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摘要：我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。建筑全生命周期碳排放占全國總排放量的50%左右，因此控制和降低建筑領域的能耗和碳排放，對于實現雙碳目標至關重要。不斷降低建筑能耗、提升建筑能效、利用可再生能源，推動超低能耗建筑發展，促進行業低碳轉型成為建筑領域的中長期發展目標。本文通過對超低能耗建筑被動式及主動式技術的分析，結合項目平面功能、立面效果，建議選擇適宜該項目的遮陽措施、高效新風熱回收系統、光伏技術等手段實現降低建筑自身能耗、提升用能效率的需求。通過對超低能耗建筑的探索與應用，旨在為我國建筑行業助力實現“雙碳”目標獻力。

關鍵詞：超低能耗建筑；“雙碳”目標；光伏技術

2020年9月22日，中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出：“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。2021年10月24日中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》。根據意見，到2030年，經濟社會發展全面綠色轉型取得顯著成效，重點耗能行業能源利用效率達到國際先進水平。到2060年，綠色低碳循環發展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上。

根據中國建筑節能協會發布的《中國建筑能耗研究報告（2020）》統計，2018年我國建筑全生命周期碳排放占全國碳排放總量的51%，且能源消耗占比和趨勢與碳排放水平一致。因此，控制和降低建筑領域的能源消耗和二氧化碳排放，對于我國早日實現碳達峰和碳中和的目標有重要意義。超低能耗建筑在建筑建造施工和運行過程中能夠減少建筑用能，提高建筑用能效率，利用可再生能源直接給建筑供能，有效降低一次性能源消耗，減少碳排放。因此，超低能耗建筑是實現建筑碳中和目標的重要途徑。大力推動超低能耗建筑發展，加強超低能耗建筑技術手段創新，將成為建筑領域未來發展趨勢。

一、超低能耗建筑概述

（一）概念

超低能耗建筑是指適應氣候特征和自然條件，通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結構，采用高效熱回收技術，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源消耗提供舒適室內環境的建筑。[1]

超低能耗建筑的技術核心是以降低一次性能源消耗為目標，通過圍護結構的保溫、隔熱、氣密性、斷熱橋以及優化暖通設備等措施，降低建筑本體能源需求，減少對傳統采暖和制冷設備的依賴，以更少能源消耗提供更優秀室內環境的建筑形式。

（二）政策導向

為促進超低能耗建筑高質量發展，國家和各省市相繼出臺相關的實施意見和補貼政策，并廣泛建立超低能耗建筑示范項目，體現了國家在推動超低能耗建筑發展上從宏觀到微觀層面的重視。

1.國家政策

2017年1月5日，國務院印發《“十三五”節能減排綜合工作方案》，提出開展超低能耗及近零能耗建筑試點。

2017年3月1日，住房和城鄉建設部發布《建筑節能與綠色建筑“十三五”規劃》，旨在建設節能低碳、綠色生態、集約高效的建筑用能體系，推動住房城鄉建設領域供給側結構性改革。鼓勵開展零能耗建筑建設試點，提出到2020年建設超低能耗、近零能耗建筑示范項目1000萬平方米以上的目標。

2021年3月12日，十三屆全國人大四次會議審議通過的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》全文發布，提出開展近零能耗建筑、近零碳排放等重大項目示范。

2021年10月21日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》，提出推動高質量綠色建筑規模化發展，大力推廣超低能耗、近零能耗建筑，發展零碳建筑。

2021年10月26日，國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》，提出加強適用于不同氣候區、不同建筑類型的節能低碳技術研發和推廣，推動超低能耗建筑、低碳建筑規模化發展。

