嚴(yán)寒地區(qū)被動(dòng)式節(jié)能建筑工程設(shè)計(jì)

郭斯文

摘 要：現(xiàn)階段，我國(guó)建筑行業(yè)的能耗呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢(shì)，特別是地處嚴(yán)寒的建筑節(jié)能問題尤為突出。在設(shè)計(jì)中通過被動(dòng)式節(jié)能手段，對(duì)減少環(huán)境污染、降低項(xiàng)目投資、運(yùn)營(yíng)成本都具有積極的意義。本文本文對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)進(jìn)行深度的剖析，并提出在建筑綠色改造中的具體實(shí)施。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)；嚴(yán)寒地區(qū)

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技力量的不斷增強(qiáng)，為建筑事業(yè)實(shí)現(xiàn)其自身的蓬勃發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但與此同時(shí)社會(huì)也針對(duì)當(dāng)今建筑中消耗能源過大、破壞生態(tài)環(huán)境等問題提出了整改的要求。因此現(xiàn)階段從事建筑行業(yè)的工作者就要將建筑綠色化改造理念落實(shí)到的工作的各個(gè)角落中去，強(qiáng)化寒冷地區(qū)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的重視程度及應(yīng)用。

2 被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的概念

被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)主要是基于現(xiàn)代科技技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，利用非機(jī)械手段降低建筑的耗能問題。其具體表現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與前期規(guī)劃過程中，采用合理的布局、采光及通風(fēng)的安排、圍護(hù)改造的相關(guān)處理等，確保建筑在后期投入使用時(shí)始終保持一定的耗能量。

3 被動(dòng)式節(jié)能建筑的主要特征

①被動(dòng)式節(jié)能建筑基于特定的自然環(huán)境和地理環(huán)境，其將建筑本身看作一種動(dòng)態(tài)因素，需要充分考慮其與周邊環(huán)境的融合和反應(yīng)。②被動(dòng)式節(jié)能建筑的終極目標(biāo)是“低能耗、零能耗、負(fù)能耗”，設(shè)計(jì)者希望通過利用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)降低周圍環(huán)境對(duì)自身的影響，甚至在一定程度上能夠充分利用周圍的環(huán)境實(shí)現(xiàn)自身能耗的彌補(bǔ)。③被動(dòng)式節(jié)能建筑的建材和能耗大多采用可再生資源，既能實(shí)現(xiàn)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，也能節(jié)約成本，避免過度裝飾和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

4 被動(dòng)式節(jié)能建筑的重要意義

4.1 生態(tài)保護(hù)意義

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段建筑行業(yè)的耗能量已占據(jù)社會(huì)總體耗能量的百分之三十，不僅如此，其產(chǎn)生出的建筑垃圾、廢氣廢水排放等也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，并產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象等嚴(yán)重的后果。由此可見，建筑行業(yè)耗能量大、嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境等特點(diǎn)決定了其今后必須朝向可持續(xù)發(fā)展道路。因此，現(xiàn)階段從事建筑行業(yè)的工作者不僅要重視建筑總體功能、格局規(guī)劃、觀賞及藝術(shù)水平，更要著眼于建筑的節(jié)能與綠色施工的問題上，并將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)技術(shù)與建設(shè)施工的工作中。從一定角度上來說，將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)有效的融合到當(dāng)前的建筑行業(yè)中，對(duì)綠色建筑及其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要的意義。

4.2 提高環(huán)境效益的作用。被動(dòng)式節(jié)

能建筑通過科學(xué)設(shè)計(jì)，采用環(huán)保材料，充分利用自然環(huán)境優(yōu)勢(shì)，能有效改善建筑內(nèi)部溫度、濕度、采光、空氣循環(huán)等微環(huán)境，能提高建筑的舒適性，具有提高生活品質(zhì)、降低疾病概率的作用。此外，還能最大限度地減少對(duì)化石能源的使用，減少有害氣體、煙塵的排放，改善空氣的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)建筑低碳化。

