探析住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計策略

李宏業(yè)

摘要：節(jié)能理念目前已滲透到各行各業(yè)中，住宅建筑中能源損耗非常巨大，因此，本文針對住宅建筑中被動式節(jié)能設(shè)計進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；住宅建筑；被動式；節(jié)能設(shè)計

中圖分類號：TU241.91文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674―3024（2016）07―107―02

前言

住宅建筑的節(jié)能設(shè)計能夠有效地降低住宅建筑能耗，住宅建筑被動式綠色節(jié)能設(shè)計是一種有效的節(jié)能設(shè)計理念，其節(jié)能設(shè)計可通過對建筑的整體和局部設(shè)計來降低能耗，實現(xiàn)建筑的節(jié)能。

1住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計的意義

被動式節(jié)能設(shè)計具有許多優(yōu)點，在住宅建筑中應(yīng)用將為建筑設(shè)計帶來更多的積極效用。其優(yōu)勢在于：具有靈活、簡便的設(shè)計特點，在對植物、地形、陽光、

風(fēng)力等自然資源的直接利用下，就可以使用節(jié)能設(shè)計來優(yōu)化建筑設(shè)計方案，且便于實施和推廣；使用被動式節(jié)能設(shè)計的住宅建筑僅需要使用較少的機(jī)械設(shè)備，具有顯著的節(jié)能建筑效果，而還會降低建筑設(shè)計的成本；被動式節(jié)能設(shè)計具有較強(qiáng)的住宅建筑適用性。通常情況下使用住宅建筑的人群比較固定，所以被動式節(jié)能設(shè)計為了滿足建筑設(shè)計的實際要求，就需要充分的考慮人群特征、地域特點等。以家庭為單位是住宅建筑主要形式，于是就產(chǎn)生了零散的建筑空間、樣式多和規(guī)模小的建筑空間功能。

2住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計的內(nèi)容

住宅建筑，外圍護(hù)設(shè)計、戶型布局、建筑朝向、建筑體型、建筑整體布局、遮陽設(shè)計、采光、通風(fēng)等設(shè)計是被動式節(jié)能設(shè)計的主要內(nèi)容。在住宅建筑中使用的被動式節(jié)能設(shè)計主要有單體建筑的設(shè)計，在設(shè)計建筑形體的時候需要對建筑的布局和建筑地區(qū)的環(huán)境條件，同時還要考慮自然通風(fēng)和日照等問題，根據(jù)住宅建筑的實際功能需求選擇最適宜、最佳的建筑朝向；設(shè)計建筑的群體布局，在規(guī)劃布局的時候要對風(fēng)環(huán)境、日照環(huán)境進(jìn)行充分的考慮，保證住宅建筑可以得到充足的日照和通風(fēng)條件，營造舒適的住宅建筑環(huán)境；選擇合適的住宅建筑場地，充分考慮植被、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水體、風(fēng)速風(fēng)向、大型噪聲源、夏季隔熱降溫、冬季防風(fēng)保溫等情況；另外設(shè)計的內(nèi)容還有外圍護(hù)設(shè)計，如墻體材料、保溫材料、門窗的傳熱系數(shù)、斷熱橋的處理等。

3住宅建筑具體的被動式節(jié)能設(shè)計

3.1住宅建筑的布局設(shè)計

建筑布局設(shè)計主要考慮的因素就是日照、風(fēng)環(huán)境。從日照因素的角度來看，應(yīng)該嚴(yán)格設(shè)計建筑實際接受日照的間距，使住宅建筑的能夠獲得充足的日照。例如相關(guān)要求顯示，在我國南方夏熱冬暖地區(qū)的建筑應(yīng)結(jié)合所屬城市緯度位置對建筑進(jìn)行合理布局，通常大城市在大寒日（緯度因素導(dǎo)致的太陽高度出現(xiàn)最低值）應(yīng)保證3小時以上日照時數(shù)，較小的城市建筑在冬至日則需要保證不低于1 小時的日照時數(shù)，同時這一數(shù)值還受建筑物所屬城市的氣候區(qū)域影響。同時，日照間距受太陽高度角、建筑物高度的影響，所以日照間距實際確定時，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范對建筑物的高度進(jìn)行調(diào)整，在大城市住宅建筑的周圍建筑較多時，其日照高度基本是穩(wěn)固的，所以只需要計算建筑高度即可做出相應(yīng)的調(diào)整，從而做出合理的設(shè)計。而在比較偏僻的地區(qū)，周圍的建筑物較少，就會增大日照高度，在設(shè)計建筑的時候采用坡屋頂?shù)脑O(shè)計是比較合理的。從自然風(fēng)環(huán)境因素的角度來看，主要考慮的是上風(fēng)向、下風(fēng)向的影響，為了使建筑能夠受風(fēng)均勻，就可以采用自由式的住宅建筑布局，從而保證住宅建筑的可以發(fā)揮夏季通風(fēng)、冬季防風(fēng)的效能。以此來減少建筑消耗過多的能源。