2.各地政策

據初步統計，到2019年底，我國在建及建成的超低能耗建筑示范項目超過700萬平方米，主要分布在北京市、河北省、河南省和山東省，這4個省市在建及建成的示范項目共164個，總面積567.02萬平方米。其中，北京市超低能耗建筑示范項目共計32個，建筑面積66萬平方米；河北省示范項目67個，建筑面積316.62萬平方米；河南省示范項目12個，建筑面積約為78.4萬平方米；山東省示范項目53個，建筑面積106萬平方米。同時，各級政府也順勢而為，相繼出臺支持超低能耗建筑發展的專項規劃、實施方案及指導意見等綱要性文件，進一步明確了超低能耗建筑發展目標、任務與路徑；對超低能耗建筑項目給予資金補貼、容積率獎勵等多種政策激勵，為穩步推進我國超低能耗建筑規模化發展奠定了基礎。

經過“十三五”時期超低能耗建筑示范項目的建設和對超低能耗建筑技術的系統研究，我國初步建立了超低能耗建筑的技術標準體系，為進一步推動超低能耗建筑規模化推廣，助力建筑領域實現碳達峰打下堅實基礎。

2021年是“十四五”規劃的第一年，各省市響應綠色建筑創建行動，加強高品質綠色建筑項目建設，繼續加大超低能耗建筑推廣力度。各省市紛紛出臺綠色建筑創建行動實施方案，建立健全超低能耗建筑政策標準體系，持續推進超低能耗建筑發展，加強超低能耗建筑的質量監管，保證建設質量，建立和完善評價和后評估機制，形成系統的超低能耗建筑政策和技術體系，實現超低能耗建筑向標準化、規模化、系列化方向發展。

（三）標準導則

為了提高建筑節能與綠色建筑發展水平，在充分借鑒國外被動式超低能耗建筑建設經驗并結合我國工程實踐的基礎上，2015年，住房和城鄉建設部印發《被動式超低能耗綠色建筑技術導則》（試行）（居住建筑），指導推動居住建筑向超低能耗建筑發展。[3]2019年，住房和城鄉建設部印發國家標準《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350-2019），標準中明確指出了超低能耗建筑的定義，并對公共建筑、居住建筑的超低能耗建筑的能效水平、技術指標及措施進行了規定，有力地支撐了超低能耗建筑的發展。

各省市根據當地氣候條件、用能習慣和生活習慣等方面研究適宜當地的技術路徑和耗能指標，制定了與之相適宜的超低能耗建筑的技術標準和導則圖集。以北京市為例，2018年，北京市住房和城鄉建設委員會制定了《北京市超低能耗示范項目技術導則》和《北京市超低能耗農宅示范項目技術導則》，對北京市超低能耗建筑和農村住宅示范項目的技術措施、施工和驗收過程等進行技術指導。2020年底，北京市規劃和自然資源委員會、住房和城鄉建設委員會組織制定了北京市地方標準《超低能耗居住建筑設計標準》（DB11/T 1665-2019），為進一步降低北京市居住建筑能耗，規范超低能耗居住建筑設計提供了技術標準。

二、技術措施

超低能耗建筑設計時應以降低能耗為目標，注重優化空間布局和能源供給方案。在總體規劃和方案設計階段應根據當地的氣候條件、自然資源等特點進行建筑的總體布局、朝向、體形系數、采光通風和室內空間布局的適應性設計。前期總體規劃和方案設計越合理，建筑節能的潛力越大，超低能耗建筑技術越能發揮其最大效用。

超低能耗建筑技術應用次序和目標是被動優先，主動優化，保證良好的室內環境并最大限度地減少能源消耗。[4]被動式技術包括自然采光和通風、高性能的保溫系統、無熱橋設計、整體氣密性、遮陽設計等；主動式技術包括高效新風熱回收系統、輔助供暖供冷系統、高效節能光源等。

（一）被動式技術

1.高性能的保溫系統

超低能耗建筑圍護結構應比普通建筑圍護結構的保溫性能更高，超低能耗建筑圍護結構的保溫層厚度增加，是普通建筑保溫層厚度的2-3倍。在北京地區，以外墻保溫巖棉板為例，超低能耗建筑外墻的保溫層厚度約300mm左右，而普通公共建筑外墻保溫厚度約100mm左右。

