“被動(dòng)房”的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

許曉琴

(山西晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，山西太原030013)

1 工程概況

樂(lè)陵市三館一體化建設(shè)項(xiàng)目由檔案館、博物館、圖書(shū)館三館呈品字型布局，通過(guò)室外連廊連為一體，博物館居中，檔案館、圖書(shū)館分列南北兩側(cè)。項(xiàng)目總建筑面積：1.38萬(wàn)m2。

2 被動(dòng)式建筑方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目根據(jù)《山東省被動(dòng)式超低能耗綠色建筑示范工程項(xiàng)目與項(xiàng)驗(yàn)收技術(shù)要點(diǎn)(試行)》；公共建筑能耗水平應(yīng)比GB 50189—2015公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低60%或節(jié)能率達(dá)到85%以上；年總一次能源需求不大于120 kWh/(m2·年)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)利用院、廊圍合形成組建筑，建筑形體簡(jiǎn)潔，有效利用自然通風(fēng)，便于被動(dòng)式建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),還控制減小了體型系數(shù)；立面形式結(jié)合建筑功能與建筑美學(xué)，考慮到被動(dòng)式超低能耗建筑會(huì)設(shè)置比較厚的保溫層，選用外墻涂料飾面，這樣會(huì)減少熱橋的產(chǎn)生，也會(huì)簡(jiǎn)化施工和降低成本。外窗形式為豎直細(xì)長(zhǎng)形式，不同朝向不同的窗墻比設(shè)計(jì)，考慮自然采光與減少傳熱。整個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，以能耗目標(biāo)為導(dǎo)向，將建筑能源需求降到最低。

2.1 氣候特征影響

樂(lè)陵市屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明、冷熱干濕界限明顯，具有顯著的大陸性氣候特征。根據(jù)樂(lè)陵市氣候的特點(diǎn)，被動(dòng)式建筑方案主要考慮夏熱冬冷，降低采暖能耗的同時(shí)充分考慮夏季遮陽(yáng)措施；在夏季雨量充沛適合植物生長(zhǎng)，考慮做立面綠化；太陽(yáng)能資源較豐富安裝太陽(yáng)能光伏板；晝夜溫差相對(duì)較大，使用機(jī)械通風(fēng)，并利用夏季夜晚及過(guò)渡季自然通風(fēng)。

2.2 設(shè)計(jì)原則與措施

1)設(shè)計(jì)原則——精準(zhǔn)考察氣候，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)節(jié)能，利用自然饋贈(zèng)，促進(jìn)資源循環(huán)，汲取傳統(tǒng)匠心，集合多重功能。

2)措施類(lèi)別——外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、供暖供冷與熱水系統(tǒng)要做到守?zé)?、防熱、用熱措施?/p>

a.守?zé)岽胧?/p>

被動(dòng)式外墻保溫系統(tǒng)：外墻保溫系統(tǒng)是最經(jīng)濟(jì)有效的綠建措施之一。本項(xiàng)目外墻外保溫采用300(250)厚巖棉板保溫層。

被動(dòng)式外窗：建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性與氣密性，門(mén)窗的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)很重要。不同朝向的開(kāi)窗面積和疏密根據(jù)氣候特點(diǎn)決定。接受夏季太陽(yáng)輻射高的面(東西面與屋面)開(kāi)窗盡量少，降低空調(diào)能耗；接受冬季太陽(yáng)輻射高的立面(南面)開(kāi)窗盡量多，降低采暖能耗。在窗洞面積確定的前提下，兼顧窗戶(hù)的堅(jiān)固性，窗框占窗戶(hù)面積的比例越小越好；同等面積的窗洞分劃越少越好，這樣就是在保證足夠堅(jiān)固性的前提下降低窗框面積比例，進(jìn)一步降低外窗的傳熱系數(shù)。本項(xiàng)目外窗采用三玻兩腔充氬氣Low-E鍍膜玻璃，兼顧保溫與得熱。

無(wú)熱橋設(shè)計(jì)：由于被動(dòng)式建筑對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性有極高的要求，并且主張使用經(jīng)過(guò)精細(xì)規(guī)劃的機(jī)械通風(fēng)，所以熱橋?qū)Ρ粍?dòng)式建筑的影響更加顯著，此次設(shè)計(jì)需要更加嚴(yán)格控制熱橋的產(chǎn)生與數(shù)量，即建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足無(wú)熱橋設(shè)計(jì)的要求。本項(xiàng)目建筑具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 建筑具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

