被動式超低能耗建筑設(shè)計與應(yīng)用研究

韓靜

（內(nèi)蒙古鐵道勘察設(shè)計院有限公司，呼和浩特010050）

1 被動式超低能耗建筑設(shè)計的重要意義

近年來，我國的房地產(chǎn)建筑行業(yè)進入了飛速發(fā)展階段，對城市建設(shè)起到推動作用的同時也造成了大量的能源消耗。國家積極推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，環(huán)境保護問題在各個層面引起了越來越多的重視，人們生活質(zhì)量與生活水平的提高與實現(xiàn)節(jié)能減排環(huán)境保護工作具有密切的關(guān)聯(lián)。人們不僅對居住的基本功能提出了需求，也對居住的舒適度有了更高的要求。因此，現(xiàn)代的建筑質(zhì)量也在不斷提高。傳統(tǒng)的建筑理念模式以及設(shè)計方式，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人的生活需求。因此，通過采用被動式超低能耗建筑設(shè)計的形式，運用于建筑設(shè)計當(dāng)中已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑行業(yè)重要的課題[1]。

2 被動式超低能耗建筑的設(shè)計原則及技術(shù)簡介

被動式超低能耗建筑的設(shè)計，與建筑物所處的地區(qū)經(jīng)濟條件、文化情況以及自然氣候條件等有息息相關(guān)的聯(lián)系。在設(shè)計當(dāng)中，對可再生能源的充分應(yīng)用可以實現(xiàn)環(huán)保的需求，因此，被動式超低能耗建筑，不僅能夠確保建筑物的舒適性和實用性，同時還能促進經(jīng)濟效益的提升，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中，通過人工手段來對環(huán)境進行干預(yù)，包括暖氣、空調(diào)的使用，以及其他設(shè)備的應(yīng)用來調(diào)節(jié)建筑物的環(huán)境。雖然能夠滿足人們對環(huán)境舒適度的需求，但是會產(chǎn)生大量的能源消耗。被動式設(shè)計的原理則是通過對自然資源的充分利用，為建筑物提供通風(fēng)來源以及供暖的能量。被動式超低能耗建筑技術(shù)通過將外界自然環(huán)境與居住環(huán)境視為一個整體，通過充分采用自然資源進行建筑無能耗需求的滿足，既降低了能耗，又避免了對周邊環(huán)境的整體性破壞，能夠充分融合室內(nèi)外的環(huán)境。例如，整體的最舒適的居住環(huán)境溫度為18～26℃，在溫度偏低時，可以通過利用室外的太陽能提升室內(nèi)溫度，而在溫度偏高時，則可以通過加強通風(fēng)等手段滿足人們的身體舒適度需求[2]。

3 被動式超低能耗建筑概述

3.1 高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求

要實現(xiàn)對被動式建筑的技術(shù)控制，主要有2套控制性指標(biāo)：室內(nèi)舒適度指標(biāo)和能耗指標(biāo)。該2項指標(biāo)的實現(xiàn)對建筑材料的選用、建筑物的結(jié)構(gòu)和設(shè)備技術(shù)都有著很高的要求。具體的技術(shù)和設(shè)備包括被動式建筑外窗、高效的外保溫系統(tǒng)、能實現(xiàn)熱能回收的新風(fēng)裝置以及無熱橋設(shè)計和氣密性的實現(xiàn)。

3.2 運行能耗低

被動式超低能耗建筑使用無熱橋設(shè)計、高性能的外保溫層應(yīng)用和外圍氣密性良好的結(jié)構(gòu)，使得它相比普通建筑物可以實現(xiàn)90%以上的節(jié)能。相對采用了一定技術(shù)的新型建筑物也能夠?qū)崿F(xiàn)75%以上的能耗節(jié)約。

3.3 舒適性體現(xiàn)

被動式超低能耗建筑物的設(shè)計初衷就是要實現(xiàn)房屋的保暖，這是一項重要的功能，通過保暖層的設(shè)計保持室內(nèi)的溫度恒定，在炎熱的夏天，通過保暖層發(fā)揮效用實現(xiàn)屋內(nèi)的涼爽，尤其值得稱道的是建筑物在實現(xiàn)了人體適度體驗的同時，又實現(xiàn)了節(jié)能減排，這是建筑設(shè)計行業(yè)中的一大重要突破。

