公共建筑設(shè)計(jì)中被動(dòng)式節(jié)能策略的有效運(yùn)用

陳琛

（北京維拓時(shí)代建筑設(shè)計(jì)股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)水平高速發(fā)展，人民的生活質(zhì)量逐步提高，在解決溫飽問題后人民對(duì)生活環(huán)境的追求越來越高。所以，對(duì)于建筑資源的花銷也逐漸增大。與21 世紀(jì)初相比，我國的建筑資源費(fèi)用提高了29%。然而自然環(huán)境的逐步惡化與資源的緊缺，促使人們開始從各個(gè)方面進(jìn)行環(huán)境保護(hù)建設(shè)。作為一名建筑設(shè)計(jì)專業(yè)的從業(yè)人員，察覺到了建筑資源節(jié)約型的必要性，并開始更加重視建設(shè)資源消耗。

1 我國公共建筑能耗現(xiàn)狀

中國作為一個(gè)人口大國，有大量的公共建筑，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國公共建筑面積達(dá)到50 億m2，占全球公共建筑面積的33.5%，每年有2600 億kW·h 的電能消耗，在正常情況下，我國公共建筑功耗只有48（kW·h）/（m2·a），但大型公共建筑的平均功耗卻達(dá)到了112（kW·h）/（m2·a），盡管我國的GDP 水平有很大程度的提升，但和發(fā)達(dá)國家相比還有很大的不足之處，在資源消費(fèi)方面顯得尤為突出[1]。所以當(dāng)前國內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展亟待解決的問題就是如何在滿足人們?nèi)找嬖鲩L的公共建筑需要的同時(shí)減少能源消耗。

2 被動(dòng)式建筑節(jié)能

建筑中的被動(dòng)型節(jié)能主要是相對(duì)于主動(dòng)式節(jié)能來說，而主動(dòng)式節(jié)能技術(shù)則主要是指利用現(xiàn)代的高科技手段，達(dá)到建筑能量重復(fù)使用、廢棄物再利用、減少建筑設(shè)備能源目標(biāo)的技術(shù)措施。例如，將太陽能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于建筑照明，將收集的生活垃圾池通過生物技術(shù)形成沼氣，再應(yīng)用于建筑供熱系統(tǒng)等。這種主動(dòng)式節(jié)能方法雖存在著很大的可能性，但由于其技術(shù)上難點(diǎn)的問題，且成本投入也較高，并具有一定的運(yùn)行危險(xiǎn)性，在實(shí)際建筑節(jié)能運(yùn)用中性價(jià)比較低[2]。而建筑中的被動(dòng)型節(jié)能則主要指在施工前期的工作，經(jīng)過對(duì)建筑物所在地周邊環(huán)境的提前評(píng)價(jià)，科學(xué)的合理設(shè)計(jì)建筑物構(gòu)造、合理規(guī)范建筑房間布置、合理有效使用建筑內(nèi)部空間、精心選擇建筑施工原材料，以達(dá)到建筑住宅及工作環(huán)境最舒適最環(huán)保最節(jié)能的準(zhǔn)則，實(shí)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)的節(jié)能方針。表1詳細(xì)明確了被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的要求。

表1 公共建筑反節(jié)能數(shù)據(jù)

3 被動(dòng)式節(jié)能策略的應(yīng)用原理

在公共建筑設(shè)計(jì)工作中，充分運(yùn)用被動(dòng)式節(jié)能策略是極為重要的一種手段，其主要就是指在整個(gè)公共建筑設(shè)計(jì)過程中，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)并非依靠于能源的消耗來為人們提供舒適的生活環(huán)境，而是通過恰當(dāng)合理的規(guī)劃、配置來優(yōu)化建筑物周圍的生存環(huán)境，并且在此基礎(chǔ)上較好地改善公共建筑的能耗效果，最終實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能的目的。

