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        十四五期間超低能耗建筑要崛起了,趕緊來學習吧!

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        發布時間:2023-02-17

        超低能耗建筑在也內也有被動式超低能耗建筑的說法,被動式是一種設計策略,被動式建筑是一種設計方法,由一系列優先考慮節能和最佳實踐的原則定義。這些原則共同產生了一個整體效果大于分項技術之和的產品。被動式建筑與較低的能源使用相關,特別是較低的空氣調節負荷。然而,該方法產生了其他好處:舒適、改善的室內空氣質量、耐用性和彈性。被動式建筑原則可以應用于所有建筑類型——從單戶住宅到多戶公寓樓、辦公室和摩天大樓。 下面是這些案例素材供大家學習借鑒:

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        Beach Green Dunes 是紐約皇后區法洛克威的一個經濟適用且具有彈性的住房開發項目,它是颶風桑迪摧毀后社區重建的一部分。Beach Green Dunes 是第一座通過 PHIUS+ 認證的多戶住宅建筑,擁有 100 多個住宅單元。

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        位于美國弗吉尼亞州富蘭克林縣的節能設計中心是建筑師和建筑商 Adam Cohen 的項目之一,它是美國第一所按照被動式建筑性能標準設計的 K-12 公立學校。學校展示可再生、可持續和節能技術。

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        海灘綠色沙丘的鳥瞰圖,突出顯示靠近鐵路線和大西洋。

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        芝加哥市第一個經過 PHIUS+ 認證的多戶住宅項目 6 平的 Tierra Linda 街景。

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        Prairie Activity Recreation Center,美國第一個通過 PHIUS+ 認證和 PHIUS+ Source 零認證的休閑中心。


        三個概念塑造了被動式設計原則:熱控制、輻射控制和空氣控制。 
        • 熱控制是通過建筑圍護結構中的連續絕緣或熱阻來實現的。通常,這是相對于代碼構造增加的熱阻,以及注意連接點的細節以避免熱橋。

        • 輻射控制是通過優化玻璃選擇來實現的,考慮到玻璃尺寸、太陽能熱增益和適當的遮陽策略。

        • 空氣控制是通過在建筑圍護結構中創建氣密邊界,然后采用平衡的新鮮空氣通風和過濾來實現的。熱量或能量回收通常也被用作節能或減少負載的策略。 


        這些構成了主要的被動式建筑原則:(1) 高性能保溫,(2) 消除熱橋,(3) 最佳玻璃窗,(4) 遮陽/采光,(5) 氣密性,以及 (6) 能量回收通風(下圖)。

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        包含這一概念的基本原則可以追溯到近 50 年前在 1970 年代石油禁運之后在歐美興起的節能保溫技術的發展。


        性能指標

        被動式建筑標準是作為被動式建筑原則“走多遠”的指南而制定的。

        該標準是通過/失敗,具有以下三個性能支柱: 

