劉加平，楊 柳，劉艷峰，田國民

(1．西安建筑科技大學(xué)，西安 710055;2．住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部，北京 100835)

1 前言

研究發(fā)展地域低能耗建筑，控制建筑能耗增長速度，是我國社會可持續(xù)發(fā)展的重大需求。建筑的低能耗屬性取決于建筑物的熱工特性，即建筑物在室外氣候、太陽輻射和室內(nèi)人為熱作用下的熱反應(yīng)特性，其優(yōu)劣決定于建筑物的形體、平面與空間模式、建筑材料和構(gòu)造體系等，是由建筑師在設(shè)計創(chuàng)作階段完成的。多年來國內(nèi)外的建筑節(jié)能研究，關(guān)注的熱點和取得的成果，主要集中在現(xiàn)代建筑模式下單項節(jié)能技術(shù)的提升和研發(fā)，包括高效的建筑用能技術(shù)、圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱技術(shù)等。而在結(jié)合地域氣候、經(jīng)濟技術(shù)水平和建筑文化特點，綜合研究地域性低能耗建筑模式及應(yīng)用方面，鮮有創(chuàng)新性成果。

西藏高原是青藏高原的主體部分，地域廣闊、人口稀少、地形復(fù)雜、層巒疊嶂，平均海拔超過4000 m。自2004年起，西藏被劃歸為采暖區(qū)，但隨之而來的問題是:在一個常規(guī)能源極度匱乏的地區(qū)，對于大量民用建筑，采暖系統(tǒng)如何選擇?假如執(zhí)行已有設(shè)計標準，遍地建設(shè)鍋爐房，將會使得建筑成本和污染物排放大幅度增加，對地區(qū)的環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生極其不利的影響。而且，西藏高原常規(guī)能源極其匱乏，煤炭、石油及天然氣資源的儲藏量近乎為零。如果從內(nèi)地轉(zhuǎn)送常規(guī)能源，由于距離遙遠，交通不便，其成本必定極其高昂。

西藏高原具有獨特的氣候和太陽輻射條件。這里常年氣壓低，干旱少雨，日平均溫度偏低，氣溫日較差較大，但氣溫年較差則較小。這意味著冬季的采暖期很長，但每日的采暖負荷并不很高，而且夏季不需要空調(diào)。西藏高原又是我國太陽輻射能資源最富集的地區(qū)。這里空氣稀薄，大氣透明度高;曇天日數(shù)少，日照6 h以上的年平均天數(shù)275～300 d，年輻射總量可達7000 ～8400 MJ/m2［1］?？梢哉f，西藏高原地區(qū)是我國發(fā)展被動式太陽能采暖最為便利的地區(qū)。

2007年以前，西藏沒有適合本地區(qū)的建筑設(shè)計標準體系，城鎮(zhèn)建筑設(shè)計、建筑熱工與節(jié)能設(shè)計基本上參照原西南地區(qū)建筑設(shè)計標準，因而城鎮(zhèn)居住建筑基本上沿襲了內(nèi)地城鎮(zhèn)的發(fā)展模式，建筑體型、單元平面、戶均面積等與內(nèi)地同期住宅基本相似，建筑外墻構(gòu)造多為240實心磚或灰沙磚墻，外窗多為單層玻璃窗加保溫窗簾。在漫長的冬季，多數(shù)城鎮(zhèn)建筑不設(shè)常規(guī)采暖系統(tǒng)，在太陽輻射的直接熱作用下，南向房間雖然日波動值超過20℃，但平均溫度值能接近人體可容忍的熱環(huán)境區(qū)間，而北向房間普遍寒冷，無法使用。

針對西藏高原城鄉(xiāng)居住環(huán)境質(zhì)量差、常規(guī)能源短缺、區(qū)域偏遠、交通不便、經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展相對滯后等現(xiàn)狀和問題，文章以西藏高原居住建筑為研究對象，利用當?shù)靥栞椛涞茸匀荒茉簇S富、冬季平均氣溫和采暖度日值較同緯度采暖區(qū)城市偏高的獨特氣候特點，系統(tǒng)地從居住建筑形態(tài)、空間組織、構(gòu)造體系、技術(shù)集成、太陽能等可再生能源利用的途徑等方面提出提高該地區(qū)居住建筑熱環(huán)境質(zhì)量和創(chuàng)作該地區(qū)低能耗建筑的設(shè)計方法和關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)大幅度地減少居住建筑能耗，為提高西部邊遠地區(qū)建筑環(huán)境的質(zhì)量和節(jié)能水平貢獻力量。

