住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計(jì)研究

摘? 要：隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，城市人口與建筑急劇增加，科技的發(fā)展與普及使得能源的消耗逐漸上升，這為資源環(huán)境帶來巨大壓力。研究表明將被動式節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用到住宅建筑設(shè)計(jì)中，能夠有效緩解不可再生能源的消耗?；诖?，本文探討了被動式節(jié)能設(shè)計(jì)與住宅建筑，研究了被動式節(jié)能設(shè)計(jì)在住宅建筑中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：住宅建筑;被動式;節(jié)能設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU241.91??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）04-0000-00

1 被動式節(jié)能設(shè)計(jì)與住宅建筑概述

1.1 被動式節(jié)能概念

被動式節(jié)能是在對周圍環(huán)境與氣候進(jìn)行調(diào)整時(shí)，不使用外在的輔助設(shè)備，而是充分調(diào)動大自然的能源進(jìn)行溫度、光源等的調(diào)節(jié)。被動式節(jié)能設(shè)計(jì)與普通的建筑設(shè)計(jì)不同，由于不需要外在的輔助設(shè)備，所以設(shè)計(jì)較為簡單并且在使用時(shí)也無需復(fù)雜的調(diào)度，使用易入手，方便住戶的日常使用。被動式節(jié)能設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是在完成對整體建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對建筑的門窗、墻體的朝向或者是建筑本身的朝向等方面進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到最大化的利用自然能源，減輕環(huán)境方面的負(fù)擔(dān)。由于在使用方面提供了極大的便利，并且降低能源與材料的消耗，所以被動式節(jié)能設(shè)計(jì)逐漸進(jìn)入公眾視野。

1.2 被動式節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)勢

被動式節(jié)能設(shè)計(jì)相對于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)有其獨(dú)特的優(yōu)勢，主要包括以下幾點(diǎn)：首先，被動式節(jié)能設(shè)計(jì)簡單、靈活，因其所需要的主要能源是風(fēng)能、太陽能等大自然所賦予人類的能源，在充分了解設(shè)計(jì)地點(diǎn)所具備的這些能源的基礎(chǔ)之上就能進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與提升，設(shè)計(jì)者對此類設(shè)計(jì)較為容易入手，所以更為簡單靈活。其次，此項(xiàng)設(shè)計(jì)的前提就是盡量不使用外在設(shè)備來調(diào)節(jié)周圍環(huán)境，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)不用對這些設(shè)備的配置空間以及配置路線進(jìn)行另外的設(shè)計(jì)，減少外在機(jī)械設(shè)備的使用，有效降低了建筑使用時(shí)的成本，同樣也降低了對環(huán)境的壓力。最后，被動式節(jié)能設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的可塑性，由于在對周圍環(huán)境以及各種自然資源的合理利用的基礎(chǔ)是對環(huán)境的了解，因甲方的設(shè)計(jì)地區(qū)的不同，或者是建筑使用群體的不同，或者是周圍環(huán)境的不同等各種差異，造成在進(jìn)行被動式設(shè)計(jì)時(shí)需更具有可塑性來滿足不同的需求。

1.3 住宅建筑的建筑要求

被動式節(jié)能設(shè)計(jì)住宅的主要特點(diǎn)就是通過利用自然資源來達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，雖然現(xiàn)在被動式節(jié)能設(shè)計(jì)尚未成熟，但是建筑設(shè)計(jì)師為了達(dá)到理想的節(jié)能狀態(tài)也一直在進(jìn)行相應(yīng)的研究和設(shè)計(jì)。最理想的被動式節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的方式為：室內(nèi)溫度冬天不低于20℃，室內(nèi)夏天的溫度不高于25℃，室內(nèi)的空氣相對濕度維持在40%到60%，且建筑的門窗都無結(jié)霜凍的現(xiàn)象。為了達(dá)到這種理想的建筑設(shè)計(jì)的狀態(tài)，應(yīng)該對門窗、采光、取暖等元素進(jìn)行全方面的科學(xué)節(jié)能設(shè)計(jì)。

