被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與運(yùn)用

王書同

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們愈發(fā)注意生活環(huán)境的改善和生存質(zhì)量的提升。我國是一個經(jīng)濟(jì)和能源大國，但仍存在著能源短缺的問題，而其中20%-25%的能源都是建筑能耗。在這樣的情況下建立在傳統(tǒng)建筑基礎(chǔ)上的低耗能建筑的出現(xiàn)滿足了建筑事業(yè)發(fā)展的要求也滿足了人們對建筑舒適度的要求更滿足了環(huán)保的要求。而被動式設(shè)計(jì)作為低耗能建筑中的一個重要組成部分，以不同于主動設(shè)計(jì)的自然理念結(jié)合本地的發(fā)展因地制宜應(yīng)該得到更多的重視和研究。

關(guān)鍵詞：被動式設(shè)計(jì)；低耗能建筑；運(yùn)用

文章從低耗能建筑的概念入手分析低耗能建筑設(shè)計(jì)中主被動運(yùn)行的特點(diǎn)深入研究被動式設(shè)計(jì)對低耗能建筑設(shè)計(jì)運(yùn)用的意義。

一、被動設(shè)計(jì)策略概述

我國開展被動設(shè)計(jì)的必要性。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對人們建筑的舒適性和實(shí)用性提出了更多的要求。在主動式的設(shè)計(jì)策略中，利用額外的能源消耗能夠有效滿足人民的使用水平也能創(chuàng)造出足夠的室內(nèi)環(huán)境舒適度。但在技術(shù)更新速度較快的前提下，他對開發(fā)者及相關(guān)人員的素質(zhì)要求都非常高，造價成本、維修成本也比較大。所以，主動式的設(shè)計(jì)更加適合于較發(fā)達(dá)的國家或者面積較小的國家。他們運(yùn)用主動型設(shè)計(jì)可以很好地解決舒適的問題。而我國的現(xiàn)狀是地區(qū)差異大，不僅經(jīng)濟(jì)差異大，自然差異也大。中國國土遼闊在這種情況下實(shí)施主動的設(shè)計(jì)策略一方面能耗大能耗差異也大，另一方面也不利于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此，結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀惶卣鏖_展相應(yīng)的被動式設(shè)計(jì)策略能夠更好地解決經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的矛盾。

而國外采取被動性的設(shè)計(jì)來代替主動性的設(shè)計(jì)也能夠更好地節(jié)約資源同時為公民帶來良好的體驗(yàn)。以德國的阿迪達(dá)斯德國餐會與會議中心為例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時，盡可能的保留了基地內(nèi)的樹木，并將自然環(huán)境跟建筑姿態(tài)完美結(jié)合，極小的室內(nèi)外差別讓人感到自然、放松、開放。

二、被動設(shè)計(jì)在低耗能建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用策略

（一）區(qū)域氣候分析及被動式設(shè)計(jì)手段分析

掌握一個地區(qū)全年的氣候特征，根據(jù)可以檢測到的資源的數(shù)據(jù)的分析入干濕球溫度、焓值、風(fēng)速、主導(dǎo)風(fēng)向、降雨量、云量、日照時間、太陽輻射強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并了解各項(xiàng)的平均值和極值，然后在進(jìn)行具體的指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，這樣可以確定當(dāng)前地區(qū)要采用什么樣的被動式系統(tǒng)。例如目前該地區(qū)可能要采取被動式的采暖手段，就可以通過·被動式太陽能利用·被動式采暖·熱質(zhì)蓄熱而具體采用哪種方法就要根據(jù)由當(dāng)前地區(qū)的氣候所決定的特征。同樣的在一個地區(qū)決定選擇被動式制冷是，可以選擇·自然通風(fēng)·被動式制冷·熱質(zhì)蓄冷·蒸發(fā)制冷·通過夜間通風(fēng)進(jìn)行熱質(zhì)蓄冷。

（二）總圖規(guī)劃中的被動式設(shè)計(jì)

在建筑學(xué)中，我們常?；诿缹W(xué)和功能布局的考慮來制定總圖規(guī)劃設(shè)計(jì)圖，因?yàn)橛脩舻淖》勘匦枰弦欢ǖ囊?guī)定，合適的樓間距帶來的充足的日照時間，合適的綠化帶來的生活環(huán)境以及便利的交通是規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要目的。但建立在被動式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的只能國土規(guī)劃，還要考慮筑的朝向、間距、布局對建筑單體的自然通風(fēng)、日照遮陽、自然采光的影響另一方面也要考慮建筑場地（住宅地區(qū)）對區(qū)域環(huán)境的影響。將被動式的設(shè)計(jì)理念融入到總圖的規(guī)劃中可以極大地提高園區(qū)舒適程度，同時又能夠達(dá)到自然條件的良好利用的狀態(tài)。

