寒冷地区有自己独特的气候特点，在进行超低能耗设计时，应进行充分分析，同时结合建筑外部环境来进行综合设计，才能获得最佳的节能效果，具体原则如下：
3.1建筑总体设计
超低能耗建筑在设计时应从规划布局开始，在进行规划设计时要遵循寒冷地区气候特点，尤其是日照辐射要求进行考虑。传统建筑在设计时通常遵循日照设计管理规定进行，如日照间距或日照时数等要求。超低能耗建筑的目标是降低对传统能源的依赖，在太阳能利用方面要求较高，原有的日照规范要求略显不足，因此在超低能耗设计时要适当增加建筑间距，提高超低能耗建筑的太阳能可利用量。
3.2建筑平面设计
建筑平面设计是节能的关键要素之一，在平面设计时，应使建筑平面简洁，减少凹凸，降低体型系数。功能布局时考虑气候缓冲作用，将温度需求高的房间放在内部或南侧，温度要求低的房间放在外部或北侧。
3.3围护结构设计
由于超低能耗建筑围护结构传热系数小，因此需要增加保温层厚度，通常保温层可达200mm以上，这对外围护结构设计提出了较高的要求，超低能耗建筑的外围护结构要尽量简单，减少装饰，避免装饰构件对围护结构整体性的破坏，影响施工和使用效果。
3.4无热桥构造设计
无热桥构造设计是超低能耗建筑设计的重点，热桥设计决定了建筑节能的最终效果，影响围护结构内部的温度分布，湿度分布，如果设计不合理可能造成性能的大幅下降。在进行无热桥的构造设计时，要选用传热系数低的材料作为建筑构造的主要材料，如必需使用导热系数高的材料，则需增加断热构造处理。进行构造设计时，尽量不破坏保温层的连续性和完整性，减少保温层两侧的连接，尤其是刚性连接。
3.5遮阳设计
寒冷地区，夏季气温也较高，日照辐射会加速室内温度升高，增加制冷能耗。因此，尽管处于寒冷地区，仍然需要进行遮阳设计。遮阳设计时需要根据当地纬度、年气温变化等因素考虑遮阳方式。遮阳设计时不能单方面考虑夏季遮挡，同时应对冬季的采暖进行考虑。要求冬季时，遮阳设施不能影响日照辐射进入室内。这就要求对遮阳角度与方式进行考虑，例如，采用水平遮阳，设计时可以根据春分作为分界。计算春分时太阳高度角，当春分过后，随着太阳高度角增加，遮阳开始，至夏至时达到完全遮阳。通过被动式的遮阳设计，可以更加合理的利用日照辐射。
3.6室内空气质量设计
由于超低能耗建筑的气密性较高，因此室内空气流通性较低，室内空气质量需要着重考虑。目前多采用新风系统来保障空气质量，但在设计过程中应该更加注重过渡季节的被动通风措施，制定被动通风计划，最好能够设计自动门窗控制系统，通过监测环境状态，控制门窗的开启，保障室内的空气质量。
4结语
超低能耗建筑是一项系统的工程，只有结合气候特点，科学分析，选择合理的技术措施，才能达到设计目的。在今后的发展中，应更加注重研究气候条件对设计的影响，以及舒适度对设计的要求，使超低能耗建筑更好的实现自身价值。
参考文献
[1]毛强.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].住宅与房地产，2017（21）：131.
[2]孙继松，李晓艳，丁德平.华北地区的季节变化特征与季风[J].大气科学，1999，23（4）：487-496.
[3]徐伟，孙德宇.中国被动式超低能耗建筑能耗指标研究[J].动感（生态城市与绿色建筑），2015（1）：37-41．
作者:李纪伟 牛炳玲 单位:河北大学建筑工程学院