2 低能耗建筑設(shè)計基本原理

建筑能耗源于人對建筑熱環(huán)境的需求。當室外氣溫變化造成建筑室內(nèi)熱環(huán)境達不到人體熱舒適的基本需求時，需要通過采暖或空調(diào)設(shè)備手段給建筑室內(nèi)補充熱量或冷量，建筑采暖與空調(diào)能耗由此而產(chǎn)生。影響建筑采暖和空調(diào)能耗高低的直接因素包括:室外氣象條件、室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計標準、建筑物的熱工性能和采暖、空調(diào)設(shè)備的能效指標，其中，建筑物的熱工性能是決定因素。以采暖能耗為例，單位建筑面積采暖期的耗熱量指標qH可由下式確定［2］:

式(1)中，qH為建筑物耗熱量指標，W/m2;qHT為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量，W/m2;qINF為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物空氣滲透耗熱量，W/m2;qIH為折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物內(nèi)部的熱量，取3．8 W/m2。

qHT=(tin－te)(Σ εiKiFi)/A0，其中tin為室內(nèi)計算溫度，℃;te為采暖期室外平均溫度，℃;εi為外墻傳熱系數(shù)的修正系數(shù)，與太陽輻射量、建筑形體、朝向和建筑表面熱物理性能有關(guān);Ki為外墻平均傳熱系數(shù)，W/m2·K;Fi為外墻的面積，m2;A0為建筑面積，m2。

qINF=(tin－ te)(CaρNV)/A0，其中 Ca為空氣的比熱容，(W·h)/(kg·K);ρ為空氣的密度，kg/m3;N為換氣次數(shù)，h－1;V為換氣體積，m3。

可以看出，建筑能耗不但與圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能優(yōu)劣有關(guān)，而且與建筑物空間組織、平面布局、立面形式和細部構(gòu)造等建筑設(shè)計全過程密切相關(guān)，同時也需要準確的室內(nèi)熱環(huán)境和室外氣候設(shè)計參數(shù)。巧妙地將建筑空間、形體和構(gòu)造與地域氣候有機結(jié)合，方可創(chuàng)作設(shè)計出低能耗建筑。研究發(fā)展與地域自然條件和社會文化背景相適應(yīng)的低能耗建筑，需要建立相應(yīng)的建筑節(jié)能設(shè)計理論和方法體系。為此，必須研究解決以下基礎(chǔ)科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù):a．室外氣候參數(shù)和太陽輻射參數(shù)的地域分布和確定方法。b．低能耗建筑設(shè)計熱工設(shè)計原理和方法。c．適宜的地方低能耗建筑節(jié)能設(shè)計標準與規(guī)范。d．低能耗建筑創(chuàng)作和示范。

3 西藏低能耗建筑設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

3．1 西藏室外氣象參數(shù)及太陽輻射數(shù)據(jù)

西藏高原地區(qū)的建筑節(jié)能以太陽能利用為主，準確可靠的氣象數(shù)據(jù)是建筑節(jié)能設(shè)計的首要因素。因此，有必要對西藏高原主要城市和地區(qū)的氣象資料和太陽輻射資料進行整編分析，建立服務(wù)于建筑節(jié)能設(shè)計的西藏高原典型地區(qū)的基礎(chǔ)建筑氣候數(shù)據(jù)庫和太陽輻射數(shù)據(jù)庫。文章首先利用西藏自治區(qū)28個氣象臺站年均日總輻射和日晴空指數(shù)，運用聚類分析方法建立了西藏自治區(qū)太陽輻射分區(qū)，給出了可利用太陽能資源分布狀況。分區(qū)結(jié)果如圖1和表1所示。另外，還利用西藏28個氣象臺站1976—2005年的輻射數(shù)據(jù)，通過對30年年均日室外氣溫進行分析得到了西藏7個地區(qū)采暖期計算溫度和采暖度日數(shù)，確定了西藏各地區(qū)建筑采暖設(shè)計的室外氣象計算參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上建立了拉薩標準氣象年(TMY)數(shù)據(jù)庫，為西藏節(jié)能設(shè)計標準和采暖設(shè)計標準的編制提供了數(shù)據(jù)支持。

