被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用

高宇

摘要：隨著我國城市化進程的加快，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在促進城市經(jīng)濟建設(shè)的同時，也帶來了能源消耗和環(huán)境污染問題。從滿足可持續(xù)發(fā)展要求的 角度出發(fā)，應(yīng)更加注重節(jié)能降耗，在建設(shè)項目規(guī)劃設(shè)計的實施過程中，對建筑的基本形態(tài)和空間規(guī)劃進行合理的控制，將被動設(shè)計融入到建筑設(shè)計中，在 提高設(shè)計效果的同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，也是當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展需要重點研究的課題。

關(guān)鍵詞：被動式超低能耗;建筑設(shè)計;基礎(chǔ)與應(yīng)用;分析

1 被動式超低能建筑設(shè)計簡介

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中，供暖、空調(diào)等設(shè)備都是通過人工手段介入環(huán)境 的。這種人工手段利用一些設(shè)備來改變和干預(yù)建筑環(huán)境，提高了人們對住 房的滿意度，但也造成了大量的能源消耗。倡導(dǎo)被動式超低能耗建筑設(shè)計 理念，既能保證建筑在設(shè)計中的實用性和舒適性，又能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，促 進經(jīng)濟效益的提高。這一新概念與建筑所在城市的自然氣候因素、城市經(jīng) 濟發(fā)展水平、文化背景和文化環(huán)境密切相關(guān)。例如，人們最舒適的生活溫 度是 18～26℃。如果室外溫度較高，人們可以通過加強通風(fēng)的手段來滿足 身體舒適的要求。如果室外溫度較低，可以利用太陽能提高室內(nèi)溫度，滿 足人們的要求。被動式超低能耗建筑技術(shù)不僅可以避免對周圍環(huán)境的全面 破壞，還可以通過充分收集和利用自然資源來降低能耗，滿足建筑的非能 耗需求。這樣，生活環(huán)境和自然環(huán)境有效地作為一個整體，自然資源得到 充分利用，從而實現(xiàn)多重效益。

2 被動式超低能建筑的設(shè)計原理

2.1 氣候和環(huán)境因素分析

環(huán)境和氣候因素是被動式超低能建筑設(shè)計過程中需要考慮的主要基本?因素。中國幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候差異明顯，特別是三亞等熱帶地區(qū)。由于夏季高溫，空調(diào)需求將增加，而在北方，冬季溫度較低，需要大量供?熱。因此，在不同地區(qū)實施被動式超低能建筑設(shè)計時，應(yīng)因地制宜地選擇?最合適的技術(shù)，并根據(jù)環(huán)境條件調(diào)整建筑設(shè)計方案。

2.2 室內(nèi)外環(huán)境特征分析

在被動式超低能建筑的設(shè)計中，除了整體氣候環(huán)境外，還應(yīng)使用精確 的數(shù)據(jù)分析建筑的室內(nèi)外環(huán)境特征。首先，借助當(dāng)?shù)貧夂驍?shù)據(jù)，提取典型 氣候要素，分析日照、輻射、習(xí)俗、溫濕度等數(shù)據(jù)，結(jié)合功能需求和最佳 人體舒適度，最大限度地降低建筑室內(nèi)能耗率。例如，長野冬奧會速滑館 采用雙層可調(diào)呼吸外墻設(shè)置空氣夾層通道，冬夏兩季通過開閉調(diào)節(jié)，形成 冬暖夏隔熱效果。分散的屋頂形成天窗，高側(cè)和低側(cè)照明，使自然光在折 射后進入房間，避免眩光對運動員的影響。所有這些措施都滿足環(huán)境和功 能的要求。

2.3 具有可變現(xiàn)性和推廣價值

被動式超低能耗建筑的設(shè)計應(yīng)注意地方特色，植根于區(qū)域自然和社會 現(xiàn)實，選擇合適的節(jié)能降耗措施。二是具有一定的推廣價值。以“綠色房 間”設(shè)計為例，其原則是通過溫室培育生命力強的綠色植物，借助綠色植 物達到室內(nèi)調(diào)溫保溫的效果，但建設(shè)成本很高，只能在實驗室進行研究，市場推廣很難。在中國古代，許多宜居建筑方法值得借鑒。例如，在一個 深而大的房屋基礎(chǔ)上，通過一個簡單的庭院和天井，可以全面解決照明、 通風(fēng)、通信和景觀等問題?，F(xiàn)代建筑師在人流大、熱量高的場所設(shè)置無空 調(diào)中庭空間和門廳，提供采光、通風(fēng)和通訊場所，既節(jié)約了能源，又提高 了過渡季節(jié)室內(nèi)空間的舒適性。因此，在被動式超低能耗建筑設(shè)計的過程 中，有必要考慮綜合設(shè)計的綜合質(zhì)量。

3 被動式超低能建筑的設(shè)計與應(yīng)用

3.1 車身定位設(shè)計

在被動式超低能耗建筑的設(shè)計中，建筑朝向應(yīng)盡量南北向，以有效實 現(xiàn)自然通風(fēng)和采光。為避免主功能房間西側(cè)陽光照射，可在建筑西墻上設(shè) 置相應(yīng)的景觀廊道，并進行垂直綠化，以阻擋夏季西側(cè)強烈的陽光照射，提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度。在確定建筑造型的朝向時，應(yīng)從其功能考慮，不 能盲目采用復(fù)雜的設(shè)計來追求立面的變化，這將導(dǎo)致能耗的增加。同時，在建筑群布置或單體建筑形式設(shè)計時，應(yīng)避免建筑大面積處于風(fēng)場渦流區(qū) 的情況，通過合理調(diào)整風(fēng)速和風(fēng)量，實現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)。