        1. 年度和高峰熱負荷和冷負荷的空間調節目標。
        2. 就源能源而言,總體能源使用量。
        3. 氣密性。

               使用前面描述的設計原則可以滿足空間調節目標。它們代表了投資保護措施的成本效益最佳點。它們是在一項綜合研究中開發的,優化了高源能源節約和低總成本,其中包括保護措施的前期成本,以及建筑物預計壽命內的持續運營成本。這些目標認識到節能措施的投資回報遞減——建筑圍護結構中最后一英寸隔熱層所帶來的節能效果與第一英寸不同。 
                 目標是針對投資的最佳點設定的,以實現最低的生命周期成本。它們根據氣候、建筑尺寸(圍護結構與容積率)和居住者密度而有所不同,并指導設計師“何時停止”采取被動建筑保護措施。有關此目標設定過程的完整報告可在 2019 年 ASHRAE 會議記錄中找到。
               無源能源目標可以通過被動和主動保護策略來實現,包括可再生能源發電。它基于建筑部門碳排放的“公平份額”原則,到 2050 年將全球變暖限制在 <2°C (3.6°F)。使用源能源而不是現場能源,因為它是排放的更好代表與能源使用有關。該目標正朝著零的方向前進,因為它認識到排放必須總體上為零。提供三層性能,特別認可那些旨在立即實現零源的性能。 
               氣密性目標需要一個氣密的建筑圍護結構并在最終施工時通過現場測試。該指標基于研究3,該研究確定了建筑組件中可接受的氣密性水平,以避免潮濕或耐久性問題。當然,作為次要好處,氣密性可以在許多氣候條件下節省能源。組件和施工細節也受到其他類型的水分風險的審查,并受到限制此類風險的規則的約束。
               認證框架的一個關鍵要素是現場質量保證。PHIUS+ 標準利用眾所周知的前提程序來確保質量元素不會以 kWh 或 kBtu 顯示。PHIUS+ 認證要求符合條件*的項目需要能源之星、DOE 零能源就緒家庭和 EPA Indoor airPLUS。 能源建模軟件指導設計并驗證是否符合標準。該建筑是基于模擬性能和現場檢查的質量保證和性能測試相結合的認證。 
        先被動設計后近零設計
              被動建筑為設計凈零能耗建筑提供了一種行之有效的方法。第一步是保護——首先通過被動措施,然后通過主動措施。一旦達到保護目標,現場或場外可再生能源將用于抵消剩余的能源使用。隨著負載的減少,需要的可再生能源也更少,當建筑物不是由可再生能源生產供電時,需要的電網支持也更少。前期的保護工作對于廣泛促進凈零建筑進入現有電網至關重要。
         
        被動式建筑的好處包括:

        • 減少能源使用,特別是用于加熱和冷卻需求。這是可以量化的,所有氣候條件下的所有建筑類型都可以實現不同程度的節約。這些較低的年負荷會帶來金錢收益——業主或租戶的公用事業成本較低。 
        • 同樣,由于可以使用更小的設備尺寸,較低的峰值負載會降低供暖和制冷系統的前期成本。低負荷建筑還固有地提高了對停電或“被動生存能力”的適應能力——建筑在停電或燃料不足時保持宜居內部條件的能力。 
        • 極其密封的外殼與平衡的通風相結合,提供了極其耐用的外殼和出色的室內空氣質量。進入建筑物的空氣源是受控和連續的,而不是通過泄漏、裂縫等無意提供的。氣密邊界最大限度地減少了無意進入的空氣量,新鮮空氣通風提供過濾空氣,同時抽出陳舊的空氣從排氣點,如廚房和浴室。 
        • 封套創造了舒適的空間,因為封套的內表面(墻壁、窗戶、地板等)的溫度保持在內部設定點溫度附近,而不是更冷或更暖,這會導致通風和不適。
        • 被動式建筑外殼還產生聲音衰減,提供一些和平與安靜。這在噪音污染嚴重的城市地區或沿交通系統或高速公路的開發中尤其有益。 

        建筑認證趨勢

        在過去三年中,經過認證或預認證? PHIUS+ 項目的面積每年翻一番。僅在 2019 年,就有 200 萬平方英尺獲得認證或預認證,使總面積達到約 450 萬平方英尺,約 4,200 個單位,為約 10,000 人創造了舒適、健康的家園。這一趨勢預計將持續下去,因為已提交超過 700 萬平方英尺的 PHIUS+ 認證——僅 2019 年這一數字的一半左右(圖 2)。 

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        專業人士認證趨勢

        除了項目,精通被動式建筑設計策略、能源建模、施工技術和現場測試的專業人士市場也顯著增加。首先引入了設計專業人員教育 (CPHC?),緊隨其后的是對承包商 (CPHB?) 和現場測試專業人員 (PHIUS+ 評估員/驗證員) 的教育需求。這些從業者一起準備在整個設計和施工過程中提供高質量的被動式建筑。

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        位于弗吉尼亞州富蘭克林縣的節能設計中心是建筑師和建筑商 Adam Cohen 的項目之一,它是美國第一所按照被動式建筑性能標準設計的 K-12 公立學校。學校展示可再生、可持續和節能技術。 