其次，采用典型年數(shù)據(jù)，分別擬合出了采暖季陰天、多云、少云和晴天四種天氣狀況下室外溫度和太陽輻射波動的關(guān)系式，為太陽能采暖建筑動態(tài)負荷解析分析提供了基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)。室外溫度和太陽輻射的擬合式分別為:

圖1 西藏自治區(qū)太陽輻射分區(qū)圖Fig．1 Solar energy distribution of Tibet autonomous region

表1 部分氣象臺站太陽輻射總輻射和晴空指數(shù)信息Table 1 Total solar radiation and clearness index about part of the meteorological stations

式(2)中，tw()、為室外瞬時溫度、不同天氣狀況下室外平均溫度，℃;Aw為平均日較差，℃;0為溫度最低時對應(yīng)的時刻，h;wt為室外空氣溫度波的半周期，室外空氣溫度以24 h為周期波動，通常wt=12 h。式(3)中，、I0為瞬時太陽輻射總輻射強度、太陽輻射擬合常數(shù)，W/m2;AI為太陽輻射強度變化規(guī)律曲線與I=0直線間的面積，W·h/m2;wI為Imax/2時對應(yīng)的輻射波波寬，h;c為太陽輻射強度最大時對應(yīng)的時間，h。

以擬合函數(shù)為基礎(chǔ)進行熱負荷動態(tài)方法計算，可比較真實地反映建筑的實際耗熱量，為采暖系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)節(jié)能提供了依據(jù)。

3．2 低能耗建筑熱工設(shè)計原理和方法

國內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范中普遍運用建筑圍護結(jié)構(gòu)“等傳熱系數(shù)”熱工設(shè)計方法，即不同朝向墻體的傳熱系數(shù)取值相同。試驗和模擬研究發(fā)現(xiàn)，在西部太陽能富集地區(qū)，按照等傳熱系數(shù)法設(shè)計的建筑物，冬季北向熱損失明顯偏大，室內(nèi)輻射溫度場極不均勻，南北向墻體內(nèi)表面溫差最大可達10℃以上。在太陽能富集地區(qū)，南向窗戶和墻體是利用太陽輻射熱能的集熱部件，而北向是純粹的失熱部件，其保溫性能和蓄熱性能指標應(yīng)該有所不同。

為此，文章提出了太陽能建筑圍護結(jié)構(gòu)“等熱流”熱工設(shè)計原理，建立了以各朝向圍護結(jié)構(gòu)相等失熱熱流為依據(jù)來計算確定不同朝向圍護結(jié)構(gòu)熱工性能指標的設(shè)計方法:

式(4)中，qS、qN、qE和qW分別為各朝向外墻傳熱熱流強度;tje為各朝向室外綜合溫度;ti為室內(nèi)設(shè)計計算溫度。由此得到各個朝向墻體的傳熱系數(shù):

從上述關(guān)系式可以看出，運用這種方法，不同朝向應(yīng)采用不同的傳熱系數(shù)，其中北向應(yīng)最小，保溫性能最好;南向圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值可適度放寬。依據(jù)相同原理，可以進一步研究太陽能富集地區(qū)不同朝向開窗率的確定方法。這種方法解決了西部太陽能富集地區(qū)室內(nèi)長波輻射場不均勻、太陽能利用率低、北向房間能耗偏高等問題，已在西藏自治區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計標準中應(yīng)用，并被國家標準《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》等所引用。

3．3 高海拔地區(qū)建筑表面對流換熱系數(shù)

高海拔地區(qū)的低氣壓條件導(dǎo)致氣流密度偏低，會引起建筑表面對流換熱系數(shù)的變化。運用對流換熱相似原理和量綱分析法發(fā)現(xiàn)，氣壓對表面對流換熱系數(shù)的影響，實乃流體密度變化的結(jié)果;試驗研究發(fā)現(xiàn)，當氣壓變化時，表面對流換熱系數(shù)與氣壓的n次方成正比(n=1/2、4/5、2/3，因?qū)α鲹Q熱的類型和邊界層狀況不同而取不同的值)，即:

