被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)探析

摘 要 隨著可持續(xù)發(fā)展成為建筑行業(yè)的重要指導(dǎo)方向，在任何的建筑工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，工程企業(yè)均需要在設(shè)計(jì)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)融入可持續(xù)理念，用節(jié)能降耗思想來(lái)提升其設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)前的發(fā)展背景下，節(jié)能降耗設(shè)計(jì)需始終堅(jiān)持先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想與理念，通過(guò)全面優(yōu)化，以降低能耗，為人們提供更為舒適的建筑環(huán)境。基于此，本文以“被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化”的設(shè)計(jì)原則和理念，分析了被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)的原理和要點(diǎn)，對(duì)于提升整體設(shè)計(jì)水平、帶動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞 被動(dòng)式;低能耗;建筑設(shè)計(jì);分析

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展衍生出了被動(dòng)式低能耗建筑的概念，這一概念在建筑行業(yè)發(fā)展中的推廣和應(yīng)用雖然在一定程度上促進(jìn)了建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，但是，在當(dāng)前的市場(chǎng)背景下，被動(dòng)式低能耗建筑常常會(huì)存在很多方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題，隨著建筑行業(yè)從資源擴(kuò)張型向技術(shù)內(nèi)涵型的轉(zhuǎn)變，被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)還需要著力解決諸多的問(wèn)題，還有著很大的發(fā)展前景。因此，在當(dāng)前行業(yè)現(xiàn)代化背景下，各個(gè)建筑工程企業(yè)、技術(shù)人員都需要積極投入到被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新中。

1設(shè)計(jì)理念的提出

被動(dòng)式低能耗建筑最早誕生于美國(guó)，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，如果要達(dá)到被動(dòng)式低能耗建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)，就需要保障建筑各種原材料的性能、質(zhì)量。因此，被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)于設(shè)計(jì)方法、原材料有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)的最終目的是通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的改變來(lái)降低建筑能耗，使得建筑設(shè)計(jì)能夠與周邊的氣候、建筑結(jié)構(gòu)等相協(xié)調(diào)[1]。一般情況下，在被動(dòng)式低能耗建筑中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)利用各種的新能源和自然資源，以通過(guò)這種方式提升建筑內(nèi)部與外部環(huán)境的舒適性，達(dá)到綠色性、環(huán)保性的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)原理

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展使得人們的生活水平有了質(zhì)的飛躍，城市化發(fā)展步伐逐步加快的過(guò)程中，人們對(duì)節(jié)能環(huán)保的關(guān)注度日漸提升，尤其是在建筑行業(yè)的發(fā)展中，節(jié)能環(huán)保成為熱點(diǎn)問(wèn)題。各個(gè)建筑工程項(xiàng)目在實(shí)施的過(guò)程中，都需要采用節(jié)能環(huán)保的理念來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)與施工。被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需嚴(yán)格根據(jù)建筑所處區(qū)域的文化背景與氣候、環(huán)境條件，加強(qiáng)可再生能源的利用，降低建筑能耗。通過(guò)被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)，提升了建筑的綜合效益。

與常規(guī)的建筑設(shè)計(jì)理念相比，被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)是一種新的設(shè)計(jì)理念。一些工程企業(yè)在房地產(chǎn)項(xiàng)目宣傳時(shí)，會(huì)采用“恒溫、恒濕建筑”作為宣傳點(diǎn)，這一宣傳點(diǎn)下，主要是為了為人們提供更為舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，采用的是空調(diào)、采暖等輔助設(shè)施來(lái)進(jìn)行環(huán)境優(yōu)化，這種人工控制方式下存在的能耗較大，屬于主動(dòng)式設(shè)計(jì)。而被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)放在自然資源的利用方面，通過(guò)自然能源的有效利用，使得其能夠?yàn)榻ㄖ峁┳匀煌L(fēng)，保持室內(nèi)外環(huán)境的協(xié)調(diào)性。比如，正常情況下，人類(lèi)居住的住宅室內(nèi)環(huán)境溫度在18～26℃最佳，我國(guó)的氣候特征下，基本上可以滿(mǎn)足這一要求，通過(guò)太陽(yáng)能資源的有效利用，可以達(dá)到低能耗設(shè)計(jì)目的[2]。