2 被動式節(jié)能設(shè)計(jì)在住宅建筑中的應(yīng)用

2.1 科學(xué)的住宅建筑選址

被動式節(jié)能在住宅建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用上對住宅建筑的選址是決定節(jié)能效果的關(guān)鍵因素，也是關(guān)系著入住人員日常生活舒適性的重要條件。在進(jìn)行住宅建設(shè)設(shè)計(jì)前應(yīng)該對周圍的地形進(jìn)行充分的考察，結(jié)合專業(yè)知識選擇能達(dá)到被動式節(jié)能最佳效果的住宅位置。在住宅建設(shè)位置的選擇上一般遵循以下原則：不選擇在自然保護(hù)區(qū)附近，包括文化景觀、濕地以及國家文物等附近，并且最好盡量遠(yuǎn)離這些地區(qū)，防止在建設(shè)或者使用時(shí)對周圍的生物造成一定危害。另外，在進(jìn)行選址時(shí)也應(yīng)該遠(yuǎn)離一些光源、聲源污染較為嚴(yán)重的區(qū)域（高速路旁、火車軌道附近）或者其他較危險(xiǎn)因素富集的地區(qū)[1]。

在進(jìn)行選址時(shí)具體的參考方式如：（1）光源對對住宅建筑位置的選擇影響很大。光對大多生物的都有重要的作用，對人類也有較大的影響，在進(jìn)行住宅位置的選擇時(shí)應(yīng)該充分考慮建筑建成后的采光程度，這是被動式節(jié)能設(shè)計(jì)重要的參與元素。自然光能夠保障住戶的日?；顒有枨螅匀还庵械淖贤饩€還能提供殺菌作用，也能為周圍的綠植提供光合作用。除了光的這些基本功能外，通過人類的合理設(shè)計(jì)與利用，光能為建筑本身提供熱能，直接影響著建筑本身的溫度與舒適性。（2）在對住宅建筑進(jìn)行被動式節(jié)能設(shè)計(jì)中建筑位置的選擇也很重要。風(fēng)在住宅建筑中的主要作用是進(jìn)行降溫以及除濕，在進(jìn)行降溫時(shí)主要原則是在不同的風(fēng)向主導(dǎo)下進(jìn)行選址。在考慮風(fēng)因素進(jìn)行選擇建筑位置時(shí)也應(yīng)該考慮地形對風(fēng)的影響，例如首先盡量不要選擇風(fēng)頂以及山脊，也盡量避免選擇山谷低洼的位置，山谷低洼位置的風(fēng)能獲取較少，容易提供一個(gè)沉悶壓抑的覆蓋氣層。也盡量不要隘口的地形，這種地形風(fēng)會富集在此地形成風(fēng)口，造成風(fēng)速過大，影響舒適性。

2.2 建筑群體合理的規(guī)劃布局

在對建筑群體進(jìn)行規(guī)劃布局時(shí)應(yīng)該充分考慮建筑本身的自然環(huán)境因素，例如風(fēng)的強(qiáng)度以及各個(gè)季節(jié)的方向，光照時(shí)間以及光照強(qiáng)度，雨水的季節(jié)以及年降雨量等各種因素，綜合各種地理以及自然因素進(jìn)行合理的規(guī)劃布局[2]。