        以市場價格交付被動式建筑是先驅者的專長。建筑師和建造者亞當科恩是被動式房屋設計策略的早期采用者,并因建造世界上第一家被動式房屋牙科診所和北美第一所獲得被動式房屋認證的公立學校而受到贊譽。他以市場價格交付項目。他的一個項目是位于弗吉尼亞州富蘭克林縣的節能設計中心,它是美國第一所按照被動式建筑性能標準設計的 K-12 公立學校??贫髡f,學區的負責人說,要達到被動房標準,這座建筑的成本不會更高??贫髡f,在重新設計學校后,這座建筑的設計成本實際上更低,而且仍然符合被動房標準。占用是建筑物的挑戰之一。一名教師和大約 24 名學生主要使用該建筑,但學校也可容納多達 100 人進行旅游和活動。學校的設計必須在容量上保持熱舒適,因此該團隊在仲夏高濕度的 100 人“最壞情況”情景下對建筑物進行了建模,以確定機械系統負載。學校使用帶有兩級地面耦合加熱和冷卻系統的變速旋轉 ERV。增加采用Cohen 希望幫助增加美國和加拿大對被動式房屋的采用。科恩制定了戰略,以與正常建筑成本相同或更低的成本建造高效建筑。他說他想出了如何建造一座成本與每月抵押貸款和能源賬單成本相同或更低的被動式建筑。 

            科恩說,他以市場價格磨練了自己的技能。他在弗吉尼亞州埃默里的埃默里和亨利學院設計了一個 40,000 平方英尺(3,716 平方米)的宿舍,價格低于市場價。宿舍已通過美國被動房研究所的預認證。

            根據科恩的說法,他設計的第一個被動式房屋牙科診所是以正常市場價格的低端建造的,比標準建筑使用的能源少 68%。 

             Cohen 用來增加被動式房屋采用率的另一個策略是創建一個模塊化建筑系統,以使這些高效建筑的設計和施工過程直觀且可定制。

              他創建了一種預制服務,可以創建被動式房屋級建筑。他說,“用于建造被動式房屋的樂高系統”對于能源工程師來說很容易根據絕緣的 R 值進行定制。對于建筑師來說,細節是經過標準化的預先認證的。該系統對建筑商來說很直觀。

            科恩說,這種策略減少了建造被動房所需的時間和精力。

              一路走來,他的設計和施工策略不斷發展,以更好地創造被動式建筑。他說,在所有項目中都應考慮使用無熱橋結構、連續絕緣和氣密性。

              熱隔離,尤其是在冬季較冷的氣候中,是另一種策略。在冬季,將建筑物與地面斷開是有益的。他說,在夏季,該建筑可以在混凝土板中使用被動熱冷卻回路來實現熱舒適。 新聞副主編 Mary Kate McGowan 對 Adam Cohen 進行了采訪。


        5A 氣候區的設計挑戰

        在混合氣候下設計被動式建筑有其挑戰,但也帶來了很多機會。加熱或冷卻季節較長或嚴酷的氣候從被動式建筑中受益最大,并且相對于“規范基線”建筑可以實現最高百分比的節省。在這些氣候條件下,平衡是關鍵——很容易設計出在冰點溫度下表現良好的建筑,或者在炎熱、炎熱的夏日表現良好的建筑。芝加哥人知道他們需要一件厚重的冬衣,但他們也需要短褲和背心。一座建筑不能脫掉它厚重的絕緣外衣;因此,太陽能增益和隔熱水平需要平衡供暖和制冷,而不是過于偏愛其中之一,并且季節性遮陽技術是有益的。 

              此外,許多被動式建筑選擇“全電動”,這樣它們就可以完全依靠可再生能源運行并實現凈零排放。這在選擇供暖設備時可能會帶來挑戰——熱泵的容量會隨著室外溫度的下降而下降,因此確保在高峰日有足夠的容量而不會使設備過大可能是一個挑戰。 

        未來展望
            2019 年 1 月,ASHRAE 發布消息稱,被動式建筑設計標準(ASHRAE 標準 227P)的工作正在開始。該標準的目的是為具有極低能耗且耐用、有彈性、舒適和健康的建筑物的設計提供要求。像這樣的開放標準,司法管轄區可以采用或強制執行,對于更廣泛地采用至關重要。 

              最后總結,被動式建筑代表了建筑設計的未來。這種簡單而有效的設計策略創造了健康、持久、高效的建筑。 



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