寒冷地區(qū)綠色公共建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)研究

張昊天

（長(zhǎng)春建筑學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130607）

被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)是住宅建筑有效降低能耗一種有效手段，該設(shè)計(jì)放棄了傳統(tǒng)通過(guò)電子設(shè)備或機(jī)械運(yùn)作達(dá)到節(jié)能目的的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)新型被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)概念實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的整體和局部能耗降低。尤其在寒冷地區(qū)，可以通過(guò)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)充分利用建筑物的自然資源，在降低能耗的同時(shí)也為市民帶來(lái)舒適環(huán)境的體驗(yàn)。

1 公共建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的意義

被動(dòng)式設(shè)計(jì)公共建筑中應(yīng)用體現(xiàn)很多優(yōu)點(diǎn)，能為城市公共建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)更多積極效用，被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)具有便于實(shí)施和推廣且靈活簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)植物、地形、風(fēng)力、陽(yáng)光等自然因素進(jìn)行直接利用下實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步優(yōu)公共建筑總體設(shè)計(jì)方案；使用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的公共建筑僅需要使用很少量的機(jī)械設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)能耗的有效降低，因此在達(dá)成節(jié)能效用的同時(shí)，也大大降低了公共建筑建設(shè)的成本；同時(shí)采用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的公共建筑具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，它通過(guò)考慮使用人群的地域特點(diǎn)、人群特征等通過(guò)對(duì)空間的合理規(guī)劃分割可以被運(yùn)用于各種類(lèi)型公共建筑。

2 被動(dòng)式節(jié)能建筑的主要特征

（1）可再生資源被普遍運(yùn)用于寒冷地區(qū)綠色公共建筑使用的建材和能耗設(shè)施利用中，這可以在節(jié)約公共建筑建造成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，避免在建筑物上的無(wú)效裝飾控制經(jīng)濟(jì)投入上的浪費(fèi)。

（2）被動(dòng)式節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)理念是實(shí)現(xiàn)建筑能耗從低能耗到零能耗最后達(dá)到負(fù)能耗的演變過(guò)程，成熟的建筑物節(jié)能被動(dòng)式設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用在一定程度上能夠降低建筑物運(yùn)用對(duì)周邊環(huán)境的影響，而且在某種特定環(huán)境下，還能通過(guò)對(duì)周邊環(huán)境的利用來(lái)彌補(bǔ)自身能耗的損失。

（3）寒冷地區(qū)的公共建筑基于其特定的地理環(huán)境和自然因素處于一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮與周邊環(huán)境進(jìn)行融合后采取合適方案。

3 被動(dòng)式節(jié)能建筑的主要作用

傳統(tǒng)的建筑工程通過(guò)使用大量的混凝土、水泥、磚等建筑材料建造，此外為滿(mǎn)足建筑物的使用需求，冰箱、電視、空調(diào)等電氣設(shè)備在建筑物中的大量使用也會(huì)造成能源消耗。被動(dòng)式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)理念的推廣運(yùn)用，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建筑模式的變革，同步結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境特征，充分利用地?zé)崽?yáng)能等可再生的新能源的效用從而使得建筑能耗大大降低。

公共建筑被動(dòng)式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的運(yùn)用還能提升環(huán)境效益。被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)通過(guò)采用環(huán)保材料，有效改善建筑物內(nèi)部的各項(xiàng)指標(biāo)：包括溫度、濕度、采光、空氣循環(huán)等，這些指標(biāo)的改善大大提高了建筑物的使用舒適性和使用人群的體驗(yàn)，同樣建筑中最大程度使用的節(jié)能材料也可以減少有害煙塵氣體的排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極作用。

4 寒冷地區(qū)綠色公共建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

4.1 被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)公共建筑的布局

對(duì)建筑物內(nèi)的各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行合理的設(shè)置和布局，包括在通公共建筑物走道兩側(cè)高出設(shè)置窗戶(hù)引用自然風(fēng)通風(fēng)確?？諝饬魍?；公共建筑物的選址應(yīng)當(dāng)盡量選擇無(wú)遮擋物的地勢(shì)平坦的向陽(yáng)基地，確保每幢相鄰建筑之間通過(guò)適當(dāng)?shù)谋Ａ糸g距以獲得充足的太陽(yáng)光照射從而提高溫度較低時(shí)室內(nèi)的溫度。寒冷地區(qū)因?yàn)樘厥馊照占皻夂驐l件的限制對(duì)公共建筑物設(shè)計(jì)朝向也提出了特殊需求，根據(jù)專(zhuān)業(yè)研究寒冷地區(qū)建筑物日照的最佳方向?yàn)槭钦蠔|西偏向十度以?xún)?nèi)范圍，在此范圍內(nèi)能滿(mǎn)足建筑物得到足夠光照的要求。