規(guī)劃布局一般分為幾種類型：行列式、封閉式以及自由式等，這些方式的布局設(shè)計(jì)是在不同狀況下發(fā)揮不同的作用。行列式是在住宅建筑群體的規(guī)劃布局應(yīng)用最多的方式，這種方式就是規(guī)律的整齊排列，通常都是一排一排的布局，雖然這種整齊排列的空間過于單一，但是能夠?yàn)榻ㄖ后w的建筑爭取到最大的光能利用率，以及保證了零號的通風(fēng)，最大可能的保證了住戶的舒適度。封閉式是建筑群體為了遷就街道并且沿著街邊進(jìn)行布局的一種方式，又叫做周邊式布局設(shè)計(jì)。這種方式是在街道建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，一般無法滿足充足的日光，并且不能提供良好的通風(fēng)，更加適合冬天不要求足夠的驅(qū)寒避風(fēng)，夏天不要求充分通風(fēng)的建筑群體。自由式是對群體建筑進(jìn)行前后左右交錯(cuò)的排布，這種排布方式的最大的優(yōu)勢是能夠節(jié)約土地資源，并且能夠提供充足的光照與通風(fēng)，還能改變單一的空間布局，將建筑與環(huán)境有效的融為一體。這種布局能夠在相同的建筑面積建設(shè)相同的建筑群體，但是自由式能夠規(guī)劃更多的土地進(jìn)行綠化建設(shè)，有效提高生活環(huán)境質(zhì)量。不同的布局方式都應(yīng)該最大化的利用自然資源，達(dá)到最高的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 建筑單體的節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）體形系數(shù)的設(shè)計(jì)。建筑體形系數(shù)是指單體建筑本身與外界直接接觸的表面積，一般建筑體形系數(shù)的大小與建筑本身保暖有很大聯(lián)系，建筑體形系數(shù)越大表明建筑與外界環(huán)境接觸的面積越多，較大的接觸面積導(dǎo)致建筑散熱的面積較大不利于建筑的保暖。降低建筑的體形系數(shù)主要有：建筑的深度以及長度增加;在其他條件允許的情況下盡量增加層高給非單層面積，并且建筑形狀設(shè)計(jì)時(shí)盡量選擇較為簡單的造型;避免過多的凹凸變化以及繁雜的輪廓，最大程度降低體形系數(shù)[3]。（2）戶型設(shè)計(jì)。住宅建筑的被動式節(jié)能設(shè)計(jì)中合理的進(jìn)行戶型的設(shè)計(jì)，能夠帶來更好的節(jié)能效果。主要分區(qū)為采光分區(qū)、光照分區(qū)、通風(fēng)設(shè)計(jì)以及其他分區(qū)等。光照分區(qū)由于不同的房間的使用功能以及使用時(shí)間不同，造成對光的需求不同，所以在進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)對主臥或者是書房的房間設(shè)置能夠最長時(shí)間接受光的照射設(shè)計(jì)，對其他房間可以適當(dāng)填充應(yīng)有的位置。在進(jìn)行采光分區(qū)時(shí)，由于不同的房間對采光的需求也不同，將相同采光需求的房間設(shè)置在南面，將不需要采光的房間如衛(wèi)生間、廚房等設(shè)置在北面。對通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，一些較小的住宅由于設(shè)計(jì)問題沒有足夠的自然通風(fēng)，影響居住舒適感。應(yīng)該對住宅建筑設(shè)置合理的通風(fēng)口，對進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口的大小、占用面積、方向等依據(jù)住宅的情況進(jìn)行合理的規(guī)劃，盡量保證風(fēng)路的平行，避免流向的迂回轉(zhuǎn)向影響通風(fēng)的使用效果。玄關(guān)設(shè)置后，不僅可以起到隔絕隱私的效果，也可以起到保溫保冷并且隔音的效果，在住宅建筑允許的條件下可以增加玄關(guān)的設(shè)計(jì)。另外，也可以進(jìn)行動靜的分區(qū)規(guī)劃，對廚房、衛(wèi)生間等房間的動靜比較大的地區(qū)可以規(guī)劃入統(tǒng)一區(qū)域，對聲音要求嚴(yán)格的其他房間可以設(shè)置不同的區(qū)域。

2.4 窗的節(jié)能設(shè)計(jì)

窗戶的合理設(shè)計(jì)在節(jié)能設(shè)計(jì)中起到至關(guān)重要的作用，建筑本身的通風(fēng)以及采光等都需要通過窗戶來實(shí)現(xiàn)。