式(6)中，ˉhL為平均對流換熱系數(shù);p為大氣壓力。以木村建一(Kimura)和克萊姆斯(Klems)的MoWiTT模型為基礎(chǔ)，測試了西藏高原室內(nèi)靜風(fēng)狀態(tài)下的對流換熱系數(shù)，將測試結(jié)果進行擬合分析，如圖2和式(7)所示。研究結(jié)果表明:在4700～3400 m，隨海拔降低(氣壓升高)，表面對流換熱系數(shù)增大，為4．5 ～10．5(W/m2)·K。

圖2 海拔高度與表面對流換熱系數(shù)關(guān)系圖Fig．2 The relationship between altitude and surface heat convection coefficient

式(7)中，p0為標準大氣壓力，1．01 ×105Pa。

4 西藏自治區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計標準體系

大力發(fā)展太陽能采暖是解決西藏地區(qū)建筑采暖問題的理想途徑。文章根據(jù)西藏地區(qū)建筑設(shè)計、施工和材料等技術(shù)條件，結(jié)合地區(qū)自然地理條件和社會文化背景，通過對西藏自治區(qū)氣象參數(shù)、太陽輻射資源、商品能源結(jié)構(gòu)的調(diào)查研究與數(shù)據(jù)分析，以國家標準［2，3］為基礎(chǔ)分別編制了《西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》和《西藏自治區(qū)民用建筑采暖設(shè)計標準》，確定了以被動太陽能利用為主，結(jié)合主動式采暖系統(tǒng)改善當?shù)亟ㄖ岘h(huán)境的建筑節(jié)能思路，突出強調(diào)了太陽能在建筑中的應(yīng)用。前者主要通過建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫、被動太陽能利用改善室內(nèi)熱環(huán)境，降低采暖負荷;后者以主動太陽能熱水采暖補充前者的不足部分，解決建筑夜間溫度過低的問題。兩部標準于2008年6月頒布實施，與之配套使用的《西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計構(gòu)造圖集》于2009年12月推行。

4．1 西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準

西藏自治區(qū)地方標準《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準(DB54/0016－2007)》［4］(以下簡稱《節(jié)能標準》)中，提出西藏地區(qū)適宜的采暖方式為被動式太陽能采暖與主動式采暖相結(jié)合的方式，確定了西藏自治區(qū)各地建筑的節(jié)能目標、圍護結(jié)構(gòu)限值以及性能評價方法等關(guān)鍵問題。

通過對節(jié)能率和建筑單方造價的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在西藏地區(qū)當建筑節(jié)能率達到55%時，隨著造價的增加，節(jié)能率增加的趨勢變緩。以此為基礎(chǔ)，在保證室內(nèi)熱環(huán)境舒適健康的條件下，同時考慮到西藏各地太陽輻射及采暖期室外平均溫度的差異，設(shè)定了建筑的輔助能耗量與20世紀80年代初設(shè)計建成的通用建筑相比減少55%～60%的節(jié)能目標。具體來說，對西藏的大部分地區(qū)，本標準將節(jié)能標準設(shè)定為60%，而對藏北氣候異常寒冷的地區(qū)，節(jié)能率定為55%。據(jù)此原則得到的各地的輔助耗熱量指標如表2所示。

表2 西藏地區(qū)典型城市住宅建筑的耗熱量指標Table 2 Energy consumption indexes of residential buildings for typical city in Tibet

本標準定義了一個新的參數(shù)——輻射度日比(太陽輻射量與采暖期度日數(shù)的比值)作為評價西藏各地室外氣候狀況的指標。這是因為在研究過程中發(fā)現(xiàn)，被動式太陽能采暖建筑的輔助耗熱量不僅與室內(nèi)外溫差密切相關(guān)，同時也與太陽能的熱量有很大關(guān)系，通過擬合分析發(fā)現(xiàn)，相比較室外空氣溫度，輻射度日比與各地建筑物的耗熱量之間有更好的相關(guān)性，如圖3所示。也就是說，采用這個指標比單純運用室外氣溫作為衡量指標更加科學(xué)合理。

