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推荐语：颇具前沿性，零能耗建筑+可再生能源新技术的专著与指导书！

作者：刘秋新、

出版社：化学工业出版社

出版时间：2020-06-01

书籍编号：30617993

ISBN：9787122354532

正文语种：中文

字数：281110

版次：

所属分类：艺术摄影-建筑

内容提要

建筑节能技术已经成为目前建筑技术发展的重点和热点之一。为实现夏热冬冷地区的建筑零能耗或近零能耗，本书根据相关研究确定了夏热冬冷地区零能耗建筑的定义和标准，通过理论、实验和模拟等方法，研究了可再生能源利用的相关技术，包括：太阳能半导体热电堆冷热墙技术，太阳能半导体热电堆空调器技术，基于太阳能利用的风冷热泵三联供技术、辐射供暖技术、太阳能吸收制冷技术等。本书内容对零能耗建筑与可再生能源新技术的研究、理论探索、应用推广有较好的参考价值。

本书在编写时注重理论与实践相结合，内容深入浅出，可供从事建筑节能技术研究、暖通空调、能源利用、环境保护等领域的专业工作者、管理工作者参考，也可用作建筑环境与能源应用工程、土木工程、建筑学等专业的本科及研究生的教学参考书。

版权页

书名：零能耗建筑及可再生能源新技术

作者：刘秋新等著

CIP号：第244349号

ISBN：978-7-122-35453-2

责任编辑：朱　彤

出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）

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网址：http://www.cip.com.cn

版权所有　违者必究

前言

我国正处在工业化和城镇化加快发展的重要时期，每年大约有20亿平方米的建筑总量，接近全球年建筑总量的1/2，其中建筑能耗已经占到全社会总耗能的30%以上。与此同时，我国还面临着资源严重短缺的现象，无论是人均资源，还是资源总量都严重不足；能耗强度较高，约为世界平均水平的1.4倍，约为发达国家平均水平的2.1倍，建筑能耗问题已成为影响我国未来经济可持续发展的制约因素之一。因此，建筑节能技术已经成为目前建筑技术发展的重点之一。

为进一步提升我国建筑节能工作的水平，帮助广大建筑节能工作人员更好地进行建筑节能工作，本书根据相关研究确定了夏热冬冷地区零能耗建筑的定义和标准，通过理论、实验和模拟等方法，研究了可再生能源利用的相关技术，包括：太阳能半导体热电堆冷热墙技术，太阳能半导体热电堆空调器技术，基于太阳能利用的风冷热泵三联供技术、辐射供暖技术、太阳能吸收制冷技术等。需要指出的是，本书内容所包含的可再生能源新技术主要是指太阳能技术在零能耗建筑方面的应用新技术等。

全书在编写时尽量做到内容深入浅出，层次清晰，注重理论与实践的结合，力图通过利用可再生能源技术，实现夏热冬冷地区的建筑零能耗或近零能耗。本书可用于建筑环境与能源应用工程、土木工程、建筑学等专业的本科及研究生的教学参考书，也可供公用设备暖通专业工程师及相关工程技术人员学习和参考。

本书的编写得到武汉市建筑节能办公室、武汉市建筑节能检测中心的鼎力支持。在本项目研究与可再生能源技术示范工程实施期间，武汉市建筑节能检测中心积极配合相关研究工作和项目的施工，在此表示衷心感谢。本书还得到了武汉科技大学城市学院学术专著出版基金资助。参与本书撰写工作的有刘冬华、鄢小虎、焦良珍、龙一飞、符媛媛、高春雪、韦卜方、郎倩珺、杨树、朱傲、吴松林、郝禹、丁照球、杨二平、胡中平、吴海涛、佘明威、席洋、包阔、黄倞、徐伟、陈添寿、罗继春、吕学林、梅钢、童亮、向金童、陈芬、蔡美元、潘华阳、王心慰等老师与同学，对上述人员所付出的辛勤劳动，在此表示衷心感谢。

因时间所限以及本人水平有限，书中难免有不妥之处，敬请广大读者不吝赐教，提出宝贵意见。

著者

2019年10月

第1章　夏热冬冷地区零能耗建筑的建立

1.1　零能耗建筑现行标准与研究进展

建筑能耗是指在建筑的产生和运行使用过程中，为满足人们正常的生活和工作需求所消耗的各种能源。建筑节能一直是世界各国降低能耗，应对气候变化的重要手段之一。建筑节能经过几十年的发展，不断迈向更高能效以达到甚至接近零能耗的目标。零能耗建筑并非表示建筑本身不消耗任何形式的能源，其内涵在于：在以年为计算周期的时间段内，以终端用能形式作为衡量指标，建筑物及附近与其相关的可再生能源系统产生的能源总量大于或等于建筑本身消耗的能源总量的建筑物。