3.2住宅建筑的單體設(shè)計

住宅建筑的采暖方面的能耗主要是受建筑形體的影響，對建筑的體型系數(shù)進(jìn)行有效的控制，有利于實現(xiàn)控制建筑采暖能源消耗量的目標(biāo)。所以根據(jù)住宅建筑的實際情況來看，采用被動式節(jié)能設(shè)計時可以采用控制建筑體型系數(shù)的方式，根據(jù)相關(guān)的建筑體型系數(shù)規(guī)范可知，當(dāng)建筑體型系數(shù)每增加1%的時候，就會增加 2.5%的建筑熱能耗指標(biāo)。關(guān)于住宅建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用在相對寒冷地區(qū)，做出了明確的建筑體型系數(shù)要求，對于小于或等于3層的建筑，則其限制的住宅建筑體型系數(shù)值為0.5；對4- 8 層的建筑，則其限制的住宅建筑體型系數(shù)值為0.3；對于9- 13層的建筑，則其限制的住宅建筑體型系數(shù)值為0.28；對于大于或等于14層的建筑，則其限制的住宅建筑體型系數(shù)值為0.25。所以在被動式節(jié)能設(shè)計應(yīng)用在建筑單體中時，對建筑體型系數(shù)需要嚴(yán)格的控制。另外對戶型的設(shè)計也應(yīng)當(dāng)加大重視，居住空間的設(shè)計需要依照各房間的熱環(huán)境需求量來確定。如對于主要的居住空間臥室來說，對采光的熱、太陽輻射的熱需要設(shè)置在最佳的位置上，同時為了使住宅的自然通風(fēng)效果良好，可以在臥室設(shè)置可以活動的門窗，從而保障住宅建筑能夠符合人們的居住需求。

3.3住宅建筑屋面節(jié)能設(shè)計

在這種住宅建筑屋面設(shè)計中，倒置式屋面的設(shè)計方法具有很好的節(jié)能效果。倒置式屋面是將傳統(tǒng)的建筑屋面構(gòu)造中防水層與保溫層倒置，將保溫層置于防水層的上部，這就要求保溫層的材料具有憎水性，不僅降低了以往的造價，而且還防止防水層面因熱干擾而變形，延長防水層的使用壽命。

3.4住宅建筑門窗節(jié)能設(shè)計

玻璃是建筑物室內(nèi)外熱交換最為活躍的部位，在不影響建筑使用功能的情況下，盡可能地減少窗墻比。此外，高性能玻璃比普通中空玻璃的保溫隔熱性能提高一倍。高性能玻璃如Low- E中空玻璃，空氣層寬度為12mm，其傳熱系數(shù)約為1.6W/（m2·K），而普通雙層中空玻璃，在空氣層寬度同樣為12mm時，傳熱系數(shù)約為3W/（m2·K），可見使用高性能玻璃可以有效地降低室內(nèi)外的熱傳導(dǎo)。熱橋部位熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，不僅造成冷熱量的大量損失，還會造成局部結(jié)露、發(fā)霉。窗框與窗洞口的連接處容易形成熱橋，窗戶結(jié)合外墻采用斷橋鋁合金窗框加中空玻璃，加強(qiáng)窗框與窗洞口連接處斷橋的節(jié)點處理，通過提高窗戶制作、安裝的精確度和安裝窗戶密封條等方法，盡可能地提高門窗的氣密性，減少室內(nèi)外空氣的滲透。

