淺談被動式超低能耗建筑設(shè)計的基礎(chǔ)及其應(yīng)用

劉旻

（華建集團華東建筑設(shè)計研究總院　上海　200001）

引言

近年來我國發(fā)展迅速，人們的生活水平得到了極大提升，而人們對于居住環(huán)境的要求也水漲船高。目前建筑技術(shù)日益成熟，建筑設(shè)計人員可以結(jié)合人們的實際需要進行建筑設(shè)計，但是傳統(tǒng)的建筑設(shè)計大多都是通過人為主動改變居住環(huán)境來滿足設(shè)計要求，這也會對環(huán)境造成影響，因此符合節(jié)能環(huán)保要求的被動式低能耗建筑設(shè)計得到了廣泛地應(yīng)用，在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的同時改善了人們的居住質(zhì)量。

1　被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)簡介

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計理念之中，往往都是人為主動控制建筑內(nèi)部的環(huán)境變化，使之符合人們的居住需要，例如空調(diào)、采暖等設(shè)備被廣泛應(yīng)用于建筑之中。這樣雖然可以保障人們的居住質(zhì)量，但是人為主控過程也會分割室內(nèi)環(huán)境與室外環(huán)境，使得人們的居住環(huán)境被隔離于大環(huán)境之外，居住環(huán)境內(nèi)缺乏與外界的交流，長此以往會對人體造成不良影響[1]。同時，人為改變居住環(huán)境需要消耗大量的能源，同時在這一過程中還會對周邊環(huán)境造成影響并引起污染等一系列問題。除此之外，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計過程中使用的大多是傳統(tǒng)建材，這些材料難以實現(xiàn)循環(huán)利用而且在設(shè)計時也沒有優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)從而造成了材料的浪費，這些都不符合當前可持續(xù)發(fā)展的要求。

被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)是基于傳統(tǒng)建筑設(shè)計技術(shù)結(jié)合節(jié)能環(huán)保理念誕生的新型建筑設(shè)計技術(shù)，其在滿足了人們對于居住環(huán)境要求的同時還有效降低了建筑對于周邊環(huán)境的破壞及原材料的浪費。較之于傳統(tǒng)建區(qū)別于傳統(tǒng)建筑設(shè)計技術(shù)主動改變居住環(huán)境的理念，被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)是將居住環(huán)境與外界環(huán)境視為一個整體，利用外界環(huán)境的自然能源滿足室內(nèi)居住的通風(fēng)及采暖需要，這樣不僅可以改善內(nèi)部的居住環(huán)境還實現(xiàn)了低能耗的目的，同時也避免了對于周邊環(huán)境的破壞。

2　被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)實際應(yīng)用探討

在進行被動式超低能耗建筑設(shè)計時首先需要對建筑的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，這一過程便可以借鑒傳統(tǒng)建筑設(shè)計的思路與經(jīng)驗，利用三維軟件對建筑進行建模并對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，確保建筑的穩(wěn)定性符合實際居住要求，同時利用傳統(tǒng)建筑設(shè)計的數(shù)據(jù)庫平臺還可以同時結(jié)合消防、防水等系統(tǒng)的設(shè)計進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的調(diào)整，使建筑設(shè)計更加貼近其日常使用狀態(tài)[2]。同時建筑內(nèi)部通風(fēng)、采暖系統(tǒng)的設(shè)計也可以借鑒傳統(tǒng)建筑設(shè)計方案的思路，將其使用的人工能源改變?yōu)樽匀荒茉?，結(jié)合建筑周邊環(huán)境實際讓自然能源部分甚至完全取代人工能源，實現(xiàn)建筑的低能耗要求。

被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)的主要核心便是利用外界的自然能源取代傳統(tǒng)建筑設(shè)計中的人工能源實現(xiàn)對于居住環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，自發(fā)完成通風(fēng)采暖的過程。在這一設(shè)計理念之中，居住環(huán)境不再被人為地從整體環(huán)境中割裂開來，實現(xiàn)了居住環(huán)境與外界環(huán)境的交流與融合，對于提升居住質(zhì)量有著重要意義。但是由于缺乏人工調(diào)節(jié)的能力，因此被動式超低能耗建筑時需要考察建筑周邊的氣候環(huán)境條件。在被動式超低能耗建筑設(shè)計之前要對建筑周邊的氣候條件進行分析，目前的分析方法有圖像分析及表格分析法，這兩種分析方法大多都是對外部環(huán)境溫度及氣候條件加以分析。但是由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候類型也存在較大的差異，因此需要在分析之前建立完善的氣候分析體系，對于不同地區(qū)的氣候環(huán)境進行校正，讓分析結(jié)果更貼近實際。而這就要求被動式超低能耗建筑設(shè)計人員在建筑設(shè)計能力的基礎(chǔ)之上具備良好的氣候分析能力，可以結(jié)合氣候條件進行建筑設(shè)計。