5 被動(dòng)式建筑工程的節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）規(guī)劃布局：圍合式布局，圍繞中央室外庭院進(jìn)行建筑排布，減少熱消耗。（2）規(guī)避冬季主導(dǎo)風(fēng)向：主入口多設(shè)置于東、南、西三個(gè)方向，利用場(chǎng)地北側(cè)既有建筑或者植被進(jìn)行防風(fēng)，建筑北側(cè)的立面相對(duì)封閉、完整。（3）迎合夏季主導(dǎo)風(fēng)向：建筑南側(cè)立面開敞、分散，有利于夏季南風(fēng)順利穿越建筑，形成較好的通風(fēng)效果。（4）朝向選擇：建筑大多為南北朝向，主要房間布置于南側(cè)，通過南側(cè)建筑低、面寬小，北側(cè)建筑高、面寬大的方式來解決建筑采光均好性的問題。（5）綠化水體：室外廣場(chǎng)有數(shù)量眾多的綠化植被和景觀水池，在美化整體室外環(huán)境的同時(shí)，起到了改善建筑外部微氣候的作用。（6）開窗方式：建筑外立面開窗較少，且開窗面積較小，存在南側(cè)窗戶數(shù)量和面積大于北側(cè)的現(xiàn)象，為了增加窗戶的氣密性多采用雙層窗戶，在滿足采光要求的前提下，最大程度的降低了窗戶散熱的不利影響。（7）建筑外遮陽：建筑立面設(shè)計(jì)了遮陽板（固定式或電動(dòng)式），夏季能夠根據(jù)陽光調(diào)整自身角度，起到遮陽、隔熱的作用，在冬季夜間遮陽板閉合，起到保溫、節(jié)能的作用。

6 寒冷地區(qū)建筑被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析

6.1 在建筑施工場(chǎng)地中的設(shè)計(jì)

在將被動(dòng)節(jié)能技術(shù)具體應(yīng)用在建筑施工場(chǎng)地的設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要結(jié)合施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件、水文條件、自然與植被等因素，并使此類因素能夠在建筑節(jié)能方面發(fā)揮出最大最有效的積極作用。例如：根據(jù)場(chǎng)地陽光朝向、風(fēng)向以及喬木灌木的具體配置，對(duì)建筑總體遮陽及調(diào)節(jié)溫度進(jìn)行合理的調(diào)控。

6.2 單體建筑

（1）體形系數(shù)。控制體形系數(shù)是被動(dòng)式節(jié)能的根木性保障，體形系數(shù)與建筑耗能成正比，即便主張建筑立面與形體的美觀，被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)在嚴(yán)寒地區(qū)也必須控制體形系數(shù)。（2）建筑的空間設(shè)計(jì)。建筑中有很多的房間，根據(jù)人們對(duì)這些房間的使用頻率和待得時(shí)間不同，設(shè)置房間溫度不同.因此將人們經(jīng)常使用的、需要較好熱度的房間放于南側(cè)、將不需要高溫或者不常去的房間放于北側(cè)。利用門斗、走廊、中庭等過渡區(qū)域可以進(jìn)行溫度中和，降低外墻的傳熱損失。