外窗是影響超低能耗建筑節能效果的關鍵部位，其影響建筑能耗的性能參數主要包括傳熱系數、太陽能得熱系數以及氣密性。外窗應有良好的氣密、水密及抗風壓性能。依據國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》（GB/T 7106－2019），外窗氣密性等級不低于8級，水密性等級不低于6級，抗風壓性能等級不低于9級。[2]北京地區超低能耗建筑與普通建筑的保溫系統對比參數見下表。

表1 北京地區超低能耗建筑與普通建筑的保溫系統對比

2.無熱橋設計

建筑圍護結構中熱流密度顯著增大的部位，成為傳熱較多的橋梁，稱為熱橋。超低能耗建筑設計時，應嚴格控制熱橋的產生，對建筑外圍護結構進行無熱橋設計。[5]無熱橋設計的基本原則是通過適當地添加絕熱層，阻斷不同材料連接處的熱橋，保溫層在建筑部件連接處連續無間隙。建筑體形宜規則，減少圍護結構的凹凸變化，從而降低建筑的外表散熱面積。

熱橋往往會出現在不同材料連接處和結構變化部位，如女兒墻、挑出樓板、管道穿屋面等位置。普通建筑在女兒墻等突出屋面的位置保溫層一般不連續設置，只是在沒有保溫層的位置用30厚的憎水膨珠漿料等保溫砂漿將其連續起來，避免建筑內表面發霉、結露。超低能耗建筑在女兒墻等薄弱環節其保溫層應與屋面、墻面連續設置，在頂部設置金屬蓋板，以提高其耐久性，而且保溫層固定應采取斷熱橋錨栓等避免熱橋的措施，二者做法對比如圖1所示。

超低能耗建筑外窗安裝方式與普通建筑的外窗安裝方式有較大區別。普通建筑窗戶安裝在砌體結構上，保溫層中斷；超低能耗建筑外窗安裝時應將外窗框的熱橋損失降到最低，外窗框內表面和結構外表面齊平，采用外懸式安裝方式，將窗戶安裝在保溫層內，外墻保溫層多包住窗框，并且用專用成品連接件進行連接，保證保溫層連續無中斷。二者做法對比如圖2所示。

3.整體氣密性

建筑氣密性是實現超低能耗的重要措施。良好的氣密性可以減少冬季冷風滲透，降低夏季非受控通風導致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發霉、結露和損壞，減少室外噪音和空氣污染等不良因素對室內環境的影響。[3]

普通建筑對氣密層沒有強制要求，而超低能耗建筑要求氣密層應完整連續并包圍整個外圍護結構。應采用規則簡潔的造型，對節點進行氣密性處理；選用氣密性等級高的外門窗；選擇適用的氣密性材料構成氣密層，常見的構成氣密層材料包括一定厚度的抹灰層、硬質的材料板、氣密性薄膜等。[6]

建筑氣密性的保障應貫穿整個設計和施工的各個環節中。門窗、洞口和結構間縫隙等關鍵部位需要氣密性設計和精細化施工。以外門窗安裝部位的氣密性處理為例，外窗內側應使用防水隔汽膜，外窗使用防水透氣膜進行密封處理，安裝時使用的支架或墊塊也要用防水透氣膜或密封條進行處理。施工完成后，還應對整個建筑進行氣密性測試，查找氣密性薄弱環節，并采取措施改善補救。

4.遮陽設計

采用合理的遮陽措施可以有效地降低夏季空調能耗和冬季供暖能耗。遮陽設計應根據不同地區的氣候特點、房間功能和朝向等因素綜合考慮。超低能耗建筑宜采用可調節的遮陽設施（圖3、圖4）。可調節外遮陽表面吸收的太陽得熱，傳入室內的比例比內遮陽或中置遮陽小，并且可以根據太陽高度角和室外天氣情況自動或手動調整，是最適合超低能耗建筑的遮陽形式。[2]