但是上述的氣候分析方法只能對外界環(huán)境條件加以分析，而且往往只重視溫度條件的考察，因此不能真實反映建筑內(nèi)的人體的舒適度，因此目前在分析時需要結(jié)合建筑外部結(jié)構(gòu)及氣候條件推算模擬建筑內(nèi)部的居住環(huán)境，并以此為根據(jù)分析通風(fēng)采暖工作需要。另外除了建筑自身結(jié)構(gòu)對于內(nèi)部環(huán)境條件的影響之外，居民的穿著習(xí)慣也會影響其實際體感溫度，因此設(shè)計人員除了要考察當?shù)氐淖匀粴夂驐l件之外還需要深入了解當?shù)氐拿袼准按┲?xí)慣，并根據(jù)不同時節(jié)的穿著習(xí)慣對體感溫度分析結(jié)果加以校正，讓最終的通風(fēng)采暖設(shè)計更加符合實際[3]。近年來，基于溫度的被動式超低能耗建筑設(shè)計不能有效提升居住質(zhì)量，這是因為溫度只是影響居住質(zhì)量的一個因素，濕度等條件會影響實際有效溫度，因此目前通常結(jié)合溫度、濕度及建筑結(jié)構(gòu)進行建筑環(huán)境氣候解析，得到準確的有效溫度數(shù)據(jù)為后續(xù)的設(shè)計工作提供參考。

在對建筑內(nèi)部的有效溫度進行分析計算之后，被動式超低能耗建筑設(shè)計人員可以結(jié)合傳統(tǒng)建筑設(shè)計思路進行通風(fēng)及采暖系統(tǒng)的設(shè)計，但需要利用自然能源替換傳統(tǒng)的人工能源。在進行建筑設(shè)計之前，要結(jié)合實際使用需求篩選設(shè)計重點，例如在全年高溫的地區(qū)要注意通風(fēng)性能的設(shè)計，而在夏熱冬冷的地區(qū)則要注重其的保溫能力，避免建筑內(nèi)部與外界頻繁的熱交換。目前最常用的自然能源是太陽能，而太陽能的強度會隨著時間及季節(jié)的變化出現(xiàn)波動，因此在機型呢人工能源替代時要結(jié)合季節(jié)特點計算太陽能的實際強度并對采暖系統(tǒng)進行優(yōu)化。而隨著建筑材料的不斷升級，已經(jīng)可以實現(xiàn)對于過量太陽能的存儲及再利用，這樣便可以實現(xiàn)對于太陽能的充分利用而且被動式超低能耗建筑也將具有一定的自主調(diào)節(jié)能力，降低其對于外界環(huán)境的依賴，使之可以提供更好的居住環(huán)境。但是在進行被動式超低能耗建筑設(shè)計時不能完全借鑒傳統(tǒng)建筑設(shè)計的經(jīng)驗，這是因為被動式超低能耗建筑在設(shè)計時加強了內(nèi)部居住環(huán)境與外界環(huán)境的聯(lián)系，因此在設(shè)計時需要考慮這一因素并調(diào)整設(shè)計方案。另外由于被動式超低能耗建筑設(shè)計過程中過分重視內(nèi)部居住環(huán)境與外界環(huán)境的聯(lián)系，因此外界的污染問題極易影響內(nèi)部的居住環(huán)境，并且影響人們的健康。針對這一問題，在進行被動式超低能耗建筑設(shè)計時，可以加裝外部環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并及時根據(jù)外部環(huán)境的變化調(diào)節(jié)內(nèi)部居住環(huán)境與外界環(huán)境的聯(lián)通程度，這樣可以根據(jù)實際需要進行內(nèi)部居住環(huán)境的調(diào)節(jié)，提升居住質(zhì)量。

除了居住環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)計優(yōu)化之外，被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)中還加強了對可再生材料的利用，這樣不僅可以有效降低建筑工程的成本，還可以實現(xiàn)建筑材料的循環(huán)利用，讓建筑工程更加符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求[4]。但是在使用此類新材料時，要考慮其與傳統(tǒng)建筑材料間的性能差異并在設(shè)計時進行調(diào)整，確保居住環(huán)境符合需要。

3　結(jié)束語

隨著人們對于環(huán)境問題的日益重視，傳統(tǒng)建筑設(shè)計中對于環(huán)境的破壞及建材浪費的問題愈發(fā)凸顯，因此給予環(huán)保理念的被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)近年來得到了長足的發(fā)展。被動式超低能耗建筑設(shè)計技術(shù)摒棄了人工控制居住環(huán)境的思路，利用外部環(huán)境的自然能源實現(xiàn)了對居住環(huán)境的調(diào)節(jié)，同時利用可再生建筑材料讓建筑工程施工更加符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

[1]周明磊.淺析被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)及具體運用[J].江西建材，2017（7）：24.

[2]張宇.淺析被動式超低能耗建筑設(shè)計及其應(yīng)用[J].河南科技，2015（21）.[3]趙新潔.被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用實踐[J].門窗，2016（9）：49.

[4]霍媛，宋敬敬.被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[J].裝飾裝修天地，2017（3）.