設(shè)計過程中，建筑節(jié)能性能采用兩種方法來評價，一種是規(guī)定性方法，另一種是性能化方法。

在規(guī)定性方法中，《節(jié)能標準》給出了3條強制性條文:a．規(guī)定了建筑的日照間距應(yīng)至少保證冬至日正午前后有2 h的日照時間。這個規(guī)定是綜合考慮爭取太陽輻射量與當?shù)氐挠玫鼐o張情況后確定的，稍大于國家相關(guān)標準的規(guī)定［5］。b．規(guī)定了住宅建筑的窗墻面積比系數(shù)值，如表3所示。經(jīng)分析得出，在西藏大部分地區(qū)隨著南向窗口面積的增大，南向太陽輻射得熱大于失熱量，而其他朝向窗口面積的大小與失熱量成正比。因此，《節(jié)能標準》中給出的窗口限值是南向窗墻面積比應(yīng)大于等于某個值(如50%)，而東向、西向和北向的窗墻面積比應(yīng)分別小于某些值(如25%)。c．規(guī)定了西藏不同地區(qū)各部分圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值。

圖3 耗熱量指標與輻射度日比的回歸關(guān)系圖Fig．3 The correlation relationship between heat consumption indexes and the ratio of radiation to degree-day

表3 不同朝向窗墻面積比系數(shù)限值Table 3 Limited values of window to wall ratio for difference orientation

性能化方法是在設(shè)計建筑不能完全滿足規(guī)定性指標時判斷建筑是否達到節(jié)能標準的一種方法，最終目標是獲得設(shè)計建筑的輔助耗熱量指標。《節(jié)能標準》給出了輔助耗熱量指標的具體計算方法和輔助耗熱量指標設(shè)計計算用表。據(jù)相關(guān)研究表明，被動式太陽能采暖節(jié)能率(solar saving factor，SSF)與建筑的負荷集熱比(load collector ratios，LCR)顯著相關(guān)［6］，即SSF是評判太陽能集熱系統(tǒng)性能的參數(shù)，而通過它又可以方便快捷地求出建筑的輔助耗熱量指標，所以標準制定的過程中繪制了西藏不同地區(qū)不同集熱系統(tǒng)下太陽能采暖節(jié)能率(SSF)與建筑的負荷集熱比(LCR)的關(guān)系曲線以便查用。使用時，只需先根據(jù)設(shè)計建筑及其集熱系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)計算LCR，然后查找相應(yīng)的LCR—SSF關(guān)系曲線就可以得到SSF值，再根據(jù)SSF經(jīng)過簡單計算可以求出建筑的輔助耗熱量指標。這種方法過程簡單，易于設(shè)計人員操作使用。

4．2 西藏自治區(qū)民用建筑采暖設(shè)計標準

針對西藏地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱、能源短缺但太陽能資源豐富的特點，編寫了側(cè)重于主動式太陽能采暖的西藏自治區(qū)地方標準《民用建筑采暖設(shè)計標準》(DB54/0015—2007)(以下簡稱《采暖標準》)［7］，與側(cè)重被動式太陽能采暖的《節(jié)能標準》相結(jié)合，形成了適合當?shù)貙嶋H情況的建筑節(jié)能設(shè)計與采暖體系。

《采暖標準》主要針對太陽能熱水采暖而制定，規(guī)定了太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)。主要特點是:a．以太陽能為主要能源，以太陽能熱水集熱系統(tǒng)為采暖熱源，解決西藏地區(qū)民用建筑的采暖問題。b．在建筑保溫和被動太陽能利用的基礎(chǔ)上，設(shè)置主動太陽能熱水采暖系統(tǒng)，形成主、被動結(jié)合的太陽能采暖形式。c．對西藏自治區(qū)太陽能采暖室外計算參數(shù)引入了采暖期太陽輻射照度，室內(nèi)最小新風(fēng)量考慮了當?shù)乜諝夂趿枯^小的因素，增大了建筑熱負荷計算中南向、東南向、西南向的朝向附減修正率。d．建筑采暖系統(tǒng)采用分室設(shè)置，方便分室控溫，便于根據(jù)不同朝向的被動太陽能的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)供熱量，達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。e．提出了熱負荷、集熱器面積、蓄熱水箱容量、輔助加熱容量等參數(shù)計算方法，確定了系統(tǒng)運行參數(shù)。f．規(guī)定了用于采暖的太陽能熱水系統(tǒng)宜采用強制循環(huán)、間接換熱的集中系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)中集熱、貯熱、輔助加熱及控制設(shè)備的計算和設(shè)置原則。g．根據(jù)太陽能熱水系統(tǒng)出水溫度，推薦以地面輻射采暖為配套的采暖系統(tǒng)，并給出了地板結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和采暖系統(tǒng)控制方案。

