淺析被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

張宇

（黑龍江省建設(shè)集團(tuán)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

淺析被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

張宇

（黑龍江省建設(shè)集團(tuán)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

建筑環(huán)境質(zhì)量、節(jié)能減排等問(wèn)題的妥善解決才能促進(jìn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，而應(yīng)用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)技術(shù)建立與地域氣候與資源環(huán)境相適應(yīng)的超低耗能建筑是一個(gè)有效途徑。本文基于對(duì)被動(dòng)式設(shè)計(jì)原理的而研究，分析了超低耗能建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，建立了表征室內(nèi)熱舒適需求及室外典型氣候的一種精細(xì)化方法，提出熱工設(shè)計(jì)被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖與蓄熱通風(fēng)降溫技術(shù)的計(jì)算方法，并應(yīng)用于我國(guó)西部地區(qū)，對(duì)于促進(jìn)地域建筑的可持續(xù)發(fā)展具有一定的借鑒意義。

被動(dòng)式；超低耗能；應(yīng)用效果

我國(guó)地域遼闊，但具有世界最多的人口?；诖巳司茉磁c資源嚴(yán)重不足，脆弱的生態(tài)環(huán)境，不高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，只采用傳統(tǒng)建造方式，或利用城市建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，都難以對(duì)建筑環(huán)境質(zhì)量、節(jié)能減排及文化傳承的綜合需求等問(wèn)題進(jìn)行有效解決。城鎮(zhèn)建筑亟需采用對(duì)地域及社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化背景有針對(duì)性地超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法體系，以確保舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境、地域風(fēng)貌及傳承傳統(tǒng)生態(tài)經(jīng)驗(yàn)，并有效利用太陽(yáng)能等自然能源，達(dá)到節(jié)約能源的目的，這被稱為被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法。

1 被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)方法

該設(shè)計(jì)方法是對(duì)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行研究運(yùn)用而不是采用對(duì)環(huán)境進(jìn)行人工控制的方法與技術(shù)提高室內(nèi)熱舒適，研究建筑與室內(nèi)外氣候相互作用，在室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照穩(wěn)態(tài)熱平衡理論，通過(guò)采暖、通風(fēng)等主動(dòng)式環(huán)境控制技術(shù)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行保持并調(diào)節(jié)，使其狀態(tài)達(dá)到均勻舒適及相對(duì)穩(wěn)定，而室內(nèi)微氣候全部隔離室外自然氣候耗能也不健康。

因18—26攝氏度是人體熱舒適度最佳的常溫狀態(tài)，很多地區(qū)是室外氣候都能夠達(dá)到該范圍，所以，若采用太陽(yáng)能采暖等被動(dòng)式技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，對(duì)自然冷熱量進(jìn)行充分利用，就能使建筑設(shè)備明顯降低能耗，達(dá)到超低能耗甚至零能耗的效果，這是被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)的原理，通常將建筑能耗近乎于0的建筑稱為超低能耗建筑。

被動(dòng)式設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于利用氣候資源的可行性及采用的建筑設(shè)計(jì)方法，盡可能縮小人體熱舒適需求與室外氣候的差異，設(shè)計(jì)目標(biāo)是采用建筑被動(dòng)式技術(shù)將氣候的可調(diào)控區(qū)間盡可能擴(kuò)大，使建筑對(duì)人工環(huán)境設(shè)備的需求明顯降低。在設(shè)計(jì)建筑方案的過(guò)程中，提高建筑節(jié)能效果應(yīng)基于氣候影響各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的程度，氣候分析的關(guān)鍵在于對(duì)室外氣候與人體熱感、室內(nèi)微氣候之間關(guān)系的準(zhǔn)確確定。

雖然建筑設(shè)計(jì)人員具有一定的氣候設(shè)計(jì)知識(shí)，但缺少實(shí)踐能力，其原因在于對(duì)氣候進(jìn)行定量計(jì)算的分析方法及工具不足。國(guó)際上目前在建筑氣候分析方面有圖形與表格兩大類常用的分析方法，都是基于人體熱舒適角度采用被動(dòng)式技術(shù)選擇原則對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鬟M(jìn)行分析。因各國(guó)及我國(guó)部分地區(qū)的氣候都存在一定的差異，應(yīng)結(jié)合氣候特點(diǎn)探討建立建筑氣候分析方法。

