浅谈建筑被动式节能设计周凤芹

浅谈建筑被动式节能设计周凤芹

周凤芹

广东博意建筑设计院有限公司南京分公司南京市210019

被动式节能建筑是采用被动式节能技术的建筑。被动式节能技术，是指通过建筑自身的布局、材料、做法等契合气候辅以空调设备间歇运行达到舒适与节能的技术。

在住宅建筑节能设计中，被动式节能设计是一项非常复杂的系统工程，它关注的主要是自然通风以及隔热遮阳设计方面的问题。在全球都在重视环保和节能的今天，作为建筑设计工作者，如何在建筑设计中采用更好的方法以达到建筑节能的目的，是一个值得认真思考的问题。本文提出一整套被动式节能设计策略，为现代建筑设计的绿色节能方面提供参考。

【关键词】建筑被动式节能；设计

1、前言

建筑行业作为一个消耗巨大的行业，进行建筑节能设计是十分重要和必要的，被动式节能是指建筑物本身通过各种自然的方式来收集和储存能量，建筑物与其周围的环境之间形成自循环的系统，不需要耗能的机械设备来提供支持也能充分利用自然资源，达到节约传统能源的效果。住宅建筑被动式节能设计应该充分的贯彻节能的理念，减少对环境的污染和能源的消耗。

2、被动式住宅建筑节能设计

以江苏的凤凰谷大剧院为例，着重探讨节能设计，凤凰谷武进演艺中心项目是中国首家“绿色建筑产业集聚示范区”，该项目计划运用太阳能光伏照明系统、智能化空气调节系统、屋顶绿化系统等大量的低碳节能措施来实现绿色建筑示范作用的目标（图1、图2为建筑外形图）。

2.1规划布局

规划布局应采用有利于接收或遮挡太阳辐射的被动节能规划，利用规划有利于夏季主导风向通风或防止冬季住宅外表面散热过快，增加或降低温湿度。建筑规划布局被动节能应考虑以下几个方面：

2.1.1规划布局是否有利于夏季自然通风，定性分析主要包括以下几个方面：居住区建筑物的规划布局是否考虑采用错列式或斜列式布局，并使建筑与夏季主导风向的投射角不大于45°。公共绿地规划是否符合《城市居住区规划设计规范》GB50180中有关公共绿地布置的相关规定，以及公共绿地的空间形态布局是否有利于夏季主导风的气流通风组织。是否符合不同气候条件地区所规定的住宅楼间距，以及住宅楼体单元组合长度等相关规定。

2.1.2要求居住建筑南北朝向布置或多数主要房间朝南向布置，尽量避免夏季西向日晒，主要是由于太阳高度角和方位角的变化规律，使住宅在冬季能够最大限度地利用日照，增加太阳辐射得热量，并避开冬季主导风向，减少住宅外表面热损失。同时，居住建筑物南北朝向布置，在夏季能够最大限度地减少太阳辐射得热，并可利用自然通风降温冷却，以达到节能的目的。居住区气流通风组织不畅还会严重地阻碍空气的流动，对于室外散热和污染物消散非常不利，会严重影响居民在室外活动时的舒适感。同时采用有利于夏季、过渡季自然通风和降低热岛效应的建筑规划布局，对于住区建筑节能也十分重要，可以减少夏季的空调能耗，提高空调设备的工作效率。

2.1.3夏季西向日晒的太阳辐射通过窗体进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因，遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果，除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造措施、安装位置、材料及颜色等多因素有关。遮阳设施可设置为水平式外遮阳、垂直式外遮阳、挡板式外遮阳等固定或活动式遮阳方式。

2.2自然通风设计

2.2.1场地自然风组织

场地设计时，结合场地冬夏季自然风的风向进行建筑平面设计，通过设计扭曲、转折等方法增大朝向夏季主导风向的外立面，同时避免与冬季主动风向形成90°夹角，以此来争取有利风向，减弱不利风向对建筑的影响。在有利的主导风向作用下，建筑物的迎风面与背风面形成一定风压差，促使建筑自然通风。在此基础上，再根据立面的风压分布情况，进行开启扇适宜的形式设计，并且保证开启扇数量达到30%以上。影响建筑自然通风设计的另一个关键是控制建筑的进深尺度。建筑设计时在一定程度上需要采用“切薄”的处理手法，以控制建筑物在进深方向不大于15m。超过15m的空间，即使双面开窗也不利于室内外空气的自由交换。