（三）景觀與被動式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)追求自然與人的協(xié)調(diào)，因?yàn)榫坝^本身就是一個人創(chuàng)造出的自然。被動式設(shè)計(jì)中的低耗能景觀對自然地影響包括風(fēng)、光、溫度、濕度、塵土、空氣的影響。高大的闊葉林能夠有效的防風(fēng)國土，同時也能夠增強(qiáng)氧氣循環(huán)，落葉喬木夏季起到遮陽作用后又不會再冬季減少溫暖。這些自然“設(shè)施”的利用對建筑的低耗能運(yùn)行十分重要。

（四）建筑造型的被動式改造

建筑設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一就是建筑造型，因?yàn)榻ㄖ煨驮诮ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)能耗、自然采光效果、自然通風(fēng)效果、室內(nèi)舒適度這幾個方面都有著很重要的影響。他們之間相輔相成互相影響，被動式的改造應(yīng)該是在保證其能耗的基礎(chǔ)上加強(qiáng)美學(xué)突出，二者兼顧。

（五）建筑熱物理性能設(shè)計(jì)

熱物理性能設(shè)計(jì)包括五個方面·建筑整體及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性·外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造·建筑的保溫與隔熱性能·保溫材料與U值·正確的保溫構(gòu)造斷熱橋構(gòu)造。這五個方面的協(xié)調(diào)運(yùn)用可結(jié)合物理環(huán)境中的運(yùn)用以極大地提高熱質(zhì)蓄熱在被動式設(shè)計(jì)中的作用，減少熱能耗從而提升其他方面的舒適。

（六）太陽輻射的利用

合理的太陽輻射的利用包括冬季和夏季利用兩個方面。冬季的太陽輻射是建筑物獲得熱量從而降低了采暖的能耗，而夏季的太陽輻射同理增大了空調(diào)的能耗，通過控制太陽輻射遮陽但不影響采光，通過對日照角度的分析獲得最大的日照時間。

（七）計(jì)算機(jī)模擬指導(dǎo)設(shè)計(jì)與被動式設(shè)計(jì)緊密結(jié)合

建筑資源的能耗分析可以幫助建筑師采用不同的方案來進(jìn)行解決。在被動式設(shè)計(jì)中有三大軟件的應(yīng)用包括算流體力學(xué)模擬軟件（C[D）、建筑動態(tài)能耗模擬軟件（BES）、太陽輻射及光環(huán)境模擬軟件（BIS）的使用都可以調(diào)整和指導(dǎo)建筑師選擇更佳的降低能耗的方案。同時BIM建模在建筑施工時的廣泛應(yīng)用也使建筑師一方面可以真正感受到建筑物自主運(yùn)行時候的魅力也可以在建模的過程中不斷完善低耗能概念。

三、被動式設(shè)計(jì)策略在低耗能建筑中的使用優(yōu)勢

我國借鑒被動式的設(shè)計(jì)策略在國外建筑中的應(yīng)用不能僅僅體現(xiàn)在建筑統(tǒng)一的設(shè)計(jì)上。建立以文化為基礎(chǔ)的被動式設(shè)計(jì)是我們國家低耗能建筑發(fā)展的趨向。我國建筑師有著深厚的地區(qū)建筑幾點(diǎn)。由于各地不同的差異因地制宜的發(fā)展是適合各地的被動式設(shè)計(jì)發(fā)展。就像是上海的設(shè)計(jì)師無法很好地處理東北建筑的被動設(shè)計(jì)中能源消耗的問題，將實(shí)際的問題與本地情況結(jié)合，把這一任務(wù)交給熟悉本利自然氣候和材料的本土建筑師能夠積累更多更好地適應(yīng)各地的被動式策略。

四、結(jié)語

低耗能建筑的設(shè)計(jì)不僅僅跟建筑形式建筑構(gòu)造有關(guān)。傳統(tǒng)的建筑物構(gòu)造暴扣基礎(chǔ)、墻或柱、樓板層與地層、樓梯、屋頂和門窗六大部分。被動式的設(shè)計(jì)理念就是如何將這溜達(dá)部分更好跟自然相結(jié)合，以提高建筑的耐用性可行性經(jīng)濟(jì)性，重要的是降低建筑的能耗。

（作者單位：山東省建筑設(shè)計(jì)研究院）endprint