3.2 自然能源利用設(shè)計

在被動式超低能耗建筑的設(shè)計中，使用太陽能、地?zé)?、雨水回收系統(tǒng) 和風(fēng)能等自然能源是建筑形式的主要特征。是目前應(yīng)用最廣泛的自然能源太陽能資源，作為一種清潔能源，太陽能具有零污染、持續(xù)再生自然的特 點，在建筑頂部設(shè)計中采用太陽能電池板，可以形成光伏發(fā)電，其主要原 理是通過太陽能和電能的有效轉(zhuǎn)換，將電能傳輸?shù)浇ㄖ?，它可以減少建 筑物對常規(guī)電能的消耗。

3.3 隔熱系統(tǒng)

如果建筑結(jié)構(gòu)能夠具有良好的保溫性能，就可以有效地降低能耗，提 高資源的利用效率，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。建筑物的隔熱性能通常僅 針對建筑物的結(jié)構(gòu)墻進行設(shè)計。為了保證建筑具有良好的保溫性能，可以 從以下幾個方面入手：一是提高建筑外墻的保溫效果。建筑結(jié)構(gòu)墻體外層 鋪設(shè)一層保溫效果好的保溫板，有效保護室內(nèi)溫度。其次，提高墻體保溫 材料的安全性。建筑的安全與人民的生活息息相關(guān)，因此建筑材料必須具 有良好的耐火性，并在安裝時做好防火隔離。

3.4 門窗系統(tǒng)設(shè)計

在建筑門窗的設(shè)計過程中，建筑應(yīng)將氣候、主導(dǎo)風(fēng)向的面積、溫度、?濕度等所有因素考慮在內(nèi)，例如在南方，應(yīng)在南北朝時期設(shè)置一個大窗戶，為通風(fēng)和照明提供便利，物前應(yīng)適當(dāng)縮小形體面積，同時，對形體的位置?和數(shù)量進行準(zhǔn)確計算，確保室內(nèi)空氣能形成對流。還應(yīng)確定進風(fēng)口和出風(fēng)?口的尺寸，以實現(xiàn)對室內(nèi)空氣流速和空氣流場的有效控制。通過設(shè)置屋檐、 遮陽等具有一定導(dǎo)風(fēng)功能的構(gòu)件，可區(qū)分窗戶的正壓和負(fù)壓，進一步增強?空氣流動性。在外窗的東、西側(cè)需要設(shè)置相應(yīng)的遮陽措施，考慮到自然采?光的影響，可采用兩種不同的遮陽方式：固定遮陽和可調(diào)遮陽。避免眩光，同時確保采光。相比之下，窗扇窗的氣密性比平開窗好。此外，應(yīng)控制門?窗與建筑整體的比例，因為這將直接影響建筑整體的保溫效果。

4 被動式超低能耗建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢

首先，被動式超低能耗建筑設(shè)計是對現(xiàn)有建筑技術(shù)的有效補充。我國 地域遼闊，不同地區(qū)的氣候明顯不同，這使得建筑的室內(nèi)環(huán)境差異很大，這也導(dǎo)致超低能耗建筑的形式難以有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國應(yīng)加大 對被動式超低能耗建筑技術(shù)的研究，通過更多的人力、物力和財力支持，完善相關(guān)技術(shù)。建筑設(shè)計、施工人員始終樹立低能耗建筑設(shè)計理念，提倡 使用風(fēng)能、太陽能等清潔能源，靈活使用各種保溫材料，優(yōu)化設(shè)計建筑保 溫圍護結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等。

二是利用當(dāng)?shù)夭牧咸岣咝阅堋榱擞行Э刂平ㄖ杀荆覀儜?yīng)該在未?來大力開發(fā)更多質(zhì)量和性能優(yōu)良的地方建筑材料。利用當(dāng)?shù)夭牧辖档瓦\輸?成本，達到控制施工成本的目的。隨著被動式超低能耗建筑逐漸被人們所?認(rèn)識，政府應(yīng)引導(dǎo)各機構(gòu)、科研機構(gòu)、建筑企業(yè)和材料加工企業(yè)相互合作，共享資源優(yōu)勢。在先進材料技術(shù)的指導(dǎo)下，自主研發(fā)更優(yōu)質(zhì)的材料和產(chǎn)品。同時，我國還應(yīng)結(jié)合國際質(zhì)量管理體系，建立被動式超低能建筑材料及相?關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量認(rèn)證體系，確保員工嚴(yán)格遵守要求，減少不良后果的發(fā)生。

5 結(jié)論

總之，在可持續(xù)發(fā)展理念不斷深化的背景下，建筑行業(yè)節(jié)能降耗的重 要性越來越突出，引起了社會各界的廣泛關(guān)注。被動式超低能耗建筑可以 采用被動式設(shè)計來降低建筑使用過程中的能耗。無需使用復(fù)雜設(shè)備，節(jié)能 效果好，優(yōu)勢明顯。可以有效降低建筑能耗，促進建筑業(yè)的綠色發(fā)展。

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