因主動式太陽能采暖熱水系統(tǒng)管道布置靈活、輸送過程熱損失小、系統(tǒng)熱量的貯存和分配相對容易，所以《采暖標準》推薦民用建筑太陽能采暖采用熱水系統(tǒng)。考慮到各地的太陽能輻射資源以及建筑太陽能收集面積不盡相同，提出了以太陽能熱水系統(tǒng)作為采暖主要熱源或其他采暖熱源的預(yù)熱系統(tǒng)兩種方案。

《采暖標準》推薦用于集中采暖的太陽能熱水系統(tǒng)采用強制循環(huán)、間接換熱的集中系統(tǒng)，即集熱器集中放置，設(shè)置水泵強制系統(tǒng)熱水循環(huán)，采暖回路與太陽能熱水回路各自獨立。因地面輻射采暖要求的設(shè)計水溫低，并且散熱地板具有一定的蓄熱作用，推薦戶內(nèi)采暖系統(tǒng)采用地面輻射采暖。當采用其他采暖方式時，散熱設(shè)備的選擇計算應(yīng)適應(yīng)太陽能熱水系統(tǒng)的水溫條件。

《采暖標準》規(guī)定:采暖設(shè)計時，對以上兩種房間的采暖系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置不同的環(huán)路，并設(shè)置對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門，以達到分別控制調(diào)節(jié)的功能。這主要是因為在一棟建筑內(nèi)有些房間(主要是南向房間)可能采用被動太陽能采暖與主動式采暖系統(tǒng)聯(lián)合采暖，而另一些房間(主要是北向房間)只采用主動式采暖系統(tǒng)。

4．3 西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計構(gòu)造圖集

為配合兩部地方標準的實施與推行，編制了《西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計構(gòu)造圖集(藏08J103)》(以下簡稱《構(gòu)造圖集》)［8］。該圖集列出了各種保溫系統(tǒng)構(gòu)造基本做法、主要部位的節(jié)點詳圖、保溫系統(tǒng)主要材料性能指標、節(jié)能墻體的熱工計算表、設(shè)計要點及施工要求。

圖集的主要特點為:a．以當?shù)亟ㄖ牧蠟榛A(chǔ)，建筑基材包括了混凝土砌塊、混凝土空心砌塊、加氣混凝土、燒結(jié)空心磚、燒結(jié)多孔磚、燒結(jié)實心磚、花崗巖和鋼筋混凝土等。b．保溫材料包括了絕熱型擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(簡稱XPS)、聚苯乙烯泡沫板(簡稱EPS)、憎水性膨脹珍珠巖板、巖棉或玻璃棉板、膨脹珍珠巖、瀝青膨脹珍珠巖板以及膠粉聚苯顆粒漿體類保溫材料等。c．保溫結(jié)構(gòu)包含了外保溫、夾心保溫、內(nèi)保溫等多種構(gòu)造方法，其中外保溫和夾芯保溫構(gòu)造墻體有利于提高建筑對太陽能的蓄存和提高室內(nèi)溫度的熱穩(wěn)定性。

5 西藏高原低能耗建筑設(shè)計實踐

運用理論研究過程中建立的西藏高原低能耗建筑設(shè)計的“等熱流”熱工設(shè)計原理和方法以及低能耗建筑設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)研究成果，進行了西藏自治區(qū)可再生能源應(yīng)用示范基地的設(shè)計和示范，項目總占地面積 450畝(1畝≈666．67 m2)，建筑面積30萬m2。為進一步將關(guān)鍵技術(shù)成果拓展運用，在青海省剛察縣藏族牧民定居點建成了超低采暖能耗民居示范工程。