（1）窗墻比。窗戶是建筑使用時(shí)消耗熱源最大的部位，但是也不能將其設(shè)計(jì)的太小影響通風(fēng)需求，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)考慮各方面的因素，最終獲得最佳的窗墻比例。南面窗戶主要的功能是進(jìn)行光源獲取，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該提高窗墻比來實(shí)現(xiàn)最高采光率。在對北面的墻進(jìn)行門窗比的設(shè)定上，由于北面墻最大的功能是與南墻的窗互通達(dá)到最佳的通風(fēng)效果，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對北面的墻滿足基本的通風(fēng)需求即可。而東西的窗應(yīng)該盡量少開或者降低墻窗比[4]。（2）窗的節(jié)能設(shè)計(jì)。窗戶的保溫效果較差的主要原因是窗戶框以及玻璃等的熱阻較小，以及窗戶安裝的連接縫隙造成漏風(fēng)。提高窗戶的氣密性減少散熱，在對窗戶進(jìn)行安裝時(shí)，根據(jù)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行窗戶安裝，在達(dá)到基本的氣密性標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行相應(yīng)的氣密性提升設(shè)計(jì)。窗戶本身材料的氣密性，以及窗框的材質(zhì)都選擇符合甚至超過國家標(biāo)準(zhǔn)的配件，在對縫隙進(jìn)行填補(bǔ)時(shí)，不能直接使用砂漿進(jìn)行填充，需要使用國家規(guī)定的保溫材料進(jìn)行灌注。窗戶的開啟方向也影響窗戶室內(nèi)的通風(fēng)效果，根據(jù)不同的開啟方式由不同的窗戶類型，包括平開窗、上懸窗、中懸窗、下懸窗以及水平推拉窗等，不同的窗戶的類型造成導(dǎo)風(fēng)以及氣密性的差別。水平推窗是在通風(fēng)效果以及氣密性最差的窗戶開啟方式，在住宅建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中盡量減少使用。在這些窗戶的類型中立體轉(zhuǎn)窗的導(dǎo)風(fēng)性能是最優(yōu)的，可以使不同方向的風(fēng)導(dǎo)入到室內(nèi)，可推廣此類型窗戶的使用，并且在所有窗戶的開窗方式中，外開式的通風(fēng)效果都相對于內(nèi)開式較差，影響部分風(fēng)的導(dǎo)向。（3）墻體以及屋頂?shù)木G化。墻體的綠化是指對建筑的垂直或者接近垂直的墻面進(jìn)行綠化處理。墻體的綠化能達(dá)到節(jié)能效果的原因主要包括以下幾個(gè)方面，一方面綠化植物的葉片可以阻擋部分太陽對墻體的照射，降低墻面溫度。另一方面墻體的綠色植物會消耗一部分輻射熱進(jìn)行自身的光合作用，并且植物具有蓄水的功能，水分也能對墻體起到降溫作用。在進(jìn)行墻體以及屋頂綠化時(shí)應(yīng)該遵循以下原則，盡量選擇葉片較大的生命力較為旺盛的植物，葉片比較繁茂的植物一般的光合作用的能力較強(qiáng)，能夠充分利用它的光合作用的太陽能的消耗來達(dá)到降溫的效果。在選擇植物時(shí)應(yīng)該選擇冬天凋零、夏天繁茂的植物，這種植物在對墻體以及屋頂進(jìn)行綠化時(shí)都能夠保障在夏天的降溫，同時(shí)冬天又不影響對太陽能的利用[5]。另外，選擇植物的種植要與建筑留有一定的距離，一些生長較為旺盛，根系較為發(fā)達(dá)的植物在生長時(shí)可能會破壞一些建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且較合適的距離可以增加植物與墻面的空氣流動，調(diào)高植物的光合作用。但是在進(jìn)行屋頂?shù)木G化時(shí)一定要作好防水設(shè)計(jì)，避免對建筑本身造成傷害。

3 結(jié)語

綜上所述，將被動式節(jié)能應(yīng)用到住宅建筑設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候等自然與社會因素。通過對建筑群體的合理布局，對建筑本身體形系數(shù)、格局的嚴(yán)格設(shè)計(jì)以及窗戶的科學(xué)規(guī)劃與選擇等，達(dá)到對自然資源的合理利用并且最大程度的降低能源消耗，為我國建筑的綠色可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 劉禹辰.住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計(jì)探究[J].住宅與房地產(chǎn)，2018（22）：52.

[4] 彭小虎.探析住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計(jì)策略[J].建材與裝飾，2017（8）：71-72.

[5] 及玉翠.住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計(jì)研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（24）：7.

收稿日期：2021-03-03

作者簡介：李雨陽，女，滿族，遼寧丹東人，本科在讀，研究方向：建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程。

Research on Passive Energy-saving Design of Residential Buildings

LI Yuyang

（Liaoning Technical University， Fuxin Liapning123000）

Abstract：With the acceleration of the process of urban modernization， the urban population and buildings increase rapidly，the development and popularization of science and technology make the energy consumption gradually increase， this brings great pressure on resources and environment.The research shows that the passive energy-saving design is applied to the residential building design， It can effectively alleviate the consumption of non renewable energy. Based on this， this paper discusses the passive energy-saving design and residential buildings， and studies the application of passive energy-saving design in residential buildings， for reference.

Keywords：Residential building; Passive type; Energy saving design