綠色建筑被動式設計策略思考

何建平

（身份證號：440802198610180454）

綠色建筑被動式設計策略思考

何建平

（身份證號：440802198610180454）

現階段所設計的建筑主要是通過主動式系統來調節建筑室內的溫度以及濕度指標，以此使得人們感到舒適，所謂主動式系統簡單的說就是指利用機械設備或者是使用無法再生的資源來進行調節環節，所以現代建筑能源消耗非常大?；诖朔治?，本文結合具體工程實例，對其綠色建筑被動式設計策略進行了思考。

綠色建筑；被動式；設計策略

引言

綠色建筑被動式系統與主動式系統相比，正好相反，并不需要使用機械設備，也不需要應用外部能源，其主要要求就是建筑設計人員在掌握周邊環境情況的前提下來進行系統全面的建筑設計，主要依據當地環境的具體情況，比如地形、地勢以及溫度、風向等，為此實現節能減排的目的，達到綠色建筑的要求。

1　被動式綠色建筑設計的技術特征

1.1場地設計

場地是建筑設計的關鍵性要素，沒有場地也就無所謂建筑設計，場地的選擇與設計并不簡單，尤其是被動式綠色建筑的場地需要考慮的因素眾多，比如滲透性以及光照環境等。為此，綠色建筑場地選擇具備要綜合全面考慮，做出整體的規劃方案。場地設計需要與當地的地形緊密結合，主要是能夠合理利用風向，以使建筑通風良好。綠色建筑的小氣候環境，受到位置、風向以及周圍水體的影響，為了能夠建造出適宜的小氣候環境，設計人員需要充分的考慮上述因素。

1.2建筑單體設計

建筑單體設計也有方方面的內容需要設計人員考慮，重點有如下內容：

（1）合理選擇建筑體型，這其中涉及到一個概念是建筑體型系數，一般而言，建筑體型系統越小，其節能效果也就越好，而與其相關的因素主要有兩個：①體量大??；②規整程度，這因素與建筑體型系數之間主要呈反比例關系，所以設計人員可以適當的增加建筑的體量或者是提高建筑規整程度，來達到建筑體型系數小的目的。

（2）注重建筑朝向，建筑朝向問題直接影響著建筑后續的使用，適當的朝向即有助于居住，同時也有助于被動式系統的運用。風壓是選擇建筑朝向一個關鍵性的因素，有風壓的朝向會對建筑維護結構產生嚴重的侵襲，因為設計人員在對其進行設計時，應該將建筑外輪廓與該最后，采取分區法將建筑內空間溫度進行有效的劃分，設計人員應該按照建筑各個房間的使用情況以及居住者對環境的具體要求來進行分區，合理的分區會使得建筑環境更為舒適，更適合人們居住。比如如果建筑的某一部位對熱環境要求并不高，可以將其設計在溫度相對比較低的地區，比如廁所以及廚房等；而對熱環境要求比較高，可以即將臥式等布置在向陽的地方，這符合人們的日常生活習慣，有助于人們的身心健康，設計人員還需要在依據建筑應用者的使用習慣，門斗等區域設計為過渡區域，因此減少傳熱損失量。

2　典型項目案例

某一建筑設計其具體指標如下：①室內環境指標。室內溫度20～26℃；超溫頻率≤10%；室內二氧化碳含量=1000ppm；圍護結構內表面溫度的溫差不得超過3℃；門窗的室內一側無結露現象；噪音限值：機房=35dB、功能房=30dB、起居室=30dB、臥室= 30dB。②能耗指標。采暖需求=15kWh/（m2·a）、采暖負荷=10W/m2；制冷需求=15kWh/（m2·a）、制冷負荷=15W/m2；房屋總一次能源= 120kWh/（m2·a）。

3　建模及模擬

3.1軟件介紹

Dest（designer′s simulation toolkits）是清華大學從20世紀80年代末開始研究，歷經十余年逐步開發出來的面向設計院人員的一款建筑環境設計模擬軟件。它可以用于建筑能耗模擬以及建筑環境系列的分析設計。使建筑的設計質量、可靠性得到提升，并在一定程度上對減低建筑能耗起到促進作用。

3.2建模

根據中德被動式低能耗建筑示范房平面圖，在軟件中建立建筑模型（見圖1）。建筑空調房間參數與設計參數相同，內圍護結構參數見表1。此被動式建筑位于石家莊，石家莊屬于寒冷地區，將采暖季分為11月15日～次年3月15日，空調季設為6月1日～9月1日，空調運行時間為7：00～20：00。

圖1　被動房模擬效果圖

表1　空調房間內圍護結構相關參數

3.3模擬結果及分析

實際設計冷負荷首先按理論不保證時數超過50h，則按全年不保證50h數，通過模擬計算可知建筑最大需求冷負荷為676.28kW。實際設計熱負荷按理論不保證1d的日平均溫度計算，通過模擬計算可知建筑最大需求熱負荷為369.97kW，具體參數見圖2。

