被動(dòng)式節(jié)能在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

謝敬賢 瑞金市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局

1 前言

被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在當(dāng)前的住宅建筑設(shè)計(jì)中需要考慮到多個(gè)因素，以便可以根據(jù)建筑區(qū)域的實(shí)際情況以及建筑的實(shí)際需求選擇最適宜、最佳的建筑朝向以及最科學(xué)的群體布局等。

2 被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)

2.1 優(yōu)化自然能利用率的被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)

平面被動(dòng)式設(shè)計(jì)、豎向熱環(huán)境被動(dòng)式設(shè)計(jì)等可以使建筑通過被動(dòng)采暖、采光、通風(fēng)等充分利用自然資源。采光窗、天窗、天井等設(shè)計(jì)也大大降低了能源的消耗。

2.2 優(yōu)良節(jié)能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻、屋面、分戶樓板、外窗等。在被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，其安全性、經(jīng)濟(jì)性、耐候性等優(yōu)勢(shì)更加明顯，各結(jié)構(gòu)的能源浪費(fèi)問題也得以解決。

2.3 充分利用可再生能源

（1）太陽能光熱利用。在住宅建筑設(shè)計(jì)中采用分散集熱-分散供熱太陽能熱水系統(tǒng)，一個(gè)太陽能集熱器連接一個(gè)儲(chǔ)熱水箱，并且儲(chǔ)熱水箱中可以通過設(shè)置輔助電加熱裝置的方式來滿足衛(wèi)生間、廚房熱水需求。（2）地源熱泵利用。當(dāng)項(xiàng)目位于夏熱冬冷地區(qū)時(shí)，夏季冷負(fù)荷高于冬季熱負(fù)荷，地源熱泵系統(tǒng)的使用可以更好地發(fā)揮作用，并有效地降低能源消耗。

3 被動(dòng)式節(jié)能住宅建筑的現(xiàn)實(shí)意義

3.1 緊跟時(shí)代的發(fā)展變化，保護(hù)環(huán)境

我國(guó)是人口大國(guó)，雖然地域廣闊、資源豐富，但是持續(xù)增長(zhǎng)的人口還是給我國(guó)造成巨大的壓力。各類不可再生資源迅速減少、生態(tài)環(huán)境惡化加劇，人們?cè)谙硎墁F(xiàn)代生活帶來的便利的同時(shí)，更是經(jīng)受著自然環(huán)境變化帶來的不良影響，在這種情況下，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為現(xiàn)代人們最重要的任務(wù)。住宅建筑作為我國(guó)主要的建筑類型，其建筑規(guī)模與數(shù)量都極為龐大，造成的能源浪費(fèi)更是巨大，必須要加強(qiáng)被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，通過改善房屋結(jié)構(gòu)和布局來降低住宅使用中產(chǎn)生的能耗問題，減少其對(duì)自然環(huán)境造成的不利影響，這也是時(shí)代發(fā)展變化的要求，是保護(hù)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)需要。

3.2 合理發(fā)揮各類資源的最大價(jià)值，降低建設(shè)成本

住宅建筑施工中要消耗各種建筑材料，因此合理選擇建筑材料與施工方式，發(fā)揮各類資源的最大價(jià)值也能夠降低建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)創(chuàng)建資源節(jié)約型社會(huì)要求合理的利用大自然中的各種資源，在各施工環(huán)節(jié)中合理的配置各種資源的使用，從而降低房屋的建造成本，業(yè)主的房屋使用成本，并且減少后期運(yùn)營(yíng)使用環(huán)節(jié)的能耗問題。

3.3 符合民眾的生活居住要求，提高生活質(zhì)量

現(xiàn)代人們的思想觀念有了極大的改變，針對(duì)住宅建筑的使用要求也更高。在住宅建筑設(shè)計(jì)中最重要的是結(jié)合業(yè)主的實(shí)際需要進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境的功能設(shè)計(jì)，還應(yīng)該將一些健康合理的生活方式引入其中。而被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合自然環(huán)境和住宅建筑設(shè)計(jì)要素和要求制訂出最佳的節(jié)能建筑設(shè)計(jì)方案，并合理控制建筑物朝向、形式布置等多個(gè)方面，在滿足居民生活要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，提高居民的生活質(zhì)量。

