被動式低能耗建筑設(shè)計研究

郭瑞鑫+田辰月

【摘 要】隨著全球環(huán)境的逐步惡化，在建筑行業(yè)中綠色建筑的理念正逐步受到人們越來越多的重視，除了環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)點之外，人們更加青睞其可持續(xù)發(fā)展的建筑理念，作為被動式低能耗甚至零能耗的建筑，它更注重建筑對社會發(fā)展、自然環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)，它不再像其他建筑注重短期效應(yīng)，而是具有前瞻性和長期性。因此，建立和完善可持續(xù)建筑評估體系已成為世界建筑業(yè)的發(fā)展趨勢，至今全世界已有30 多個國家和地區(qū)使用了可持續(xù)建筑評估體系。但在整個評估體系中，被動式低能耗設(shè)計的建筑所占比例較小或被忽略，因此對被動式低能耗建筑設(shè)計的策略及其評估方法進行深入研究尤為重要。

【關(guān)鍵詞】建筑節(jié)能；被動式低能耗建筑；設(shè)計；評估

Passive Low Energy Architecture Design Research

Gui Rui-xin，Tian Chen-yue

（Zibo City， Shandong Province Architectural Design and Research Institute Zibo Shandong 255000）

【Abstract】With the gradual deterioration of the global environment， the concept of green building in the construction industry is gradually receiving more and more attention. Apart from the advantages of environmental protection and energy conservation， people are increasingly favoring the concept of sustainable development as a passive low energy Consuming even zero-energy buildings， it pays more attention to the coordination of architecture with social development， the natural environment and economic development. Instead of focusing on short-term effects of other buildings， it is forward-looking and long-term. Therefore， the establishment and improvement of sustainable building assessment system has become the development trend of the world's construction industry. So far， more than 30 countries and regions in the world have used the sustainable building assessment system. However， the proportion of passive low-energy-consumption buildings in the whole assessment system is relatively small or neglected， so it is particularly important to conduct an in-depth study on the strategies and assessment methods of passive low-energy buildings.

【Key words】Building energy efficiency；Passive low energy buildings；Design； Assessment

1. 被動式低能耗建筑設(shè)計概述

1.1 設(shè)計理念的提出。

（1）被動式低能耗建筑設(shè)計是20 多年前由美國建筑師巴魯克·吉沃尼最早提出。這種設(shè)計方法對建筑設(shè)計和原材料的要求都比較高，其最終目的是盡可能減少能源消耗，并與建筑周圍的氣候因素、建筑設(shè)計及結(jié)構(gòu)特點相呼應(yīng)。

（2）被動式低能耗建筑設(shè)計通過最大限度地利用太陽能等自然能源，為建筑的使用者提供較為舒適的居住和工作環(huán)境，它倡導(dǎo)的是綠色環(huán)保、節(jié)能減排的新能源建筑理念，不用或少用采暖和制冷的傳統(tǒng)建筑設(shè)備系統(tǒng)，符合時代發(fā)展的潮流。廣義的被動式低能耗設(shè)計涵蓋的內(nèi)容較多，本文主要研究的是建筑過程中的被動式低能耗設(shè)計。它主要針對建筑設(shè)計本身而言，需要考慮日照、熱工性能、建筑通風等方面，以體現(xiàn)其有機結(jié)合的設(shè)計方法。

1.2 設(shè)計特點。

被動式低能耗建筑設(shè)計不受地區(qū)氣候影響，是當今世界上較為先進的節(jié)能建筑類型，因此也被稱為低能耗建筑或零能耗建筑。其特點是： 能耗低，是普通建筑的10% 左右； 其低能耗技術(shù)主要通過高隔熱、隔聲、密封性強的建筑外墻，并充分利用太陽能等自然資源、地源等可再生能源實行被動采暖和制冷； 與普通建筑相比，經(jīng)過被動式低能耗設(shè)計的建筑可節(jié)能90% 左右，這將成為未來節(jié)能減排的重要途徑。

2. 被動式低能耗建筑設(shè)計的評估路徑

在傳統(tǒng)評估體系中，傾向于建筑設(shè)備系統(tǒng)性能的評估，然而建筑設(shè)備系統(tǒng)對建筑的節(jié)能降耗效果甚微，而被動式低能耗建筑的設(shè)計較好地彌補了建筑設(shè)備系統(tǒng)的不足，達到了低能耗或零能耗，是可持續(xù)建筑發(fā)展的重要改進。

2.1 可持續(xù)建筑評估體系中的被動式低能耗設(shè)計。endprint

被動式低能耗設(shè)計的評估方法絕大部分以生物氣候?qū)W解釋為依據(jù)，這最早是由匈牙利建筑師維克多·歐爾焦伊提出的。其主要內(nèi)容是： 被動式低能耗設(shè)計通過建筑設(shè)計壓縮室外溫度曲線波動范圍，其他部分則由建筑設(shè)備系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，以達到人體感覺舒適的溫度范圍。如果片面強調(diào)建筑設(shè)備系統(tǒng)的作用，不對被動式低能耗設(shè)計有所考慮，只能通過消耗大量的能源把溫度調(diào)節(jié)到最佳適宜范圍，但是這種消耗與真正的可持續(xù)建筑標準相差甚遠，不利于客觀科學地評估建筑的可持續(xù)性。