具體到這種被動(dòng)式節(jié)能策略的實(shí)際應(yīng)用過程中來看，其實(shí)涉及的具體內(nèi)容和方式還是比較多的，例如，基于公共建筑物外界環(huán)境中涉及的地形條件以及氣候條件進(jìn)行有效地處理和優(yōu)化，促使其自身能夠較好地適應(yīng)以及運(yùn)用這些外界條件，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能高效的目的；此外，最為關(guān)鍵的公共建筑被動(dòng)式節(jié)能策略應(yīng)用還是針對(duì)公共建筑物自身的外觀以及空間結(jié)構(gòu)等進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，進(jìn)而保障其在采光、通風(fēng)、綠化以及遮陽等各個(gè)方面都體現(xiàn)出理想的效果和價(jià)值，盡量減少額外能源的消耗，切實(shí)高效提升節(jié)能水平，達(dá)到綠色節(jié)能公共建筑的基本要求。在公共建筑設(shè)計(jì)中對(duì)于這些被動(dòng)式節(jié)能策略的應(yīng)用也并非是隨意進(jìn)行的，雖然說這些設(shè)計(jì)策略手段的應(yīng)用最終目的和任務(wù)都是為了降低公共建筑物的能耗水平，但是這種能耗的降低還需要重點(diǎn)以人的生活舒適度為基本指標(biāo)和基本原則，只有保障人們能夠較為舒適地應(yīng)用公共建筑物，才能夠充分發(fā)揮出公共建筑物的應(yīng)用價(jià)值和效果；相反，如果為了達(dá)到最為理想的節(jié)能效果而損害了人們的使用舒適度，必然也就違背了被動(dòng)式節(jié)能策略應(yīng)用的基本原則和要求，不值得提倡。

4 公共建筑被動(dòng)式節(jié)能策略的應(yīng)用價(jià)值與措施

4.1 被動(dòng)式節(jié)能策略的應(yīng)用價(jià)值

堅(jiān)決貫徹被動(dòng)式節(jié)能方式能夠有效實(shí)現(xiàn)新型建筑的節(jié)能要求，其應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）為人們提供了干凈衛(wèi)生、舒適愜意的建筑環(huán)境，與傳統(tǒng)的封閉門窗、利用空調(diào)等被動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)的建筑環(huán)境，以被動(dòng)式環(huán)保策略采用合理布局組織，給公共建筑帶來了清新、潔凈的自然室內(nèi)空氣，對(duì)人們的身體健康有很大的益處，而且滿足人們能夠在建筑物內(nèi)部親身體驗(yàn)大自然，在心靈上回歸自然的需要。

（2）符合人們的傳統(tǒng)生活方式與風(fēng)俗。早上打開門窗進(jìn)行室內(nèi)換氣，天氣晴朗時(shí)曬太陽是我國人民傳統(tǒng)的生活方式，建筑物要充分考慮到建筑的實(shí)用性，被動(dòng)式環(huán)保理念建造的建筑物，將自然通風(fēng)與被動(dòng)取暖有機(jī)地結(jié)合在一起，為人們實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保與舒適性的雙目標(biāo)提供了有效途徑，使人們的生活更加便利、愜意，同時(shí)降低對(duì)機(jī)械設(shè)備的依賴，達(dá)到降低能耗的目的。

4.2 被動(dòng)式節(jié)能策略應(yīng)用措施

筆者根據(jù)我國公共建筑節(jié)能狀況，對(duì)其中的被動(dòng)式節(jié)能策略的運(yùn)用進(jìn)行了剖析，具體內(nèi)容如下。

（1）被動(dòng)節(jié)能規(guī)劃。設(shè)計(jì)布置宜選擇能夠吸收或阻擋陽光照射的被動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)，利用規(guī)劃有利于夏季主要風(fēng)向透氣或防止冬季建筑物的室外表面空氣散熱速率太快，從而提高或減少風(fēng)濕溫度[3]。建筑物設(shè)計(jì)布置使建筑物與夏季主要風(fēng)向的投射夾角不超過45°；利用城市公共景觀綠地的空氣形狀，布置利于夏季主要風(fēng)向的空氣流通組織；建筑設(shè)計(jì)的位置符合各種氣象環(huán)境地區(qū)的規(guī)定條件；需要按照房屋坐北朝南方向設(shè)計(jì)，盡量避免夏季西向日曬，采用自然通風(fēng)降溫；避開冬天主導(dǎo)方向，降低對(duì)房屋外部表面熱量影響。采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)布置，以實(shí)現(xiàn)建筑低碳環(huán)保的目標(biāo)。