可調節外遮陽可以阻擋90%左右的太陽輻射，空調能耗降低約30%，采暖能耗降低10%以上，同時可以隔音降噪，采光調光，避免眩光，節約照明能耗。

（二）主動式技術

1.高效新風熱回收系統

超低能耗建筑應采用高效新風熱回收系統（圖5），通過回收利用排風中的能量降低供暖制冷需求。[6]熱回收新風系統的工作原理是先將室內的污濁空氣經熱回收后排向室外，同時將室外的新鮮空氣，經過過濾凈化后再進入高效熱回收器，然后將經過換熱后調節到接近室溫的空氣通過風管送到室內，整個通風過程均勻連續，達到健康、舒適、節能通風的目的。熱回收裝置的類型應根據地區氣候特點，結合工程的具體情況綜合考慮。

2.輔助供暖供冷系統

超低能耗建筑輔助供暖供冷系統應優先利用可再生能源，減少一次能源的使用。可再生能源主要包括太陽能、地源熱泵、空氣源熱泵及生物質燃料等。寒冷地區宜采用地源熱泵或空氣源熱泵，輔助熱源選擇時，除滿足供暖、新風處理要求外，宜兼顧生活熱水的用熱需求，并盡可能利用太陽能供應熱水。[6]

3.高效節能光源

超低能耗建筑宜采用高效節能光源和智能化照明控制系統，按需照明，降低照明能耗。例如公共區域的照明應采取聲光控制、定時控制及紅外感應控制等節能措施。地下空間可以設置采光井、光導管（圖6、圖7）或者利用下沉式廣場等措施提供天然采光。

（三）小結

超低能耗建筑的優勢在于以下四點：更加節能，建筑物全年供暖供冷需求顯著降低；更加舒適，建筑室內溫濕度適宜，體感更舒適；更好空氣品質，高效的新風系統提供室內足夠的新鮮空氣，通過空氣凈化技術提升室內空氣品質；更高質量保證，無熱橋、高氣密性設計，采用高品質材料、精細化施工和建筑裝修一體化，使建筑質量更高、壽命更長。[4]

但是，超低能耗建筑的施工工藝比傳統建筑更加復雜，對施工程序和質量要求更加嚴格；在運行管理過程中，需要管理部門和用戶的參與和配合，避免不當行為使建筑節能效率下降，避免二次裝修對氣密層的破壞。[7]通過超低能耗建筑與普通建筑的數據比較分析，超低能耗建筑對保溫材料、門窗及高熱回收裝置等產品的要求遠遠高于普通建筑，因此，超低能耗建筑的成本造價遠高于普通建筑。

三、技術應用分析

上文對超低能耗建筑的被動式和主動式技術進行了梳理，并對超低能耗建筑的優劣勢進行了分析。下面以北京地區某綜合樓項目為例，結合項目特點及標準定位進行分析，提出適用于該項目的超低能耗建筑技術措施。

該綜合樓位于北京地區，建筑功能以辦公為主，用地面積0.79公頃，總建筑面積23100平方米，地上建筑面積14500平方米，地上共10層，建筑高度45米。

首先，北京地區對新建公共建筑是否達到超低能耗建筑標準沒有強制性要求，可以不必100%滿足超低能耗建筑技術標準要求。其次，超低能耗技術措施的選擇既要考慮成本控制，也要結合項目的平面功能、立面效果以及實際應用效果。

通過對超低能耗建筑的被動技術和主動技術的分析和研究，結合該項目特點，建議從設置可調節遮陽裝置、選擇適宜的高效新風系統和熱回收裝置、充分利用可再生資源、采用高效節能光源和節能設備四個方面將超低能耗技術與建筑形成有機融合。