4 被動(dòng)式節(jié)能在住宅建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 在建筑空間規(guī)劃設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

（1）建筑物選址設(shè)計(jì)。在住宅建筑的設(shè)計(jì)中，首先需要保證人們的生活需要、居住安全等。因此對(duì)建筑的地質(zhì)條件、周圍環(huán)境都要求較高。被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用要求其盡可能地節(jié)約資源，在選址上還應(yīng)該降低其施工難度，選擇地質(zhì)條件好、施工便利的地帶，以減少工程的投入，起到節(jié)能的作用。（2）建筑朝向設(shè)計(jì)。建筑的朝向一般需要按照陽光照射的高度和風(fēng)向來確定。就我國(guó)的氣候環(huán)境來說，一般建筑朝向都首推坐北朝南，這樣可以與冬季的主風(fēng)向分離，且與夏季主風(fēng)向之間的角度不超過45°。通過這一設(shè)計(jì)可以在夏季的時(shí)候利用建筑物進(jìn)行遮陽，減少空調(diào)等制冷設(shè)備的能源消耗；而在冬季可以加強(qiáng)日照，保持室內(nèi)溫度的舒適等。（3）建筑地下區(qū)域的采光設(shè)計(jì)。目前大多數(shù)住宅建筑都會(huì)開辟地下空間作為儲(chǔ)藏室以及停車場(chǎng)，關(guān)于地下區(qū)域的采光設(shè)計(jì)也成為設(shè)計(jì)人員的主要關(guān)注問題。在被動(dòng)式節(jié)能理念的影響下，可以通過設(shè)置下沉庭院、采光窗井或采光天窗實(shí)現(xiàn)地下室的天然采光。在具體設(shè)計(jì)中需要按照GB/T 50033《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第5.0.2款進(jìn)行采光系數(shù)計(jì)算，以此核算地下一層的天然采光面積比例。之后再利用導(dǎo)光管和反光裝置將天然光引入地下停車場(chǎng)或設(shè)備房，滿足其光照條件，并且配合使用智能照明控制系統(tǒng)也可以最大程度上降低能源的消耗。

4.2 在建筑布局設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

（1）戶型設(shè)計(jì)。戶型設(shè)計(jì)與業(yè)主的居住體驗(yàn)感息息相關(guān)。在被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，戶型設(shè)計(jì)上最重要的就是滿足采暖和通風(fēng)要求。設(shè)計(jì)期間需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)環(huán)境和太陽輻射等因素，并按照不同房間的實(shí)際需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便可以合理地使用太陽光。比如在房屋內(nèi)的走廊設(shè)計(jì)上應(yīng)該與房間窗戶的進(jìn)出口對(duì)應(yīng)，節(jié)約建筑面積的同時(shí)確保通風(fēng)良好；入戶門的設(shè)計(jì)也需要盡可能地避免冬季寒風(fēng)侵入。科學(xué)的戶型設(shè)計(jì)可以達(dá)到冬暖夏涼的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)效果，提高居民的居住體驗(yàn)感。（2）住宅建筑形式設(shè)計(jì)。關(guān)于住宅建筑形式的設(shè)計(jì)一般需要了解該地的氣候條件以及不同布局形式的特點(diǎn)。一般情況下采用的自由式布局，即前后錯(cuò)列排布，增加通風(fēng)效果。但是行列式布局通常較為有序和規(guī)則。設(shè)計(jì)人員還需要考慮建筑的安全性、能源利用率等各個(gè)方面，確保建筑的形式設(shè)計(jì)能夠更好地滿足建筑物的采光通風(fēng)要求。

4.3 在建筑功能設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

在建筑功能設(shè)計(jì)上應(yīng)用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)主要指的就是自然通風(fēng)和太陽光照設(shè)計(jì)。比如在臥室、廚房和衛(wèi)生間的位置設(shè)計(jì)上需要根據(jù)當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)氣候的影響，合理調(diào)整建筑功能和門窗位置等，產(chǎn)生不同的氣壓變化來保證室內(nèi)的受風(fēng)均勻。還可以選擇彎曲、多節(jié)段平面設(shè)計(jì)方式可有效控制建筑迎風(fēng)坡以及背風(fēng)坡的壓力差，或根據(jù)太陽高度角和住宅建筑設(shè)計(jì)高度來控制日照時(shí)間，或使用坡屋頂設(shè)計(jì)等；在一些建筑中還可以設(shè)置天窗引導(dǎo)自然風(fēng)的流向，增強(qiáng)空氣對(duì)流還可以增加陽光映射面積。