3.5住宅建筑外墻節(jié)能設(shè)計

外墻占全部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的60%以上，其能耗占建筑物總能耗的40%。外墻體的節(jié)能設(shè)計，主要在于控制外墻體的保溫隔熱系數(shù)，熱橋效應(yīng)是減少墻體保溫隔熱性能的關(guān)鍵點，將保溫層置于外墻體結(jié)構(gòu)層的外側(cè)，可以形成建筑的有效保溫層，減少外界環(huán)境如溫度、濕度等對其的影響，減少熱橋產(chǎn)生，從而提高墻體的保溫隔熱性能。保溫層置于墻體結(jié)構(gòu)的外側(cè)，與外飾面之間形成空氣層，有利于保護(hù)保溫層。

3.6住宅建筑自然通風(fēng)設(shè)計

3.6.1場地自然通風(fēng)

場地設(shè)計時，結(jié)合場地冬夏季自然風(fēng)的風(fēng)向進(jìn)行建筑平面設(shè)計，通過設(shè)計扭曲、轉(zhuǎn)折等方法增大朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向的外立面，同時避免與冬季主動風(fēng)向形成 90°夾角，以此來爭取有利風(fēng)向，減弱不利風(fēng)向?qū)ㄖ挠绊?。在有利的主?dǎo)風(fēng)向作用下，建筑物的迎風(fēng)面與背風(fēng)面形成一定風(fēng)壓差，促使建筑自然通風(fēng)。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)立面的風(fēng)壓分布情況，進(jìn)行開啟扇適宜的形式設(shè)計，并且保證開扇數(shù)量達(dá)到30%以上。影響建筑自然通風(fēng)設(shè)計的另一個關(guān)鍵是控制建筑的進(jìn)深尺度。建筑設(shè)計時在一定程度上需要采用“切薄”的處理手法，以控制建筑物在進(jìn)深方向不大于15m。超過15m 的空間，即使雙面開窗也不利于室內(nèi)外空氣的自由交換。

3.6.2豎井自然通風(fēng)

豎井又稱拔風(fēng) “煙囪”，豎井的自然通風(fēng)組織是利用煙囪的拔風(fēng)作用來組織通風(fēng)。豎井上方為玻璃天窗，太陽照射玻璃天窗，使豎井內(nèi)的空氣溫度升高，熱空氣密度低上升，于是在熱壓的作用下空氣發(fā)生流動，進(jìn)風(fēng)口為建筑的門窗，與豎井的玻璃天窗排風(fēng)口存在的高度差，高度差產(chǎn)生風(fēng)壓，通過風(fēng)壓、熱壓的耦合作用下，進(jìn)一步加強(qiáng)自然通風(fēng)的流動。

3.6.3地道通風(fēng)組織

地道風(fēng)的特點是冬暖夏涼，溫度適宜。地下風(fēng)道造價低廉，對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱預(yù)冷的處理，夏季可以降溫2℃- 8℃，冬季升溫2℃- 4℃，降低了冬季的采暖與夏季的空調(diào)能耗。

3.7住宅建筑的綠化設(shè)計

被動式節(jié)能設(shè)計在對建筑綠化進(jìn)行設(shè)計的時候主要是進(jìn)行墻體綠化，這種空間綠化形式主要是載體為建筑垂直立面的綠化，雖然具有較小的占地面積，但是墻體綠化的生態(tài)效能非常強(qiáng)，促進(jìn)建筑能耗的降低。墻面嵌入容器來承裝植物、在墻體種植藤蔓植物是比較常見的墻體綠化形式。但是在實際實施的時候還需要注意相關(guān)的問題，如藤蔓植物的選擇，應(yīng)當(dāng)選擇枝葉茂密、葉面較大的，以便發(fā)揮較強(qiáng)的吸熱能力；植物的選擇需選冬季落葉和夏季長葉的；另外墻體和植物之間要留有距離，保證空間暢通?；蛘呤窃谧≌ㄖ奈蓓斶M(jìn)行綠化設(shè)計，在屋頂保溫時可以適當(dāng)?shù)倪x用覆土及種植屋面設(shè)計。

4結(jié)語

在住宅建筑被動式節(jié)能設(shè)計中，需要充分考慮地質(zhì)條件及氣候特點，全面考慮建筑的風(fēng)向、日照、布局等方面，充分做好每一部分的設(shè)計，從而達(dá)到降低住宅建筑能源消耗的目的。

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