2.2.2竖井自然通风组织

竖井又称拔风“烟囱”，竖井的自然通风组织是利用烟囱的拔风作用来组织通风。竖井上方为玻璃天窗，太阳照射玻璃天窗，使竖井内的空气温度升高，热空气密度低上升，于是在热压的作用下空气发生流动，进风口为建筑的门窗，与竖井的玻璃天窗排风口存在的高度差，高度差产生风压，通过风压、热压的耦合作用下，进一步加强自然通风的流动，如图3所示。

2.2.3地道通风组织

地道风的特点是冬暖夏凉，温度适宜。地下风道造价低廉，对新风进行预热预冷的处理，夏季可以降温2℃～8℃，冬季升温2℃～4℃，降低了冬季的采暖与夏季的空调能耗，如图4所示。

2.3被动式太阳能利用

区别于太阳能板等的主动式太阳能利用，被动式太阳能利用以合理构造为基础，通过巧妙的构造设计实现太阳能的直接利用，具有低技术、低成本的特点，有利于节能技术的普及和推广。

2.3.1直接受益式系统

通过合理设置的导光板，将更多的光线反射进入室内，以利于建筑的采暖和采光。蓄热墙体常用混凝土、砖、夯土等制成，可以在白天储存大量的太阳能，通过蓄热墙体的时滞效应在夜间放热，为室内供暖。

2.3.2对流环路式系统

将维护构件部位设计成双层壁面，形成封闭的空气层，并将各部位的空气层相连成循环，在太阳辐射产生的热力作用下，依靠“热虹吸”作用产生对流环路。在这个过程中，依靠贮热体加热空气，流动的空气来加热室内的墙体，以保持室内温度的稳定。

2.3.3附加日光间系统

在建筑南向缓冲区(阳台、廊、小门厅等)增加透明玻璃成为透明空间，其中再设置一定的贮热体，在太阳辐射的作用下，缓冲区迅速升温，一部分贮存，一部分则进入室内，从而改善室内的舒适条件。

2.4屋面绿化节能

屋面绿化是指满足当地人工绿地覆土种植要求，并能够保证植物良好成活率的的永久绿化。屋面绿化应根据屋顶荷载和使用要求，利用耐旱草坪、地被、藤蔓植物、低矮灌木或小型乔木等进行屋面绿化的植物配置，并可设置花坛、棚架、花墙、水池和亭子等园林设施。屋面绿化应注意做好防水、阻根、排水、过滤等构造层，保证屋面绿化的安全性和实用性。屋面绿化可使屋面具有更好的保温隔热能力，并增加相应的绿植面积，减少城市热岛效应。

2.5立面的节能设计

2.5.1窗墙比设计

进行建筑立面的节能设计需要确定合适的窗墙比。窗墙面积比对建筑能耗的影响，主要取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，影响越显著。窗墙面积比不仅影响能耗;也影响建筑立面效果、室内采光、通风等。窗墙面积比过小，建筑通风不良，自然采光不足，会增加空调与照明能耗。

2.5.2围护结构保温隔热

屋顶、外墙及地面等围护结构的构造节点是建筑热工的薄弱环节，与建筑节能设计密切相关。根据建筑所处地区的气候环境及建筑内部的功能要求，考虑围护结构采用保温还是隔热。外保温比内保温更加节能，内保温则适用于间歇性供暖空调的大型空间。保温和隔热构造设计还需注意防止水蒸气在围护结构内部凝结对材料造成破坏，另外，也可采用空气或蓄水等方式调节围护结构的热工性能。

2.5.3建筑遮阳

夏季炎热地区遮阳尤为重要，需根据围护结构上孔洞的朝向选择不同的遮阳方式。外遮阳比内遮阳效果更好，也可采用可控遮阳等新式日照调节系统。遮阳隔热对通风有一定的影响，在遮阳的构造上需协调考虑，如采用留槽式遮阳板就是很好的方法。立面遮阳设计不仅是构造设计，还可以利用阳台、外廊等建筑构件以及垂直绿化综合处理，使立面遮阳设计与立面形态处理有机结合。

3、结语

在建筑节能设计中，应该做到首先考虑进行被动式节能设计，建筑的节能设计是一个复杂的工程，被动式节能低投入高效率，适合在我国建筑设计中推广，但节能措施不能生搬硬套。采用被动式节能设计，可以对节能建筑的发展起到推动作用，并且这种方式是建筑师起主导作用的，可以把节能的概念更好地贯彻到整个设计中去。

参考文献：

[1]陈华晋李宝骏董志峰.浅谈建筑被动式节能设计[J]．建筑节能，2007，35(3):29-31.

[2]夏伟.基于被动式设计策略的气候分区研究[博士学位论文].清华大学，2009：38.

[2]史密斯.适应气候变化的建筑：可持续设计指南.北京：中国建筑工业出版社，2009.