（2）室內(nèi)對(duì)流通風(fēng)。在建筑物最初的設(shè)計(jì)階段，要對(duì)建筑設(shè)計(jì)形式和外窗方位思考，使建筑設(shè)計(jì)內(nèi)兩側(cè)形成可增加或減少壓力，利于建筑設(shè)計(jì)的天然通風(fēng)；經(jīng)過對(duì)室內(nèi)空間布局和窗戶與內(nèi)廊的思考，內(nèi)廊墻上設(shè)百葉高窗組織穿堂風(fēng)，在建筑內(nèi)產(chǎn)生空氣對(duì)流現(xiàn)象，使室內(nèi)氣體能流向工作區(qū)域或人體高度的區(qū)域；運(yùn)用熱壓原理，或運(yùn)用通風(fēng)樓、中庭等建筑空間形成的煙囪效果，進(jìn)行室內(nèi)外通風(fēng)換氣。

（3）自然采光與導(dǎo)光的相對(duì)被動(dòng)節(jié)能。為降低建筑設(shè)計(jì)公共部位人工通風(fēng)的消耗量，建筑設(shè)計(jì)時(shí)考慮充分的自然通風(fēng)，設(shè)置自然采光通風(fēng)的樓梯間、電梯間。地上空間盡可能減少或設(shè)計(jì)開間過大，所設(shè)置的每一個(gè)房間均要設(shè)有自然通風(fēng)格局，而且要充分考慮到眩光的影響，盡量控制眩光現(xiàn)象的產(chǎn)生，并避免因沒有天然通風(fēng)，或者被拉上帷幕，影響用工地面照明，從而提高建筑能耗[4]。而地下室建筑空間則可通過傾斜院落、通風(fēng)窗井、導(dǎo)光設(shè)備等為地下層建筑自然通風(fēng)。

（4）遮蔽和利用太陽能量的被動(dòng)節(jié)能。建筑坡屋面選用太陽輻射吸收率小于0.7 的淺色飾面，建筑平屋面層選用太陽輻射吸收率小于0.5 的淺色飾面，或選用綠化屋面層，以減少建筑物外墻表層高溫，從而降低建筑能耗；建筑的外立面采用對(duì)太陽輻射吸收率小于0.6 的淺色飾面，以減少戶外建筑從防護(hù)構(gòu)件中吸得的熱能，并促進(jìn)室內(nèi)空氣質(zhì)量系統(tǒng)環(huán)保。根據(jù)建筑物所在地理緯度不同，在不影響建筑物整體美觀與實(shí)際應(yīng)用的條件下，可以在建筑物適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b太陽能電池板，節(jié)約整體建筑的用電量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

（5）屋面熱反射覆土技術(shù)的被動(dòng)節(jié)能。建筑外部的自然環(huán)境有時(shí)也會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)部產(chǎn)生不良的影響，為了防止不良影響給建筑物內(nèi)的人員帶來較差的舒適性，可以在建筑物內(nèi)部安裝可以進(jìn)行熱反射的材料，或者進(jìn)行適當(dāng)?shù)木G化，可以很好地隔離外部不良環(huán)境對(duì)室內(nèi)環(huán)境的危害，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)水降碳的目的。但是現(xiàn)在，絕大多數(shù)的建筑在建設(shè)過程中均會(huì)采用比較集中的建筑布局，所以很有可能出現(xiàn)熱島效應(yīng)，產(chǎn)生對(duì)建筑資源的浪費(fèi)。為了降低建筑物的資源消耗，通?？梢栽谠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)屋頂材料進(jìn)行合理規(guī)劃，例如，使用淺顏色的材料，便可以對(duì)熱量產(chǎn)生部分的反射。而且還在建筑物內(nèi)部進(jìn)行綠化，夏季時(shí)可以減少室內(nèi)空氣相對(duì)濕度，與一般建筑物一樣，綠化屋頂?shù)臍鉁仄毡榻档?～9℃，而室內(nèi)氣溫也就減少了3～9℃。而夏天綠化屋頂?shù)闹评湫Ч?，便有助于降低空調(diào)的能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)環(huán)境和節(jié)電的目的。

5 建筑設(shè)計(jì)中其他被動(dòng)節(jié)能策略

5.1 改善場地微氣候環(huán)境

在公共建筑設(shè)計(jì)中，底層架空設(shè)置對(duì)于南方濕熱氣候具有良好的適應(yīng)性，底層架空既可以向外部公眾提供開放的運(yùn)動(dòng)，休閑，交往空間，可以促進(jìn)自然通風(fēng)，改善建筑底部風(fēng)環(huán)境。研究表明對(duì)于中、低容積率，高建筑密度的建筑組團(tuán)，通過建筑底層架空的設(shè)置改善場地微氣候環(huán)境較為明顯，因此，公共建筑設(shè)計(jì)中采用底層架空可顯著增加自然通風(fēng)，有效降低能源消耗，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展目的[5]。