上述建筑发展路线可概括为：常规建筑→节能建筑→近零能耗建筑→零能耗建筑。常规建筑和节能建筑主要要求建筑物尽可能减少对一次能源的消耗，而近零能耗建筑则是节能建筑实现更进一步节能的结果，即当建筑物全年的单位面积总能耗值小于某一限定值的时候，便达到了近零能耗建筑的定义要求。节能建筑和近零能耗建筑的实施途径主要是通过提高建筑物本体的合理设计，包括合理的建筑朝向、合理的体形系数、合理的窗墙比、提高围护结构热工性能等几个方面；而对于可再生能源的利用则只是作为一种鼓励措施，国家和政府层面一般不要求强制实施。但是零能耗建筑的重点不仅包括对于建筑本体设计的要求，更重要的是必不可少地充分利用包括太阳能、风能、地热等在内的各种可再生能源。

从其内涵描述可以看出，零能耗建筑的最大特点在于：建筑物维持自身正常功能所需要的能源须全部由太阳能等可再生能源提供，不消耗煤炭、石油等一次能源。零能耗建筑强调的是能源的自给自足，不依赖于常规的能源供给便能够实现建筑的舒适性。

1.1.1　国外研究现状

国外开展零能耗建筑的研究工作较早，20世纪70年代初全球石油危机爆发后，世界各国相继开始注重节能减排并关注建筑零能耗的发展，主要的研究重点集中在对零能耗建筑定义及内涵的确定、寻求实现建筑零能耗的最优技术手段以及未来零能耗建筑的发展方向等方面。部分国家/经济体对于零能耗建筑相关定义及所指建筑类型、能耗计算范围比对见表1-1。

表1-1　部分国家/经济体对于零能耗建筑相关定义及所指建筑类型、能耗计算范围比对

注：“√”表示包括该建筑类型及能耗计算范围；“×”表示不包括该建筑类型及能耗计算范围。

德国零能耗建筑的研究一直处于世界领先地位，尤其在太阳能利用方面。德国在零能耗建筑方面的研究，主要是基于太阳能利用的“被动房”，从表1-1可以看出，德国的零能耗被动房技术可覆盖绝大部分建筑类型，能耗计算范围涵盖了供热、供冷等主要能耗。德国住宅建筑被动房标准要求建筑物全年平均采暖（空调）能耗小于等于15kW·h/m²，被动房认证标准见表1-2。被动房的供暖、供热、制冷、照明等主要来自“被动源”：太阳能、房屋使用者的人体热源、电器散热等，这样就能使主动外加的热能耗降低到最低甚至接近零。

表1-2　被动房认证标准

注：数据来源于徐伟，国际建筑节能标准研究 ［M］，中国建筑工业出版社，2012。

各国政府在探讨零能耗建筑的定义和技术路线的同时，还都建造了大量示范项目。零能耗示范工程情况汇总见表1-3。

表1-3　零能耗示范工程情况汇总

注：BIPV为building integrated PV，建筑光伏一体化。

从表1-3中可以看出：①示范建筑都采用了高性能的建筑围护结构；②太阳能光电系统、太阳能光热系统作为建筑物能量来源使用最为广泛；③大多数项目都可以达到近零能耗和零能耗。

世界主要经济体都在积极推动建筑节能，使建筑逐步迈向零能耗，并以立法或条例的形式明确时间节点和发展目标；各国在实现的过程中，目标和时间进度有所差别，但都是逐步实现近零能耗，最终达到零能耗。世界部分国家/经济体实现近零能耗建筑/零能耗建筑政策信息见表1-4。

表1-4　世界部分国家/经济体实现近零能耗建筑/零能耗建筑政策信息

1.1.2　国内研究现状

随着社会经济的发展，城市建设的加快，能源问题已成为人们关注的焦点。据统计，建筑能耗已经占到我国能源消耗总量的20%～30%。建筑能耗的增大，成为制约我国可持续发展的关键问题，建筑师们目前正在研究适应各个区域的近零能耗建筑和零能耗建筑。如何创造有地域特色的适应当地气候的节能建筑，既要为当地的建筑节能提供有效、科学的技术措施指导，同时还要满足人们的热舒适要求，是目前亟待解决的问题。