（一）可調節遮陽措施

該項目南北向布置，平面基本為正方形，外立面風格簡潔，可以通過增加可調節遮陽措施使立面效果更加豐富。立面遮陽可以采用活動金屬遮陽百葉或機翼遮陽板（圖8、圖9）。機翼遮陽板可以根據太陽高度角的變化自動調節進入室內的太陽能量，降低空調能耗。可調節外遮陽和外窗間距大于100毫米，以免外窗玻璃被加熱，導致熱傳導，增加能耗。[9]可調節遮陽控制方式可以選擇手動操作、無感光自動控制、電動控制且與樓宇控制系統聯動等形式。

（二）高效新風熱回收系統

該項目建筑坐北朝南，過渡季節能夠有效利用自然通風，在不能利用自然通風時，可以通過新風系統，提供24小時不間斷新風。空調設計采用新風機組、組合式空調機組設備，新風機房內設置主機。新風熱回收系統選用高效的全熱回收裝置，可以對新風起到冬季加熱、夏季除濕的功能。新風機組采用高效率空氣凈化裝置，內置送風過濾器和排風過濾器對室外空氣進行有效過濾。

安裝高效熱回收裝置的新風系統，夏季可回收排出空氣中的冷量，冬季可回收排出空氣的熱量，如此循環，降低能源消耗，達到高效、節能、健康舒適的目的。

（三）可再生能源利用

可再生能源利用是建筑由節能到產能的關鍵技術之一，可以充分利用太陽能、風能、地熱能等資源，進行能源轉換利用。利用光伏技術可以將太陽能進行收集并轉化為電能，同時利用太陽能還可以作為生活熱水的熱源。

該項目光伏發電形式可以選用分布式光伏發電系統，實行“自發自用、余電上網、就近消納、電網調節”的運營模式。電網企業采用先進技術優化電網運行管理，為分布式光伏發電運行提供系統支撐，保障電力用戶安全用電。該項目光伏所發電量優先自用，可以供給項目自身的照明和設備的電力驅動。

結合該項目，在屋面鋪設太陽能光伏板，采用多晶硅太陽能電池組件，組件之間及組件與逆變器之間用光伏專用電纜穿管敷設。還可以增加儲能罐，如果夏天光伏發電量有多余的，可以儲存在儲能罐里待日后使用。在建筑本身節能的情況下最大限度地使用綠電，減少電網的用電量，同時也降低了建筑運行的碳排放。

結合該項目立面效果，可以在外墻局部采用光伏構件。光伏構件可以采用光伏玻璃、光伏圍欄、光伏百葉等方式，其特有的色彩、幾何形和肌理等美學特性都能影響建筑的整體外觀美感。在陽光的照射下，光伏構件的位置和種類會產生不同的光影、顏色和透明度，可以為建筑營造出別樣的風格和美感。兼顧美學的同時，光伏構件與建筑物同時設計、同時施工和安裝，為建筑自身提供電力，白天儲存起來，用于晚間夜景照明。

（四）高效節能光源

該項目采用智能化照明控制系統，按需照明，降低照明能耗。光源均選高效LED節能光源和燈具，比普通節能燈節能50%以上。走道、樓梯間等公共區域的照明應采取聲光控制、定時控制等節能措施。門廳、休息廳、辦公室等采用 LED 等高效燈具，并采用分區、分組控制措施。

除節能燈具外，地下二層北側車庫和九層網球館屋頂利用自然采光的原理，采用光導管采光系統，通過采光罩高效采集室外自然光線并導入系統內重新分配，再經過特殊制作的導光管傳輸后由底部的漫射裝置把自然光均勻高效的照射到地下室。該裝置主要由三部分組成：采光裝置、導光裝置、漫射裝置。[10]出地面或屋面的采光裝置可以結合景觀布置。