6.3 強(qiáng)化學(xué)校建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

①屋頂節(jié)能設(shè)計(jì)。將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于寒冷地區(qū)的就要在設(shè)計(jì)和構(gòu)造過程中充分利用周圍的自然資源，實(shí)現(xiàn)用與防的平衡。在校舍屋頂建筑上，要注重其保溫性能，并考慮到防止內(nèi)部結(jié)露和屋頂承重等因素。②墻體節(jié)能設(shè)計(jì)。寒冷地區(qū)建筑的墻體設(shè)計(jì)既要注重保溫性，也要注重保密性。用于墻體的所有材料都必須具有良好的保溫性能，如苯板、金屬夾芯板、聚碳酸醞及酚醛等。針對(duì)建筑本身的縫隙，則需要做好特殊部位加強(qiáng)處理，避免熱橋的出現(xiàn)。③幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)。幕墻是現(xiàn)代學(xué)校建筑中重要性組成的部分，也是熱量散失非常大的部分，將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)引入建筑幕墻設(shè)計(jì)和施工當(dāng)中，就要控制幕墻的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)，盡量采用多層幕墻以實(shí)現(xiàn)對(duì)幕墻熱量散失的有效控制。④門窗節(jié)能設(shè)計(jì)。建筑的門窗是室內(nèi)與室外進(jìn)行直接熱量交換的關(guān)鍵部位，如果采取的門窗設(shè)計(jì)方案不正確或者材料保暖性能不足，則會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)熱量源源不斷地流向室外，造成熱量的損耗。

6.4 被動(dòng)式太陽能的應(yīng)用

第一，直接集熱。利用門窗等普通的建筑構(gòu)件直接收集太陽的輻射，增加室內(nèi)溫度，并使溫度保持在一定的限度。第二，集熱墻。在建筑設(shè)計(jì)中加入集熱墻，使其更好的做到吸收輻射并保持恒溫的作用。第三，陽光房。陽光房主要是指在建筑與室外增加一個(gè)以玻璃材質(zhì)為主的空間，增強(qiáng)集熱儲(chǔ)熱效果。

6.5 被動(dòng)式建筑能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

被動(dòng)式建筑能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是被動(dòng)式建筑的核心。該系統(tǒng)集熱能回收系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)為一體，具有制冷、制熱、供給新風(fēng)等功能，可提供健康、舒適的室內(nèi)生活環(huán)境。房間內(nèi)輸送的新鮮空氣通過空調(diào)設(shè)備從一側(cè)進(jìn)入，在另一側(cè)安裝相應(yīng)排風(fēng)設(shè)備將污濁的空氣排出室外，這樣在室內(nèi)就形成了新風(fēng)流動(dòng)場(chǎng)。新風(fēng)的殺菌、增氧、制冷、制熱等利用送風(fēng)設(shè)備完成。水源熱泵系統(tǒng)、地下?lián)Q熱器、高效自然通風(fēng)等均可合理應(yīng)用到建筑物中，在最大程度上降低建筑的運(yùn)營(yíng)成本。

7 結(jié)語

綜上所述，在社會(huì)逐漸趨向于可持續(xù)化發(fā)展道路的背景下，現(xiàn)階段建筑領(lǐng)域要想順應(yīng)時(shí)代的潮流，實(shí)現(xiàn)自身經(jīng)濟(jì)利益最大化的發(fā)展目標(biāo)就必須從建筑綠色化工作入手，認(rèn)清當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，提升對(duì)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)重要性的認(rèn)知度，并將其充分的應(yīng)用在嚴(yán)寒地區(qū)建筑工程設(shè)計(jì)中，確保建筑企業(yè)自身能夠在社會(huì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下立于不敗之地，進(jìn)而鞏固建筑領(lǐng)域在社會(huì)總體經(jīng)濟(jì)中占據(jù)的重要地位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫瑩.寒冷地區(qū)綠色辦公建筑被動(dòng)節(jié)能技術(shù)分析[J].低溫建筑技術(shù)，2016（7）：142～144.

[2] 魏園園.被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在建筑改造中的應(yīng)用策略研究[D].浙江大學(xué)，2015.

[3] 張繼軍.夏熱冬暖公共建筑被動(dòng)式節(jié)能共性技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[4] 周洪濤，張振.長(zhǎng)春市居住建筑被動(dòng)式墻體設(shè)計(jì)策略研究[J].四川建材，2017（3）：8～9.

項(xiàng)目基金：

沈陽建筑大學(xué)哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目.編號(hào)：2017117。