在国内，建筑节能的发展相对落后，目前还处于“三步节能”的最后一步。我国现有超过400多亿平方米的高能耗住宅，能耗水平是发达国家的3倍；而全国每年新建住宅近10亿平方米，超过所有发达国家新增建筑的总和，其中90%都是高能耗型。我国建筑节能工作，从北方采暖区开始，过渡到夏热冬冷地区，直至2003年夏热冬暖地区开始实行之后，居住建筑节能率共历经了3个阶段（1986年、1996年、2010年）：30%、50%、65%。2001年颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，要求新建、扩建和改建的居住建筑应达到节能率50%的标准。目前，全国都已实施节能50%以上的强制性标准，而北京、上海、重庆等直辖市已经执行或即将执行节能率65%的设计标准。根据国家节能发展规划，2020年将全面实行节能75%的标准。所以，降低建筑能耗、提高建筑能源综合利用效率迫切要求对零能耗建筑开展创新研究与应用实践。

近年来我国环境污染日益严重，尤其从2015年开始，每到冬季全国大部分城市都出现了重度霾的天气。为了有效遏制环境恶化，减少建筑能耗尤其是采暖能耗，国家频繁发布相关政策和法规。随着对节能的要求越来越紧迫，建筑行业相关节能规范的更新速度也明显加快，有关绿色建筑评价的标准以及超低能耗建筑设计的规范也开始试行。根据《近零能耗建筑技术标准》（GB/T 51350—2019）第6.1条的规定：围护结构平均传热系数可按表1-5、表1-6选取。国外典型工程围护结构传热系数见表1-7。

表1-5　居住建筑非透光围护结构平均传热系数　　单位：W/（m²·K）

表1-6　公共建筑非透光围护结构平均传热系数　　单位：W/（m²·K）

表1-7　国外典型工程围护结构传热系数 　　单位：W/（m²·K）

对比表1-5～表1-7可知：我国技术标准对围护结构传热系数的要求越来越高，但与国外先进标准相比尚存在一定差距。零能耗建筑的实现与被动式设计、高性能围护结构、高效集成的产能系统与能源结构、建筑能耗预测监管平台技术的应用紧密相连。由于我国的建筑形式和气候特点与发达国家不尽相同，建筑物的能源需求也相差很大，我国建筑在实现零能耗的过程中还需要针对不同地区、不同建筑形式研究其具体技术方式，在我国全面实现零能耗建筑的标准化、规模化、经济化目标尚存在一定困难。因此，关于零能耗建筑及可再生能源新技术的研究和推广任务也将更加紧迫。

目前，在我国北方寒冷地区，通过与德国能源署的合作，已经有一些比较成功的近零能耗住宅项目，冬季其室内在不需要传统采暖设施的情况下，依旧能保持舒适的环境温度，效果非常好。在我国的长江中下游地区，夏季炎热，冬季寒冷，特别是与北方相比，冬季没有集中采暖，室内舒适性较差。零能耗建筑在我国起步也不久，在夏热冬冷地区还没有具体的应用工程，而且鉴于夏热冬冷地区对采暖和空调的巨大需求以及能耗的不断增加，研究零能耗建筑在夏热冬冷地区的应用是很有必要的。

1.2　夏热冬冷地区零能耗建筑的建立

夏热冬冷地区位于我国长江中下游地区，最热月平均温度25～30℃，平均相对湿度80%左右，最冷月平均气温0～10℃，平均相对湿度80%左右。冬季气温虽然高于北方，但日照率远远低于北方，整体气候特点表现为夏季潮湿炎热，冬季阴冷潮湿。针对这一气候特点，该地区的建筑需要兼顾夏季隔热和冬季保温，综合处理好建筑围护结构的热工性能，才能满足零能耗建筑的目标能耗限值。本节以一实验建筑为依托，利用建筑能耗模拟分析软件DeST分析夏热冬冷地区近零能耗建筑和零能耗建筑的围护结构参数。

1.2.1　实验建筑概况

本实验建筑位于湖北省武汉市，武汉市为典型的夏热冬冷地区，气象参数如下：武汉市，北纬30°37\'，东经114°08\'，平均海拔23.3m，年平均气温16.3℃。冬季采暖室外计算干球温度-2℃，夏季室外计算干球温度35.2℃，夏季空调室外计算湿球温度28.2℃，最冷月室外计算相对湿度76%，最热月室外计算相对湿度79%。

图1-1　实验室平面示意图

该建筑位于武汉市南部，建筑南外墙的窗户面积过大，且窗户为塑钢单层不节能外窗，外墙的传热系数大，为典型的不节能建筑。实验室平面示意图如图1-1所示，实验室外景图如图1-2所示。实验室的尺寸：长、宽、高分别为 9000mm、3900mm、2800mm，总面积为 35.10m²。

由传热学知识可知，由2种以上的材料组成的组合材料层，其热阻按

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