5．1 西藏自治區(qū)可再生能源應(yīng)用示范基地

該項目以5層以下的多層建筑為主體，采用框架結(jié)構(gòu)體系。建筑除進行圍護結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計以外，爭取最大程度的太陽能利用。冬季采暖利用太陽能，主要包括被動式太陽能建筑采暖、主動式太陽能采暖系統(tǒng)和太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)。設(shè)計采暖系統(tǒng)熱效率達到80%，太陽能采暖利用率達到35%以上。在滿足冬季室內(nèi)基本熱舒適前提下，建筑被動式與主動式采暖系統(tǒng)最冷月份太陽能總利用率大于85%，其他月份大于95%;最冷月份太陽能熱水利用率大于80%，其他月份大于95%。小區(qū)道路和景觀照明系統(tǒng)采用太陽能光伏照明系統(tǒng)。項目已于2010年秋季全面開工。

5．2 藏族牧民定居點超低采暖能耗民居示范工程

運用西藏高原低能耗建筑設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)成果，在青海省剛察縣進行了藏族牧民定居點超低采暖能耗民居示范工程的設(shè)計實踐。示范項目總計100戶，采用建筑保溫+被動太陽房+主動式太陽能熱水采暖結(jié)合技術(shù)。其中建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫達到了65%的節(jié)能要求;被動太陽房集成了直接受益窗、集熱蓄熱墻、附加陽光間技術(shù);主動式太陽能熱水采暖在坡屋頂設(shè)置太陽能集熱器，采暖系統(tǒng)末端為低溫地板輻射的形式。該項目的工程全貌如圖4所示，目前工程已經(jīng)竣工并交付使用。

圖4 超低采暖能耗建筑示范工程全貌Fig．4 A full picture of demonstration project about the super low energy consumption buildings

6 結(jié)語

研究發(fā)展地域低能耗建筑，控制建筑能耗增長速度，是我國社會可持續(xù)發(fā)展的重大需求。文章針對西藏高原地區(qū)城鄉(xiāng)居住建筑環(huán)境質(zhì)量差、常規(guī)能源短缺、區(qū)域偏遠、交通不便、經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展相對滯后等現(xiàn)狀和問題，通過對城鄉(xiāng)居住建筑的大規(guī)模實地勘察、對建筑環(huán)境質(zhì)量和能耗等指標的詳細測算以及對城鎮(zhèn)居住建筑和傳統(tǒng)民居基本模式的綜合分析，提出了適合西藏高原自然與氣候條件的低能耗建筑設(shè)計基本理論和計算方法，研發(fā)了低能耗建筑設(shè)計基本氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，創(chuàng)作出以太陽能綜合利用為核心技術(shù)，適合當?shù)孛褡逦幕蜕鐣?jīng)濟發(fā)展狀況的城鎮(zhèn)節(jié)能居住建筑體系和新型鄉(xiāng)村生態(tài)民居建筑體系。建成西藏自治區(qū)可再生能源應(yīng)用示范基地并推廣運用到青海省剛察縣藏族牧民定居點示范工程中，在滿足基本熱舒適條件下，同時保證了居住建筑的采暖和空調(diào)的超低能耗。編制了西藏地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計標準、采暖設(shè)計標準以及配套圖集，推動了當?shù)亟ㄖ?jié)能行業(yè)的整體進步。研究成果對于青藏高原其他地區(qū)亦具有借鑒意義。

［1］王玉群，王俊樂．西藏太陽能開發(fā)存在的問題及幾點建議［J］．西藏科技，2007(2):26 －28．

［2］中國建筑科學(xué)研究院．JGJ26—2010嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［3］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50019—2003采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2003．

［4］西安建筑科技大學(xué)，西藏建筑勘察設(shè)計院．DB54/0016—2007西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準［S］．拉薩:西藏人民出版社，2007．

［5］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50180—93城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范(2002版)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［6］Balcomb J D．Passive Solar Buildings［M］．London:The MIT Press，1992．

［7］西安建筑科技大學(xué)，西藏建筑勘察設(shè)計院．DB54/0015—2007西藏自治區(qū)民用建筑采暖設(shè)計標準［S］．拉薩:西藏人民出版社，2007．

［8］西藏建筑勘察設(shè)計院，西安建筑科技大學(xué)．藏08J103西藏自治區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計構(gòu)造圖集［S］．拉薩:西藏人民出版社，2009．