被動式節(jié)能策略在住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用

王雪茹

摘 要：本文首先闡述了被動式住宅建筑的概念與特點(diǎn)，接著分析了被動式住宅建筑的發(fā)展優(yōu)勢，最后對被動式節(jié)能策略在住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。希望能夠為相關(guān)人員提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：被動式;節(jié)能策略;住宅建筑設(shè)計中;應(yīng)用

引言

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(jī)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。

1 被動式住宅建筑的概念與特點(diǎn)

被動式住宅簡稱被動屋，屬于國際公認(rèn)的全新節(jié)能工程理念，被動屋也叫做被動式超低能耗節(jié)能建筑，集舒適性高、低能耗經(jīng)濟(jì)性為一體的節(jié)能工程。被稱作被動屋的主要原因在于，其不會主動從外部索取資源，更無傳統(tǒng)含義上的空調(diào)與暖氣，但其卻能夠讓屋內(nèi)常年維持恒溫、恒濕、恒氧以及適光狀態(tài)下。在正常情況下，僅靠人體與室內(nèi)電器設(shè)施就可以維持室溫25℃左右，減少冬季取暖和夏天制冷的能源耗損，被動住宅通過提升工程保溫隔熱性能，然后借助新風(fēng)系統(tǒng)對冷熱實現(xiàn)循環(huán)回收，得到熱循環(huán)應(yīng)用75%，工程節(jié)能93%的環(huán)保綠化效果。在對被動式住宅建筑進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)造的過程中，主要是通過采取相關(guān)的技術(shù)手段以及設(shè)備，將自然通風(fēng)、自然陽光采集、自然太陽光輻射與室內(nèi)的相關(guān)供熱設(shè)備進(jìn)行有效的系統(tǒng)連接，從而有效實現(xiàn)通過利用天熱的相關(guān)資源實現(xiàn)對房屋建筑能源消耗的滿足，從而在最終層面降低對能源的消耗，實現(xiàn)節(jié)能效果。

2 被動式住宅建筑的發(fā)展優(yōu)勢

2.1 耗能少

在被動式住宅建筑中，由于采用了很多的建筑優(yōu)化技術(shù)，使得其能夠充分利用自然條件下的很多能源，因此其最主要的特點(diǎn)就是整個建筑在人體活動的過程中耗能比較少，不會通過供能設(shè)備從外部獲得能源。在對其進(jìn)行設(shè)計的過程中，為了很好的實現(xiàn)對自然資源的利用，會采用高質(zhì)量的外保溫措施，并且與傳統(tǒng)的建筑形式相比較而言，是沒有熱橋設(shè)計的，并且整體建筑的氣密性也會更加的優(yōu)良，因此就會有效減少對能源的消耗，為建設(shè)環(huán)境友好型國家奠定堅實基礎(chǔ)。

2.2 舒適度比較高

雖然在被動式住宅建筑進(jìn)行設(shè)計建造的過程中，充分考慮了對能源的消耗問題，但是在對其進(jìn)行有效節(jié)能的時候，并沒有放棄對建筑舒適度的優(yōu)化改善，然而在采用高質(zhì)量的外圍護(hù)框架的設(shè)計實踐下，使得整個住宅建筑類似穿了一件大大的羽絨服，使其在寒冷的冬天也能夠保證市內(nèi)的溫度不低于20攝氏度，從而讓消費(fèi)者在寒冷的冬天更能感受到溫暖;而在炎熱的夏天，通過設(shè)套外圍護(hù)框架也可以使得室內(nèi)的溫度不高于25攝氏度;更為重要的是由于整個建筑會采集自然的通風(fēng)，因此通過屋內(nèi)的相關(guān)風(fēng)結(jié)構(gòu)措施使得室內(nèi)的空氣隨時都是充足的、清新的，從而有效保證室內(nèi)空氣的質(zhì)量。

2.3 可持續(xù)性

自古以來，社會的發(fā)展均會不同程度的造成對能源的消耗，從而影響制約整個時代的發(fā)展和進(jìn)步，因此為了讓整個社會的發(fā)展更加的可持續(xù)就必要采取相應(yīng)的解決措施對能源進(jìn)行有效節(jié)減;而被動式住宅建筑通過自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對天然資源的合理應(yīng)用，在很大程度上減少對能源的消耗，因此就能夠大幅度減少對非再生資源的利用，這就會使得建筑產(chǎn)業(yè)有效降低二氧化碳的排放量，最終對于維護(hù)大氣的質(zhì)量發(fā)揮顯著的重要影響作用。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