4.2 被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)公共建筑的選址

寒冷地區(qū)公共建筑要達(dá)到后期的節(jié)能效應(yīng)首先需要對(duì)選址要做出科學(xué)考慮。我們知道建筑周邊及內(nèi)在環(huán)境是影響人們體驗(yàn)度舒適重要因素，作為市民公共活動(dòng)場(chǎng)所，公共建筑的選址要充分考慮周邊自然環(huán)境與建筑使用之間的關(guān)聯(lián)，選址工作的成功是實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能降耗的第一步。綜合考慮氣候地貌等自然因素的影響，我們認(rèn)為如果建筑物所處位置的西北方向有茂盛樹(shù)林或者天然山坡是比較理想的選擇，因?yàn)樵摲N地貌可以實(shí)現(xiàn)御寒屏障功能，是公共建筑選址的理想場(chǎng)所，此外，建筑物的東南方向如果有坡或者河流，可以有效的保障建筑物內(nèi)的空氣濕度，避免建筑物溫度驟升驟降對(duì)公共建筑環(huán)境舒適度造成影響。

4.3 公共建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的內(nèi)容

建筑物被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包含外戶(hù)設(shè)計(jì)、建筑物朝向選擇、建筑整體布局構(gòu)建、建筑物的體型以及建筑物室內(nèi)戶(hù)型等，此外建筑物的采光通風(fēng)以及遮陽(yáng)設(shè)計(jì)等都是設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；在進(jìn)行公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要綜合考慮周邊地區(qū)環(huán)境和建筑物的整體布局并結(jié)合當(dāng)?shù)厝照蘸妥匀煌L(fēng)情況選擇最佳的建筑朝向，通過(guò)引入充足的日照通風(fēng)條件保障公共建筑的使用功能；建筑場(chǎng)地的選擇中，應(yīng)當(dāng)綜合考慮植被、水體、噪聲源、冬季防風(fēng)保溫以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響[1]。此外，建筑物的選材，包括墻體材料、門(mén)窗傳熱系數(shù)、保溫材料種類(lèi)的選擇以及斷橋熱的處理等。

4.4 公共建筑的建筑形態(tài)及功能應(yīng)用

地處寒冷區(qū)域的公共建筑的建筑形態(tài)，會(huì)直接影響到建筑物節(jié)能性能，我們?cè)诮ㄔ旃步ㄖ臅r(shí)候，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效應(yīng)必須考慮包括建筑形態(tài)在內(nèi)的各方面因素，比如要盡量降低建筑物的外形系數(shù)帶來(lái)的影響達(dá)到降低表面熱量損失，從而保持室內(nèi)維持溫度；在寒冷地區(qū)的冷空氣通常來(lái)自于建筑物東北以及西北方向，因此要嚴(yán)格控制建筑物開(kāi)窗位置和開(kāi)窗面積，開(kāi)窗可以遵循以下原則：選用較大的南窗在西北東三面的窗則應(yīng)該比較小以應(yīng)對(duì)冷風(fēng)影響；對(duì)于建筑物的屋頂盡量采用規(guī)整的形態(tài)，通過(guò)增加南面屋頂?shù)拿娣e減少北面屋頂?shù)拿娣e方法通過(guò)調(diào)整建筑物結(jié)構(gòu)使之接收到更多的太陽(yáng)能輻射熱量。

5 公共建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)

5.1 建筑屋面保溫層防水層位置置換

建筑屋面的倒置是指通過(guò)改變傳統(tǒng)建筑屋面構(gòu)造達(dá)到節(jié)能目的。在傳統(tǒng)屋面的建造中，保溫層位于防水層的下部，但經(jīng)過(guò)研究表明，將兩層的位置進(jìn)行倒置對(duì)節(jié)能效果是一個(gè)很大的推進(jìn)，但是此種設(shè)計(jì)對(duì)保溫層的材料透水性提出了更高的要求。