4 被動式超低能耗建筑設(shè)計基礎(chǔ)分析

4.1 氣候環(huán)境分析

在對被動式超低能耗建筑的設(shè)計過程中，對建筑環(huán)境進行考察分析是重要的工作。通常建筑設(shè)計人員會通過很多的環(huán)境調(diào)查，對建筑環(huán)境進行分析，但是當(dāng)前情況下使用的定量計算方法以及氣候分析工具存在一定缺陷。例如，當(dāng)前比較廣泛被采用的圖像影響分析法以及表格分析法，這2種方法的應(yīng)用，受限于環(huán)境要求，而我國的地域廣闊，環(huán)境差異十分明顯。因此，在進行環(huán)境舒適度分析時，圖像法和表格法無法清晰地體現(xiàn)出舒適度的差異，因此，需要建立1套完整的分析系統(tǒng)。

4.2 室外自然氣候精細化表征方法

除了開展分析建筑環(huán)境工作之外，被動式超低能耗建筑設(shè)計的基礎(chǔ)，還包含了通過準(zhǔn)確的數(shù)字進行室內(nèi)外環(huán)境氣候特征分析。目前，我國已經(jīng)基本形成了適合國內(nèi)氣象數(shù)據(jù)的描述方法，該方法的基本流程是：（1）通過過去30年氣候數(shù)據(jù)的收集與整理，對所需氣候要素的典型性進行提??；（2）對濕度、風(fēng)速、日照及輻射數(shù)據(jù)的平均分析，通過CDF數(shù)據(jù)進行上述要素的處理；（3）對每月累計分布函數(shù)以及長期分布函數(shù)的計算，進行數(shù)據(jù)加權(quán)，選擇月份，通過格式轉(zhuǎn)換進行典型研究結(jié)果的輸出。通過這種方式對室外自然氣候進行特征表述，是實現(xiàn)超低能耗設(shè)計的基礎(chǔ)。

5 被動式超低能耗建筑設(shè)計應(yīng)考慮的因素及其應(yīng)用

5.1 環(huán)境因素

被動式低能耗建筑的設(shè)計在不同的區(qū)域不同的環(huán)境應(yīng)當(dāng)采取不同的方案，通過建筑物所處的國家和區(qū)域的不同，因地制宜選擇最適合的技術(shù)，根據(jù)環(huán)境對建筑設(shè)計進行調(diào)整，可以充分發(fā)揮被動式超低能建筑的效果。

5.2 氣候因素

我國地域遼闊，各地氣候差異較大，尤其北方地區(qū)冬季溫度較低，對于暖氣的供應(yīng)需求量比較大，而地處熱帶區(qū)域的海南、三亞等地區(qū)，夏季十分炎熱，對冷空氣的需求比較大，因此，應(yīng)該考慮到區(qū)域的氣候因素對建筑設(shè)計的技術(shù)進行調(diào)整。

6 被動式超低能耗建筑設(shè)計的應(yīng)用

6.1 制定標(biāo)準(zhǔn)氣候標(biāo)準(zhǔn)

被動式建筑設(shè)計的核心因素是氣候條件。因此，針對我國不同區(qū)域的氣候制定不同的標(biāo)準(zhǔn)就顯得格外重要。通過采用有效的控制技術(shù)，改善不同氣候區(qū)域的居住環(huán)境，并在很大程度上降低建筑的能量消耗。

6.2 創(chuàng)建環(huán)境技術(shù)

開窗通風(fēng)是我國居民最喜歡的調(diào)節(jié)溫度方式，通過自然通風(fēng)，獲取人們在自然風(fēng)環(huán)境下的最舒適體感，因而被動式超低能耗建筑在設(shè)計時也應(yīng)該充分考慮到這一點。此外，當(dāng)人們通過外界無法得到適宜的自然風(fēng)時，被動式超低能耗建筑通過高效的新風(fēng)系統(tǒng)能夠在外界環(huán)境不適宜開窗通風(fēng)的情況下，保持屋內(nèi)的適宜溫度。

7 結(jié)語

被動式超低能耗建筑符合綠色建筑以及節(jié)能環(huán)保的要求，實現(xiàn)了環(huán)境因素與建筑缺陷的有機結(jié)合，給人們提供了舒適的生活以及辦公環(huán)境，同時對環(huán)境污染以及能源消耗也起到了改善作用。