在對被動式住宅建筑進(jìn)行實際施工建造的過程中，雖然要用到很多的高質(zhì)量建筑材料、結(jié)構(gòu)等達(dá)到節(jié)能的目的，無疑就會使得整個建筑的施工成本大幅度增高;但是從長遠(yuǎn)的角度來看，被動式住宅建筑的使用壽命會高于傳統(tǒng)的建筑，并且被動式住宅建筑在使用的過程中不再投入大量的經(jīng)營和維護(hù)成本，這是傳統(tǒng)建筑所完全不具備的，因此，長期以往就會發(fā)現(xiàn)，被動式住宅建筑投入的經(jīng)濟(jì)性成本會顯著低于傳統(tǒng)的建筑。與此同時，隨著社會科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在未來幾年被動式住宅建筑所使用的結(jié)構(gòu)和材料生產(chǎn)制造工藝也會發(fā)生較大的變化，從而在一定程度上可以降低住宅建筑施工的成本，從而也能夠提高該類型住宅建筑的經(jīng)濟(jì)性。

3 被動式節(jié)能策略在住宅建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

3.1 建筑住宅的設(shè)計及布局

建筑住宅被動式的選址和住宅布局都對建筑能源的使用具有巨大的影響。首先在建筑選址時，應(yīng)該盡量減少將建筑建設(shè)在氣溫過高或過低的地區(qū)，過高或過低的氣溫都將對建筑材料的使用產(chǎn)生巨大的耗費(fèi)，從而大大降低了建筑資源的使用效率;同時也應(yīng)該避免將建筑選址在風(fēng)口地區(qū)，因在風(fēng)口地區(qū)過大的風(fēng)力會對建筑材料進(jìn)行嚴(yán)重的破壞。建筑住宅被動式的選址布局時，就應(yīng)該要充分考慮到日照、氣溫、地勢高低對建筑資源的使用會產(chǎn)生巨大的影響。地勢過高或過低，都會在自然災(zāi)害頻發(fā)的時間內(nèi)，對建筑設(shè)計產(chǎn)生較大的消極作用，影響建筑合理的使用情況;其次住宅建筑成行成列有規(guī)律的排列建設(shè)，將大大提高房屋接受日照的效率，增強(qiáng)人們居住的效果。例如在某住宅小區(qū)的建設(shè)過程中，小區(qū)選址位于高鐵站西側(cè)800m位置，項目選址地點(diǎn)十分開闊，周圍無高大建筑物。通風(fēng)效果、日照效果及視線都是較為理想的狀態(tài)。建設(shè)項目由8棟26層高層住宅，12棟6層洋房，6棟3層疊拼，1棟9班幼兒園及地下車庫組成，整個項目由剪力墻及框架結(jié)構(gòu)體系組成，此住宅規(guī)劃項目達(dá)到了較為理想的使用效果，建成后在通風(fēng)效果、日照時間、景觀環(huán)境等方面具有良好的體驗效果。在該住宅小區(qū)的建設(shè)過程時，為了建設(shè)試點(diǎn)新型被動式超低能耗建筑，所以在建設(shè)過程中試點(diǎn)采用鋁合金模板加固體系進(jìn)行穿插施工，水平穿插或垂直穿插相結(jié)合的方式。項目全過程結(jié)合BIM施工技術(shù)（BIM技術(shù)是指通過建立虛擬的建筑項目三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個虛擬的三維模型提供完整的、與實際情況一致的建筑項目數(shù)據(jù)庫）。該住宅小區(qū)的施工重點(diǎn)主要考慮到以下幾個方面：首先，被動式建筑對結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量要求較高，本次項目施工方暫無成熟的施工經(jīng)驗，那么就應(yīng)該要求施工方在施工前期進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)，不斷增強(qiáng)施工經(jīng)驗。其次，該項目為群體性工程，在短時間內(nèi)合理調(diào)配各種資源完成工程施工任務(wù)是本工程施工中的重中之重，因此必須加強(qiáng)各施工小組內(nèi)的關(guān)聯(lián)性，提高他們的默契程度，保證此次施工任務(wù)的成功完成。本項目對于質(zhì)量要求十分高，施工質(zhì)量需要獲得德國PHI認(rèn)證。最后工程使用14臺塔吊，同時作業(yè)，確保塔群作業(yè)的安全施工，需保證塔群作業(yè)時，塔吊之間及塔樓和樓座之間無碰撞，確保施工人員和施工設(shè)備都不受到損傷。

3.2 建筑通風(fēng)系統(tǒng)的被動式節(jié)能設(shè)計

3.2.1 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(jìn)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(jìn)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，這兩種方法的應(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(jìn)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)。

3.2.2 室外自然氣候精細(xì)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(jìn)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：首先，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(jìn)行提取;其次，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(jìn)行上述要素的處理;最后，對每月累計分布函數(shù)以及長期分布函數(shù)的計算，進(jìn)行數(shù)據(jù)加權(quán)，選擇月份，通過格式轉(zhuǎn)換進(jìn)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(jìn)行特征表述，是實現(xiàn)超低能耗設(shè)計的基礎(chǔ)。

3.2.3 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(diǎn)。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。

結(jié)束語

近年來，隨著人們生活質(zhì)量與生活水平的提高，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，通過采用被動式節(jié)能建筑設(shè)計的形式，運(yùn)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。

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