2.2 被動式低能耗建筑設(shè)計評估方法。

2. 2.1 評估方法。

（1）被動式低能耗建筑設(shè)計的評估方法首先是把它和建筑設(shè)備系統(tǒng)性能區(qū)分評估，根據(jù)它們各自的貢獻來分配相應(yīng)的分數(shù)。在世界建筑業(yè)能耗評估中，只有國家新加坡的被動式低能耗設(shè)計的分數(shù)比重多于建筑設(shè)備系統(tǒng)性能。這是因為新加坡的評估體系中區(qū)分了被動式低能耗建筑設(shè)計和建筑設(shè)備系統(tǒng)性能的做法，依據(jù)二者對建筑節(jié)能的貢獻多少進行重新分配，這樣計算的結(jié)果是被動式低能耗建筑的分數(shù)遠高于建筑設(shè)備系統(tǒng)性能的分數(shù)。圖2 為被動式低能耗設(shè)計和建筑設(shè)備性能所占比重。

（2）這種將建筑性能和系統(tǒng)性能分開進行相應(yīng)分數(shù)分配的方法，適用于所有的可持續(xù)建筑評估體系。但是因地域和自然環(huán)境的差異，其被動式低能耗設(shè)計策略也會有所不同。每個國家和地區(qū)需根據(jù)自身實際情況和傳統(tǒng)習俗等進行相應(yīng)調(diào)整，以使被動式低能耗設(shè)計與建筑節(jié)能相匹配，達到符合自己國家和地區(qū)的評估方式和比重。

2. 2.2 程序。

在對被動式低能耗設(shè)計的分數(shù)權(quán)衡之后，應(yīng)再對各項指標逐一細化。如被動式低能耗建筑設(shè)計對于建筑布局、朝向等評估要以定性評價為主，再從熱工性能、視覺舒適、建筑通風等方面入手； 最后經(jīng)過計算機模擬或者實際測量計算進行全面評估，最后得出一個符合各方面要求的標準。

3. 實例分析。

（1）室內(nèi)溫度的評估方法。

對于室內(nèi)環(huán)境來說，不同使用者對不同建筑設(shè)計策略的期望價值也不相同。例如在自然通風條件下，相同的建筑熱舒適范圍也會因季節(jié)和風速的不同有差異； 即使在相同氣候條件下，不同的使用者對舒適度的感受也不相同。當前對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的評估指標采用的是美國工程師學會制定的標準。這個標準較為簡便易行，它是指在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)下來評判人們對室內(nèi)溫度的舒適指數(shù)。但這種評估方法不適用于被動式低能耗建筑設(shè)計，因為它的測定前提是一個相對穩(wěn)定的溫度環(huán)境，而被動式低能耗建筑突出的是低能耗或零能耗，其最終目的是達到使用者對室內(nèi)熱環(huán)境的滿意，它會因不同的使用要求、氣候條件和時間范圍而給出相應(yīng)的舒適范圍，所以被動式低能耗建筑中的熱環(huán)境舒適范圍應(yīng)更具彈性。

（2）室內(nèi)自然采光的評估。

對自然采光的評估分指標性評估和基于性能評估兩種方法。指標性評估結(jié)果會出現(xiàn)偏差，因為該指標評估相對簡單，沒有把建筑物周圍的環(huán)境與氣候條件考慮在內(nèi)，同時也不能完全保證室內(nèi)獲得充足的采光； 而基于性能的評估不但考慮房間和窗戶的面積，還要考慮房間形狀、玻璃類型和折射率、室內(nèi)和室外的反射率以及氣候和外部的遮擋物等因素，通過對性能要求的嚴格測試進行評估。當前基于性能的采光評估模擬測試技術(shù)已趨于成熟，但由于大部分評估體系中給出的標準和要求都非常低，這些采光系數(shù)并不能科學地反映一個建筑室內(nèi)空間是否都滿足采光要求。因此這一指標評估還需進一步改善和修正。

4. 結(jié)語

在世界建筑業(yè)飛速發(fā)展的今天，被動式低能耗設(shè)計已成為可持續(xù)建筑中不可或缺的重要因素，應(yīng)對其進行重新審視與正確評價。通過被動式低能耗建筑設(shè)計的闡述，特別是對被動式低能耗即太陽能的應(yīng)用實例，明確了在可持續(xù)建筑的評估中，把建筑設(shè)備系統(tǒng)性能和被動式低能耗設(shè)計區(qū)分開來，根據(jù)它們對節(jié)能的貢獻，在建筑能耗評估中給予相應(yīng)比重的分數(shù)，有助于建筑的節(jié)能和可持續(xù)性； 通過室內(nèi)熱環(huán)境和自然采光的評估實例，在基于建筑實際功能的基礎(chǔ)上，不但要考慮使用者的滿意程度，還要通過正確的程序進行測評，從而得出科學、客觀、準確的評估結(jié)果。endprint