3優(yōu)化被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與運(yùn)用控制策略

（1）環(huán)境控制。被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)中，環(huán)境設(shè)計(jì)尤為重要，旨在通過(guò)科學(xué)的環(huán)境設(shè)計(jì)，來(lái)為人們提供更為舒適、健康的建筑環(huán)境條件，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需從保暖性設(shè)計(jì)出發(fā)。建筑物使用時(shí)往往會(huì)受到外界氣溫環(huán)境的影響，也就難以保障建筑的保暖性，在被動(dòng)式低能耗設(shè)計(jì)理念下，要盡量消除和減小外界氣溫環(huán)境對(duì)建筑的不利影響，通過(guò)被動(dòng)技術(shù)措施的應(yīng)用，保持良好的室內(nèi)溫度條件[3]。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念下，往往是通過(guò)開(kāi)窗設(shè)計(jì)或者供暖、空調(diào)設(shè)施的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行溫度控制的，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)自然通風(fēng)的有效利用。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念下雖然可以實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)效果，但是，存在著較大的熱能與電能消耗，而被動(dòng)式低能耗設(shè)計(jì)理念下，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合建筑的具體特征，構(gòu)建新風(fēng)系統(tǒng)。

（2）氣候控制。在我國(guó)，不同地區(qū)往往存在著極大的氣候差異，在被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需結(jié)合區(qū)域的氣候特征，根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)年供暖量和年供冷量加以有效控制。在相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，有著明確的數(shù)值規(guī)定，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合建筑物的具體特征，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)展相應(yīng)的設(shè)計(jì)，最大限度上為人們提供更為舒適、健康的居住環(huán)境。被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)中，氣候控制是通過(guò)相應(yīng)的控制策略和技術(shù)作用于區(qū)域氣候條件，通過(guò)這種方式來(lái)降低建筑能耗。當(dāng)然，在我國(guó)的一些地區(qū)，冬季溫度非常低，屬于嚴(yán)寒地區(qū)，在這些地區(qū)，被動(dòng)式控制技術(shù)的應(yīng)用需要在保障室內(nèi)環(huán)境舒適性的基礎(chǔ)上，最大限度上降低供暖的能源消耗。

（3）可再生能源利用。被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)理念下，同樣需要始終堅(jiān)持綠色性與環(huán)保性的要求，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要加大可再生能源、新能源的使用，通過(guò)這些方式來(lái)提高能源資源的利用率，減少建筑中傳統(tǒng)能源的使用與消耗。新能源的利用在一定程度上能夠有效避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的巨大破壞，推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)。建筑行業(yè)屬于高消耗產(chǎn)業(yè)，如果要改變建筑高能耗局面，就需要充分從被動(dòng)式低能耗設(shè)計(jì)理念出發(fā)，通過(guò)環(huán)境、氣候等各種因素的綜合考慮，提升新能源利用價(jià)值。

（4）建筑因素。在城市化步伐逐步加快的過(guò)程中，城市的土地價(jià)格也日漸提升，且很多城市面臨著嚴(yán)重的土地資源緊張問(wèn)題，為緩解這一危機(jī)，在建筑項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，多以高層建筑為主，高層建筑的增多為被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)提供了更多的可能性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑群密度、高度與空間等都是需要考慮的關(guān)鍵因素。由于建筑因素的存在，在被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須要通過(guò)對(duì)區(qū)域地理環(huán)境等的分析，來(lái)保障區(qū)域建筑群密度的合理性，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑空間的優(yōu)化。建筑門(mén)窗設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量選用節(jié)能材料，實(shí)現(xiàn)南北通透的目的，保障室內(nèi)空氣的自然流通。

（5）建筑被動(dòng)技術(shù)運(yùn)用。被動(dòng)技術(shù)應(yīng)用中，就是結(jié)合建筑物的實(shí)際情況，將太陽(yáng)能、風(fēng)能和植物植被等各種自然資源充分利用起來(lái)，使得建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、氣密性、新風(fēng)熱回收等能夠得到有效的優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，被動(dòng)技術(shù)下，冬季一般選用的是太陽(yáng)能輻射采暖，而夏季以蓄熱和夜間降溫為主。