4.4 在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.4.1 屋面節(jié)能設(shè)計(jì)

就當(dāng)前住宅建筑中的屋面結(jié)構(gòu)形式來說，一般倒置式屋面具有更好的節(jié)能效果。再加上具有較好防水性的保溫材料可以起到防水隔熱效果，且保溫層在防水層上部又能夠大大延長(zhǎng)防水層的使用壽命，減少居民居住期間頂樓漏水的情況，也可以提高建筑的價(jià)值。在被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中也開始廣泛使用節(jié)能金屬屋面，其主要是利用鋼結(jié)構(gòu)、玻璃棉、石棉以及金屬底板等材料構(gòu)建屋面金屬板、防水透氣膜以及防潮隔汽層，提高防滲漏效果和隔熱保溫性，使用壽命也相對(duì)較長(zhǎng)；屋頂綠化設(shè)計(jì)也是提高建筑保溫隔熱能力的重要手段，只需要加強(qiáng)防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即可。坡屋面采用太陽輻射吸收率小于0.7的淺色飾面，平屋面采用太陽輻射吸收率小于0.5的淺色飾面，或同時(shí)采用太陽輻射吸收率低的屋面材料和綠化屋面（如圖1所示），可降低建筑屋面表面溫度，減少建筑能耗。

圖1 屋面綠化節(jié)能設(shè)計(jì)

4.4.2 門窗節(jié)能設(shè)計(jì)

門窗是住宅建筑的重要組成部分，其主要就是實(shí)現(xiàn)建筑的采光通風(fēng)。目前在住宅建筑中比較流行的有大落地窗、異型窗等，窗戶面積與數(shù)量都有較大的提升。但由于玻璃的熱交換比較活躍，導(dǎo)致室內(nèi)的熱量消散的也比較快。而且窗框與窗洞口的連接位置容易產(chǎn)生熱橋，需要加強(qiáng)對(duì)門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中需要合理控制門窗數(shù)量和大小，優(yōu)選玻璃材料，確保門窗的氣密性，為了減少熱橋問題還可以使用斷橋鋁合金窗框（如圖2所示），斷橋鋁型材可實(shí)現(xiàn)門窗的三道密封結(jié)構(gòu)，合理分離水汽腔，成功實(shí)現(xiàn)汽水等壓平衡，顯著提高門窗的水密性和氣密性，達(dá)到窗凈明亮的效果。

圖2 斷橋鋁合金窗框示意圖

4.4.3 外墻節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑外墻由于占據(jù)的比例較大，也是住宅建筑中能耗較大的部分，可達(dá)40%左右。尤其是在北方較為寒冷的地區(qū)，外墻的保溫設(shè)計(jì)至關(guān)重要，通常會(huì)通過外墻外保溫、內(nèi)保溫或自保溫等幾種形式來提高外墻的保溫效果。在被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，需要加強(qiáng)保溫材料的使用，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的加密處理。也可以通過墻面種植或攀附綠植來提升住宅建筑的空間綠化率，有效降低因建筑室內(nèi)空氣凈化、溫度調(diào)節(jié)等產(chǎn)生的能耗等。

5 結(jié)束語

綜上所述，被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)在當(dāng)前的住宅建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越廣泛，一些成功建筑案例也為當(dāng)前的建筑行業(yè)起到了示范作用。但是整體應(yīng)用成效還存在一定的問題，需要我國(guó)建筑行業(yè)在發(fā)展過程中提高對(duì)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的重視，加強(qiáng)該技術(shù)的推廣應(yīng)用。在建筑設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照建筑物的空間布局、結(jié)構(gòu)體型、人們對(duì)建筑物的使用要求和建筑材料的節(jié)能環(huán)保指標(biāo)等方面的要求來進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)，從而落實(shí)被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。