（五）增量成本分析

超低能耗建筑的建造成本與傳統建筑相比，平均增量成本約為1000-1400元/平方米。增量成本主要由圍護結構、高效熱回收的新風系統、斷熱橋措施及氣密性措施組成。[8]通過對我國超低能耗建筑示范項目的調研，被動式技術的應用包括圍護結構的保溫隔熱和高性能的門窗，是超低能耗建筑增量成本的重要組成部分。從長遠看，高質量耐久性好的建筑構件比傳統建筑構件壽命更長，建筑運行期間，其更新、維護的費用降低；而且超低能耗建筑的節能措施會帶來經濟效益，增量投資成本可以通過建筑節能效益在合理時間內回收。

表2 超低能耗建筑增量成本分析

（六）小結

根據國家標準《近零能耗建筑技術標準》（GB/T 51350-2019）對公共建筑超低能耗建筑的規定，其建筑能耗水平應比國家標準《公共建筑節能設計標準》（GB 50189-2015）降低50%以上。通過節能計算可知，該項目按照現行國家節能標準全年供暖和空調能耗為115.18kWh/㎡。若達到超低能耗建筑標準，該項目的全年供暖和空調能耗需降低到57.59kWh/㎡。在運行期間，超低能耗建筑相對于現行節能標準，每年能夠節約一次性能源83.5萬kWh，相當于減少碳排放350噸。國家林業局研究，一棵樹每年可以吸收并儲存4-18千克二氧化碳，按此計算，減少350噸二氧化碳排放相當于種植了19445棵樹。

通過以上對比分析，超低能耗建筑技術的應用可以最大限度地降低建筑運行階段的化石能源消耗，降低碳排放。超低能耗建筑利用被動式技術提高圍護結構的保溫性能，減少建筑自身的熱量損失，降低冷熱負荷；利用主動式技術合理優化建筑用能系統，提升整體能效，實現建筑的超低能耗，減少碳排放的目標。

四、研究結論與建議

本文闡述了超低能耗建筑的背景和概念，梳理了超低能耗建筑的關鍵技術措施，并以北京地區某綜合樓項目為例，提出適宜該項目的技術措施并對其進行應用分析，對超低能耗建筑技術做出積極探索。通過分析研究，提出以下結論和建議：

1.為響應我國碳達峰、碳中和目標，應大力推進超低能耗建筑、近零能耗建筑規模化推廣工作。從現有超低能耗建筑發展政策和技術標準來看，目前超低能耗建筑在有供暖需求的地區更能夠體現節能的優勢，居住建筑較公共建筑更容易實現超低能耗。[11]因此，在今后的超低能耗建筑推廣過程中還應擴展到全國其他地區，擴展到所有的建筑領域，包括居住建筑和公共建筑、新建建筑和既有建筑改造等。

2.全面提升超低能耗建筑節能標準。頒布建筑節能強制性技術法規，根據不同氣候區條件確定建筑的能效指標水平、技術指標及措施。建立完善的設計、施工、運行評價標準，為超低能耗建筑的設計、施工和運行提供完整的技術導則。

3.提高超低能耗建筑產品的技術水平。目前我國超低能耗建筑的成本比傳統建筑高，在沒有政策扶持的情況下，建設單位不一定選擇超低能耗建筑，成本增量成為超低能耗建筑發展的攔路虎。適用于超低能耗建筑的門窗、保溫和密封材料等相關產品的更新和升級，對提高建設項目的質量和效益至關重要，對超低能耗建筑規模化發展具有很強的助力作用。

4.結合項目特色選擇適宜的超低能耗建筑技術措施，在規劃階段根據氣候特征、地形地貌等方面優化建筑布局，合理選擇和利用景觀、生態等措施，充分考慮自然通風和采光。選用適用于該項目的技術措施，并發揮其最大的優勢。結合當地政策及技術標準導則，根據項目特點和需求，提供安全、可靠、經濟、合理的超低能耗建筑技術應用方案。

注：文中部分圖片來源于網絡。

參考文獻

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http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201511/t20151113_225589.html.

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