2 表征室外氣候的精細(xì)化方法

對(duì)室外氣候特征基于建筑熱環(huán)境及熱舒適角度，建筑氣候分析技術(shù)建立的基礎(chǔ)問(wèn)題應(yīng)采用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)描述，也是優(yōu)化低能耗設(shè)計(jì)的重要條件。建筑節(jié)能方面的基礎(chǔ)氣象參數(shù)研究相對(duì)于理論分析與數(shù)值模擬研究，我國(guó)還與發(fā)達(dá)國(guó)家具有一定的差距。對(duì)室外氣象參數(shù)的需求以前還處于穩(wěn)態(tài)計(jì)算層面，為精細(xì)化的建筑能耗模擬服務(wù)逐時(shí)數(shù)據(jù)研究一直沒(méi)有開(kāi)展，對(duì)建筑節(jié)能行業(yè)的發(fā)展具有制約作用。隨著精確計(jì)算逐時(shí)能耗的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法在2005年被確立為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建筑節(jié)能中對(duì)室外典型氣候逐時(shí)變化特征的氣象年數(shù)據(jù)準(zhǔn)確描述的研發(fā)就成為一個(gè)重要問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)學(xué)者基于此開(kāi)展了很多基礎(chǔ)研究工作，提出典型氣象年為基本生成方法，綜合氣象數(shù)據(jù)及建筑熱環(huán)境需求，研發(fā)適宜我國(guó)的典型氣象年的研究方法。典型氣象年能夠?qū)⒔ㄖ芎牡闹饡r(shí)變化進(jìn)行準(zhǔn)確反映，還能利用最少的氣象數(shù)據(jù)表明典型的氣候變化，技術(shù)難點(diǎn)在于精細(xì)化模擬與計(jì)算量減少之間的平衡。

3 室內(nèi)微氣候與人體熱舒適

室內(nèi)空氣溫濕度、周圍表面輻射溫度能夠構(gòu)成室內(nèi)微氣候，對(duì)熱舒適的小氣候環(huán)境產(chǎn)生一定程度的影響。室內(nèi)微氣候與體表?yè)Q熱之間的平衡對(duì)于環(huán)境舒適度具有決定性作用，在建筑創(chuàng)造的室內(nèi)微氣候與熱舒適需求比較接近時(shí)，建筑的舒適性就越高，節(jié)能效果也最明顯。具有關(guān)測(cè)試結(jié)果顯示，熱舒適溫度在建成環(huán)境中普遍高于設(shè)定的恒定溫度標(biāo)準(zhǔn)，人體在舒適臨界范圍，接受自然變化的“動(dòng)態(tài)”環(huán)境程度顯著優(yōu)于主動(dòng)式控制環(huán)境。設(shè)計(jì)的建筑熱環(huán)境和空調(diào)系統(tǒng)基于調(diào)節(jié)建筑性能及主動(dòng)適應(yīng)的設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生重要變革，對(duì)恒溫環(huán)境采用機(jī)械調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)思維進(jìn)行改變。

4 被動(dòng)式設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)核心是采用建筑空間布局及細(xì)部處理等方法調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候達(dá)到良好的舒適度，冬季利用太陽(yáng)能輻射采暖，被動(dòng)式技術(shù)中的兩種常用方法就是夏季蓄熱及夜間降溫，也是實(shí)現(xiàn)常規(guī)能源節(jié)約的有效途徑。為不斷推廣該技術(shù)，在氣候分區(qū)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法方面深入開(kāi)展相關(guān)研究工作。

5 被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，我國(guó)西部地區(qū)普遍存在日益惡化的建筑環(huán)境、耗能較大的建筑逐漸增多，在建筑設(shè)計(jì)方面應(yīng)用被動(dòng)式技術(shù)，對(duì)于提高地域特征、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保等都具有重要作用，可有效促進(jìn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。如在陜西、寧夏等地區(qū)建設(shè)的超低能耗示范工程，具有結(jié)構(gòu)安全、節(jié)能環(huán)保等明顯優(yōu)勢(shì)，還能充分表現(xiàn)出地域風(fēng)貌。

［1］ 姚萬(wàn)祥，李崢嶸.幾種散射輻射模型精度的對(duì)比［J］，同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013.8

［2］ 傅炳珊，陳渭民，馬麗.利用MODTRAN 3計(jì)算我國(guó)太陽(yáng)直接輻射和散射輻射［J］，南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2013.10

［3］ 蘇高利，柳欽火，鄧芳萍等.基于LS-SVM方法的晴空逐時(shí)太陽(yáng)輻射模型［J］，北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.5

［4］ 亓?xí)粤?，楊柳，劉加?北方地區(qū)辦公建筑夜間通風(fēng)適用性分析［J］，太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2013.6

TU201.5

A

1003-5168（2015）11-135-01

張宇（1983—），女，黑龍江省牡丹江市人，大學(xué)?？茖W(xué)歷，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。