通風(fēng)系統(tǒng)：被動(dòng)房通風(fēng)的基本原則類(lèi)似于自然通風(fēng)的“穿堂風(fēng)”。主要的功能空間輸入新鮮、溫度和濕度恰當(dāng)?shù)男嘛L(fēng)。新風(fēng)經(jīng)過(guò)走廊等過(guò)渡空間，最終進(jìn)入設(shè)備間、衛(wèi)生間等建筑中空氣要求不那么高的空間，并在那里被吸入排走。通風(fēng)系統(tǒng)的核心是熱交換系統(tǒng)。冬季，可在不混合排風(fēng)和新風(fēng)的前提下，回收排風(fēng)至少75%的余熱對(duì)抽進(jìn)的新風(fēng)進(jìn)行加熱；夏季則可以反過(guò)來(lái)進(jìn)行冷回收。

b.防熱措施：

透明門(mén)窗遮陽(yáng)措施：活動(dòng)外遮陽(yáng)百葉是本項(xiàng)目被動(dòng)房主要的夏季隔熱措施。采用活動(dòng)卷簾做外遮陽(yáng)，有效阻擋夏季過(guò)熱的陽(yáng)光直射。除了室外百葉之外，在博物館與圖書(shū)館的門(mén)窗遮陽(yáng)措施中，還包括橫向與豎向遮陽(yáng)板的應(yīng)用。

建筑實(shí)墻部分的遮陽(yáng)：建筑實(shí)墻部分的保溫雖然可以阻隔室外空氣的熱量，但可達(dá)1 000 W/m2的太陽(yáng)輻射可以把建筑外墻和屋頂外表面的溫度加熱到70 ℃。這時(shí)，即使外保溫層性能很好、很厚也只能把外表面的70 ℃降低到內(nèi)表面的40 ℃，原本應(yīng)保持25 ℃的室內(nèi)氣溫就會(huì)受到外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的烘烤，導(dǎo)致空調(diào)能耗急劇上升。因此建筑外墻及屋頂也應(yīng)做遮陽(yáng)處理。

非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)措施遮陽(yáng)設(shè)計(jì)：本項(xiàng)目采用立面板材遮陽(yáng)、立面結(jié)構(gòu)層遮陽(yáng)、連廊遮陽(yáng)、爬藤綠化遮陽(yáng)、屋頂光伏板遮陽(yáng)。在建筑外保溫層之外，還有一層不主體脫離的外遮陽(yáng)板，能夠很好地降低夏季陽(yáng)光直射下墻體保溫層的外側(cè)溫度；與立面保溫相脫開(kāi)的磚立面，不僅具有外觀上的作用，同時(shí)也能夠降低保溫材料外側(cè)的溫度；連廊的設(shè)置也起到了遮陽(yáng)作用；在庭院內(nèi)側(cè)柱廊的基礎(chǔ)上，采用垂直爬藤綠化遮陽(yáng)，阻擋陽(yáng)光直射建筑表面；而冬季植物落葉后又不影響建筑太陽(yáng)得熱，使建筑冬暖夏涼；在屋頂上采用光伏板作為頂蓋，既可以達(dá)到遮陽(yáng)效果，又能將光能轉(zhuǎn)化為電能為我所用。

通風(fēng)設(shè)計(jì)：在平面上，各個(gè)建筑體塊錯(cuò)開(kāi)布局，有利于穿堂風(fēng)的形成，促進(jìn)自然通風(fēng)。在過(guò)渡季節(jié)及夏季夜晚，通過(guò)輕易地將建筑室內(nèi)多余的熱量帶出室外降低制冷能耗。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)蓄熱：鋼筋混凝土具有較高的蓄熱作用。在室溫高時(shí)吸收熱量，有利于降溫；在室溫低時(shí)釋放熱量。

c.用熱措施：

被動(dòng)式建筑的用熱原則：用熱一般是太陽(yáng)和建筑內(nèi)部熱源。把主動(dòng)供暖、供冷的能耗用量最低，利用自身建筑的熱量收支來(lái)“被動(dòng)”地進(jìn)行采暖或制冷。

被動(dòng)式外窗玻璃：本項(xiàng)目采用三玻兩腔充氬氣Low-E鍍膜玻璃。在寒冷季節(jié)可以保溫，減輕采暖負(fù)荷；在炎熱季節(jié)可以減少陽(yáng)光所傳遞的熱量進(jìn)入室內(nèi)，減輕空調(diào)負(fù)荷。

被動(dòng)式建筑開(kāi)窗原則：本項(xiàng)目中南向開(kāi)窗面積較大，而東、西，尤其是北側(cè)開(kāi)窗較小。

被動(dòng)式外窗形式：被動(dòng)式門(mén)窗可開(kāi)啟扇的密閉性要求較高。本項(xiàng)目建筑的東、西立面可以通過(guò)設(shè)置斜角窗幫，在保留立面大開(kāi)窗效果的同時(shí)，減小實(shí)際窗扇寬度。此外，斜切角外側(cè)的保溫材料并不起到熱學(xué)作用。將其切掉反而有利于將更多陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，降低供暖能耗。

熱泵：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用地源熱泵作為建筑的冷熱來(lái)源。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目在進(jìn)行被動(dòng)房具體設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)采取具體措施，以數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，以能耗目標(biāo)為約束，同時(shí)，借鑒德國(guó)被動(dòng)房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)建筑方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)保溫隔熱氣密性能的加強(qiáng)、著重對(duì)無(wú)熱橋設(shè)計(jì)的關(guān)注等，利用可再生能源和高效的暖通空調(diào)系統(tǒng)，最終來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式建筑。