圖2　建筑全年逐時空調需求負荷

通過計算，此被動式建筑全年最大需求熱負荷為369.97kW，全年最大需求冷負荷為676.28kW，采暖季平均需求熱負荷指標為5.93W/m2，空調季平均需求冷負荷指標為23.54W/m2。由《公共建筑節能設計標準》圍護結構特性參考值，此被動式建筑體現出低能耗被動式建筑節能效果。

由圖3典型天建筑需求冷負荷指標逐時變化曲線得知：夜晚室外溫度較低，沒有太陽輻射，相應建筑需求冷負荷指標偏低，早上8：00本建筑開始辦公，室外溫度增高，太陽輻射量增大，建筑需求冷負荷指標增大，12：00指標降低，之后逐步增加，16：00再次達到極大值，之后逐步下降。其中8月1日20：00時該建筑冷負荷指標為52.46W/m2，16：00建筑冷負荷指標達到7.99W/m2，該建筑1d之內需求冷負荷波動較大，最大負荷指標是其最小負荷指標的6.56倍。

圖3　典型天建筑需求冷負荷指標逐時變化曲線

由典型天建筑需求冷負荷指標變化曲線分析得知：在中午11：00～12：00，建筑需求冷負荷指標會下降，在12：00～16：00冷負荷指標會上升，建筑立面墻的直接照射面積大于屋頂直接照射面積，東、南、西、北墻的窗戶面積大于中庭天窗面積，太陽高度角的變化影響到太陽輻射帶來建筑負荷變化。

4　節能設計優化

（1）無熱橋的高效外保溫系統。屋頂、外墻和地下室頂板的傳熱系數要滿足K≤0.15W/（m2·K）。非透明外圍護結構需要用較厚的保溫材料完整包覆，不得出現由梁、板、柱等形成的結構性熱橋，不得出現結露發霉現象。對于不可避免的由金屬連接件造成的熱橋要采取阻斷熱橋設施。這種構造措施使得整個外圍護結構起到冬季保溫、夏季隔熱的作用。

（2）采用雙Low-E高性能保溫隔熱外窗。外窗具有良好的采光、隔熱和保溫性能。外窗要滿足傳熱系數K≤0.8W/（m2·K）、玻璃的太陽能總透射比g≥0.35、玻璃選擇性系數S≥1.25的性能要求。這種性能的窗可以對不同波長的光線進行選擇性透過。同時其氣密性等級不應低于8級、水密性等級不應低于6級和抗風壓性能等級不應低于9級。

（3）高效熱回收新風系統。被動房配有通風效率≥75%的熱回收新風系統。新風經過濾等級不低于G4進入室內。空氣質量要滿足CO2≤1000ppm的要求，并能全年自動運行。這樣的新風系統在每次換氣時將能量損失控制到25%以內。

（4）房屋良好氣密性。房屋應具有包繞整個采暖體積的、連續完整的氣密層；每一居住單元應具有包繞整個采暖體積的、連續完整的氣密層。房屋的氣密性必須滿足在室內外壓差為50Pa的條件下，每小時的換氣次數不超過0.6次，即滿足n50=0.6要求。為了使氣密能夠達到規定要求，需要采取一系列技術措施處理外圍護結構的連接節點。

（5）充分利用太陽能和其它可再生能源中國絕大部分地區夏季太陽角高，陽光不易曬入室內，冬季太陽角低，陽光可以很容易照射進室內，使室內得到來自太陽輻射帶來的熱量。利用太陽光照射滿足采光和日間照明要求。利用光導裝置將陽光導入地下車庫滿足照明需求，完全節省了車庫的照明用電。利用太陽能解決生活熱水需求。如利用房屋的日照時間長且太陽光充足的建筑表面，安裝太陽能熱水器。

5　結束語

本文以某一被動式公共建筑為研究對象，分析出建筑全年的負荷特征，針對空調季負荷特點，采取建筑遮陽與同時開燈采光策略，分析研究建筑的節能潛力，所得主要結論總結如下：①被動式建筑窗戶遮陽是建筑節能的有效措施，對于此被動式建筑，在相同時間內遮陽，13：00～15：00遮陽效果明顯，在整個空調季建筑需求累計冷負荷減少12934kW·h。②對于此被動式建筑，如果采用建筑遮陽及開啟室內照明策略節能運行，在13：00～15：00時段運行優化節能為3.53%，建筑遮陽也在一定程度上減少機組能耗，也可減緩室內負荷波動。

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TU201.5

A

1673-0038（2015）25-0030-02

2015-5-10

何建平（1986-），男，本科，主要從事建筑設計工作。