5.2 提高建筑保溫隔熱性能

提高建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，對(duì)于達(dá)到建筑節(jié)能目的有顯著功效。墻體和屋面保溫材料的選擇是是提高建筑保溫隔熱性能的關(guān)鍵，選用新型高效的保溫隔熱材料充分發(fā)揮保溫隔熱作用，可大大降低建筑能耗，達(dá)到節(jié)能目的。長期以來建筑熱損多數(shù)是經(jīng)建筑門窗散失掉的，門窗的保溫性能主要由門窗的材料及密封性能決定。玻璃門窗建議選擇中空玻璃，雙層或三層玻璃，密封材料建議選擇丁腈橡膠，具有彈性好、抗老化等特點(diǎn)。提高建筑的外門窗的保溫性能，對(duì)于北方地區(qū)節(jié)約采暖能源，改善室內(nèi)熱環(huán)境有顯著效果[6]。

6 建筑電氣控制設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

6.1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能策略

在整個(gè)電力系統(tǒng)中的每一臺(tái)設(shè)備，均會(huì)產(chǎn)生電感現(xiàn)象，電感現(xiàn)象會(huì)使設(shè)備本身產(chǎn)生少量的無功電流，會(huì)使電力設(shè)備和供電線路產(chǎn)生部分電能浪費(fèi)，毫無疑問這將會(huì)給整個(gè)供電系統(tǒng)帶來很大的電能損失。所以，以綠色環(huán)保為宗旨的建筑物便要想辦法盡量降低能源浪費(fèi)。可采取以下措施：①一般導(dǎo)線越粗導(dǎo)線的電阻越小，在電線上損失的電能越少，所以可以適當(dāng)增加導(dǎo)線的橫截面積；選用電阻率低的導(dǎo)線也是減少電能損耗的方式。②利用高效率低耗能的變壓器來降低季節(jié)性的能源損耗，從而大大減少供配電系統(tǒng)的負(fù)荷能耗[7]。通過結(jié)合上述的節(jié)能措施，不僅可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，還能夠有效地提高供配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

6.2 照明系統(tǒng)的節(jié)能策略

在整個(gè)電力系統(tǒng)里面，照明是最基本的功能，所以實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保便可以很大程度地提高整體建筑的節(jié)能效果。為了達(dá)到良好的照明節(jié)能效果，可以考慮從以下方面入手：燈具必須選用有效低耗的照明源，同時(shí)按照具體應(yīng)用狀況來研究并考察光感、燈具性能、價(jià)格和色溫等技術(shù)指標(biāo)影響[8]。一般情況下，在我國民用建筑中采用最為廣泛的照明燈具是傳統(tǒng)的HID 光線、白熾燈和熒光燈，但如今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展有很大提高，燈具樣式也是千變?nèi)f化，人們可以采用各種各樣的燈具裝飾自己的居住環(huán)境，公共建筑中也可以采用新型燈具與技術(shù)達(dá)到節(jié)能的目的，如常見的LED 燈和光纖燈。

7 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代新型建筑中，有各種各樣的節(jié)能方式，從主客觀角度來區(qū)分，主要包括主動(dòng)節(jié)能方式和被動(dòng)節(jié)能方式。相對(duì)于主動(dòng)節(jié)能方式，被動(dòng)節(jié)能更能夠有效利用環(huán)境優(yōu)勢(shì)，達(dá)到良好的節(jié)能效果，通過房屋自身的整體布局、材質(zhì)等與當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候完美融合，在不需要空調(diào)等設(shè)施長時(shí)間開啟的條件下，達(dá)到用戶舒適性的同時(shí)，也能保證優(yōu)良的節(jié)能效果。與主動(dòng)節(jié)能方式不同，主動(dòng)式節(jié)能方式主要通過房屋內(nèi)部環(huán)境與周圍自然環(huán)境完全分離，再利用高效率環(huán)保的采暖中央空調(diào)裝置提供舒適居住環(huán)境的方式；被動(dòng)節(jié)能方式的宗旨在于利用現(xiàn)有的建筑物室內(nèi)設(shè)施條件，因勢(shì)利導(dǎo)，加以當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，兩種條件互相利用，取長補(bǔ)短，在保證舒適環(huán)保的條件下，最大限度地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境。