建筑节能是可持续发展的重要内容,也是当今世界节能领域关注的重点。随着现代科技的发展以及生活水平的提高,人们过于追求通过人工调节实现的室内热舒适环境,伴随而来的是巨大的建筑能耗和空气污染。作为能源匮乏大国,如何在保证室内舒适前提下通过有效的技术措施降低建筑能耗成为了当务之急。超低能耗居住建筑是指结合地区气候条件和生活行为习惯,采取被动式技术手段,针对性优化围护结构热工性能和建筑节能运营模式等,保证室内环境舒适的前提下尽可能降低冷热负荷的建筑。郑州地区超低能耗居住建筑处于刚刚起步阶段,研究适用于郑州地区气候环境下的被动式设计方案对于超低能耗居住建筑的发展具有启发和指导意义。本文结合郑州地区气候条件,以建筑能耗模拟软件DesignBuilder作为研究工具,对郑州地区超低能耗居住建筑进行节能设计研究。研究要点如下:(1)梳理超低能耗建筑节能设计要素,总结设计要点和节点做法。对比德国PHI、住房城乡建设部及河南省住房和城乡建设厅发布的超低能耗建筑设计标准,通过对建筑围护结构热工性能参数及各朝向窗墙面积比等的推荐值进行分析,确定了本文研究的能耗影响因素水平的取值范围。(2)对郑州地区超低能耗示范项目进行冬、夏两季现场监测,分析超低能耗建筑在极端气候条件下的热响应特性。分析表明:夏季室外实测温度波动范围为16.2~39.8℃,室内实测温度的波动范围为23.4~29.5℃;冬季室外实测温度波动范围为-9.5~6.8℃,室内实测温度的波动范围为13.2~20.6℃。与室外气温相比,同一天室内最高温度出现时间滞后于室外3–4 h,最低温度滞后2 h。(3)利用DesignBuilder软件对郑州地区超低能耗示范项目建立了物理模型并验证,基于该模型进行单项节能设计策略研究。分析表明:对于郑州地区超低能耗居住建筑,忽略建筑间遮挡等因素影响,建筑的最佳朝向为南偏东3°至南偏西7°;东西向窗墙面积比对建筑空调能耗影响最大,南向次之,北向最小;建议选用全热新风热回收系统,并在室外气候适宜时配合自然通风进一步降低建筑能耗,10月份节能率最高,达到79.72%。(4)基于物理模型进行多项节能设计策略组合研究。分析表明:地面传热系数、外墙传热系数对建筑空调能耗的影响受东西向窗墙面积比变化影响最大,南向次之、北向最小;外窗传热系数对建筑空调能耗的影响受南向窗墙面积比变化影响最大,北向次之、东西向最小;建筑围护结构各热工性能参数对建筑负荷及空调能耗的影响强弱排序为:外墙传热系数>外窗传热系数>地面传热系数>屋顶传热系数。(5)在调研总结郑州地区现有居住建筑特点的基础上结合《河南省居住建筑节能设计标准(寒冷地区75%+)》(DBJ41/T184-2017)建立了郑州地区典型居住建筑模型。利用正交试验法,以建筑能耗为依据通过极差分析得出最优设计方案,与基础建筑对比得出优化方案的节能率可达93%。本文研究成果对郑州地区超低能耗居住建筑的发展具有一定的参考价值和理论指导意义。