4被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)方法

（1）夏季節(jié)能設(shè)計(jì)。建筑夏季節(jié)能設(shè)計(jì)方面，空調(diào)冷負(fù)荷主要是經(jīng)由圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳入的熱量、太陽(yáng)能輻射熱量、建筑物內(nèi)的散熱量和潛熱量所實(shí)現(xiàn)的，主要從以下方面來(lái)進(jìn)行：①減少輻射熱負(fù)荷措施。在減少太陽(yáng)輻射熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的：百葉遮陽(yáng)和結(jié)構(gòu)自遮陽(yáng)設(shè)計(jì);特制玻璃通過(guò)自身的性質(zhì)來(lái)阻擋部分的太陽(yáng)輻射熱;立體與垂直綠化設(shè)計(jì)下，取代了傳統(tǒng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣可以有效抵擋部分的太陽(yáng)輻射熱;利用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，可以將部分的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能資源，不僅可以使得室內(nèi)的熱負(fù)荷大大降低，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。②減少傳熱熱負(fù)荷措施。建筑低能耗設(shè)計(jì)中，夏季減少傳熱熱負(fù)荷同樣是一種十分有效的設(shè)計(jì)手段，主要是通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的：雙層保溫墻體、保溫屋面的構(gòu)建，這些設(shè)計(jì)下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)大大減小，傳熱熱量持續(xù)降低;立體綠化和建筑周邊水體的設(shè)計(jì)能夠使得建筑的室內(nèi)溫度得到有效的控制;自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，維持了室內(nèi)外良好的空氣流通。③減少對(duì)流熱負(fù)荷措施。對(duì)流熱負(fù)荷的存在同樣使得建筑存在較大的能耗，在節(jié)能設(shè)計(jì)改造中，需通過(guò)以下方式來(lái)減少對(duì)流熱負(fù)荷：增加通風(fēng)塔和導(dǎo)風(fēng)墻等自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，通過(guò)這些設(shè)計(jì)來(lái)使得建筑內(nèi)的空氣流通更為通暢，通過(guò)這種該方式來(lái)降低室內(nèi)空氣溫度、壁面溫度，將對(duì)流換熱量控制在合理的范圍內(nèi);利用光導(dǎo)采光器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明，并使用LED燈具。

（2）冬季節(jié)能設(shè)計(jì)。在冬季，空調(diào)冷負(fù)荷主要包含了圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、門(mén)和窗戶(hù)的冷風(fēng)滲透等構(gòu)成。在被動(dòng)式低能耗建筑設(shè)計(jì)理念下，冬季節(jié)能設(shè)計(jì)需要從傳熱和對(duì)流的減少方面來(lái)進(jìn)行。①獲取冬季太陽(yáng)能輻射熱，減少室內(nèi)向室外輻射散熱。如果要在冬季實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)，就需要直接利用太陽(yáng)能資源，增加太陽(yáng)輻射熱，比如，通過(guò)活動(dòng)外遮陽(yáng)百葉設(shè)計(jì)，能夠使得在冬季的遮陽(yáng)面積大大減小、特制節(jié)能玻璃的使用能夠減小室內(nèi)熱量向外輻射。②減少傳熱冷負(fù)荷措施。雙層保溫墻體和保溫屋面的設(shè)計(jì)下，能夠有效將圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，進(jìn)而使得在冬季，室內(nèi)向室外的傳熱有所減少。在條件允許的情況下，還可以在建筑周邊進(jìn)行水池的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)下，較大的比熱容可以保持室內(nèi)外良好的溫度條件，阻擋向室內(nèi)的冷負(fù)荷傳遞。

（3）過(guò)渡季節(jié)能設(shè)計(jì)。雖然夏季與冬季的氣候差異非常明顯，但是，在全年中，夏熱冬冷氣候區(qū)過(guò)渡季節(jié)非常長(zhǎng)，溫度條件比較適宜，如果要使得這些時(shí)節(jié)的建筑設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)足低能耗要求，需在建筑中構(gòu)建自然通風(fēng)系統(tǒng)，比如，可以進(jìn)行通風(fēng)塔、導(dǎo)風(fēng)墻的設(shè)計(jì)，保持空氣流動(dòng)。

5展望

近年來(lái)，在建筑行業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，被動(dòng)式低能耗設(shè)計(jì)已然成為一種新的設(shè)計(jì)理念，要提升其設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員需在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分從建筑工程所處區(qū)域的氣候、地理、環(huán)境等因素出發(fā)，加強(qiáng)自然資源、新能源的有效利用，通過(guò)各方協(xié)調(diào)來(lái)保障設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以充分提高建筑的綜合效益。

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