5.2 門(mén)窗節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑物的門(mén)窗是能耗損失的重要路徑，因此我們?cè)诤涞貐^(qū)公共建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量降低窗墻比，減少窗戶(hù)比重，當(dāng)然這是在確保建筑物使用功能的前提下；我們也可以通過(guò)采用高性能玻璃替代傳統(tǒng)中空玻璃以提高建筑物的保溫隔熱性能；在制作窗戶(hù)選材上通過(guò)在窗框與窗洞口形成的熱橋處結(jié)合外墻結(jié)構(gòu)選用高性能斷橋鋁材料，加強(qiáng)對(duì)該細(xì)節(jié)的節(jié)點(diǎn)處理，提高窗戶(hù)的制作工藝；通過(guò)對(duì)窗戶(hù)安裝密封條以及提高窗戶(hù)安裝的精度有效提高窗戶(hù)的密封性，隔絕室內(nèi)外空氣滲透路徑。

5.3 住宅外墻的節(jié)能設(shè)計(jì)

基于外墻面積占到建筑物面積的60%以上，外墻上的能耗損失占到建筑物總能耗損失的40%以上，因此控制公共建筑外墻體系的保溫隔熱系數(shù)非常重要。采取的技術(shù)手段可以通過(guò)在建筑墻體結(jié)構(gòu)層的外側(cè)設(shè)置保溫層現(xiàn)對(duì)外界諸如濕度溫度等因素的有效隔，通過(guò)構(gòu)建有效保溫層減少熱橋的產(chǎn)生。同時(shí)保溫層與外飾面形成空氣層結(jié)構(gòu)也能對(duì)保溫層形成更好的保護(hù)。

5.4 公共建筑的周邊綠化設(shè)計(jì)

被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)還有一種重要的應(yīng)用是在建筑上使用墻體綠化，這是一種具有占地面積小，以建筑的垂直立面為載體的新型綠化形式。這種綠化形式的生態(tài)效能非常高，對(duì)公共建筑的能耗降低有著重大的推進(jìn)作用。常見(jiàn)的綠化方式包括墻體綠化形式，例如在墻面嵌入裝有植物的綠色容器以及在墻體種植藤蔓類(lèi)植物，實(shí)際運(yùn)用中可以選擇葉面較大，枝葉茂盛的藤蔓類(lèi)植物以發(fā)揮較強(qiáng)的吸熱能力；此外，藤蔓類(lèi)植物乙選擇夏季長(zhǎng)葉冬季凋落品種，保證植物在墻體種植上留有一定距離確?？諝饬魍槙?。還可以在建筑物的屋頂通過(guò)選用適當(dāng)?shù)哪嗤磷鳛楸貙油瑫r(shí)還可以種植植物。

5.5 公共建筑的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

公共建筑的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)中保證通風(fēng)條件是重要因素。我們?cè)趫?chǎng)地設(shè)計(jì)中，通過(guò)各種技術(shù)手段避免冬季風(fēng)向形成90°夾角，削減不利風(fēng)向?qū)ㄖ锏挠绊懗潭?。此外，通過(guò)立面風(fēng)壓分布情況同步設(shè)計(jì)開(kāi)啟扇機(jī)構(gòu)運(yùn)用；控制建筑物進(jìn)深尺度不大于15m，以確?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)窗就可以達(dá)成室內(nèi)外空氣可以實(shí)現(xiàn)自由交換的目的，同時(shí)結(jié)合豎井通風(fēng)，地道通風(fēng)等手段達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

低碳環(huán)保概念已經(jīng)深入到我們生活的各個(gè)方面，對(duì)于寒冷地區(qū)公共建筑建設(shè)而言，采用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)能夠更好的滿(mǎn)足生態(tài)節(jié)能的需求和廣大市民對(duì)生活品質(zhì)的要求，因此，開(kāi)展該項(xiàng)工作的研究具有至關(guān)重要的意義。

[1]曲磊，柏云.被動(dòng)式超低能耗綠色建筑節(jié)能系統(tǒng)與技術(shù)應(yīng)用分析——以濟(jì)南市某公建項(xiàng)目為例[J].建筑節(jié)能，2018（3）：31～39.