建筑設計中被動式節能的探討

劉茜

（昆明億力源建筑勘察設計院有限公司 云南昆明 650031）

建筑設計中被動式節能的探討

劉茜

（昆明億力源建筑勘察設計院有限公司 云南昆明 650031）

被動式節能建筑設計的思想對于降低建筑能耗，改善建筑環境有著重要的意義，本文先簡述了節能建筑特征，接著重點對被動式節能建筑設計進行了深入的研究，以供參考。

建筑設計；被動式節能

1 節能建筑特征

“節能建筑有兩個重要特征：①地區差異性；②過程控制性。地區差異性是指不同地域由于氣候、生活習慣和建筑形式的差別，造成建筑節能技術因地區而不同；過程控制性是指同一地域的建筑物也可能因一年中季節的不同、一天中時間的不同而遇到不同的溫度、濕度、氣流、光照，因而建筑物的能耗隨時間出現變化，節能建筑設計應當使建筑的變化根據人的需要加以控制，這主要體現在三個方面：總體環境布局、建筑空間、建筑圍護結構。

1.1 總體布局的可控性

應用高新技術能夠改變建筑朝向，歐洲就已經存在計算機控制的太陽跟蹤住宅，使之根據季節及風向變化而調整。例如德國建筑師塞多·特霍爾根據向日葵的生態原理，把住宅設計建造得如同向日葵一樣，始終向著太陽，以充分利用太陽能。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發電功率的1%。所吸收的太陽能相當于固定太陽房的2倍。這座旋轉住宅在建筑外部布局的可控性方法給人們以啟示。然而，對于體量龐大的公共建筑而言，上述方法是不適合的，應當尋找更為合適的控制途徑。在公共建筑的節能建筑規劃設計中，從外界環境因素進行考慮，建筑總體布局應以適應四季氣候變化為原則，根據本地氣候條件（主導風向、日照、雨量等）合理確定建筑朝向、體量、周圍綠化布局等因素，考慮利于夏季通風遮陽、減少太陽輻射熱。

1.2 建筑空間的可控性

根據時間及氣候的變化來控制建筑空間，可最大程度地利用氣候資源的風能、光能等，節省用于空調或采光的建筑能耗。例如，我國南方炎熱地區傳統民居的天井空間，在夏季保持開敞加強通風，在冬季用透光材料加以覆蓋，防止冷空氣侵入，這些措施改善室內熱環境達到了較好的效果，是利用建筑空間可控性營造舒適環境的實例。

1.3 建筑圍護結構的可控性

建筑圍護結構及其構件對室內環境及建筑能耗會產生較大影響。圍護結構的可控性是指對太陽輻射、室外空氣溫度綜合作用產生的熱過程是可控制的。例如傳統的建筑外墻，主要通過窗戶的開啟與關閉對冷熱氣候進行一定程度的調控，這種方法體現了圍護結構的控制作用.現代建筑外圍護結構得到發展，設置為雙層或多層的立面系統，其中可以開啟或關閉某個層次以適應不同的氣候。

2 被動式節能的建筑設計

在建筑節能設計中，其實存在著另一個方面的趨勢——低技術化。即通過建筑學的方式，在總平面、平面、剖面以及細部節點上的設計，合理地引導通過自然通風以及太陽能等可再生能源的應用，來達到有效地降低建筑使用能耗的目的。

2.1 建筑設計中保證自然通風建筑的自然通風可從總平面設計、室內空間設計兩個方面來考慮。在總平面設計上，可著重考慮從建筑體型的方向性和室外環境的設計來合理引導風流。

（1）建筑體型設計。

巧妙設計扭曲平面，使朝向夏季主導風向的外表面積增大，改善吸風面的風環境。因勢利導設計尖劈平面，用“尖劈”的形體朝向冬季主導風向，避免與冬季主導風向的垂直關系，以削弱冬季不利風流的影響。合理設計通透空間，在建筑的每層的適當高度設置開窗，可大大疏通室外風流，有利于夏季通風。在建筑中設置掏空的空間，以利于疏導以及釋放過大的室外風流。

（2）室外環境設計。

把握南向開敞空間，爭取較多的冬季日照和夏季通風。充分利用自然空調，建筑南側可設置水面植被等，依賴水體蒸發來改善微環境的炎熱條件，并可在冬季強化太陽輻射的反射作用。設計植被導風。通過設置合理的灌木喬木位置，南側引導風流進入建筑室內，而北側則起到屏障的作用。利用構筑物擋風墻和導風板的靈活組合，并可結合綠化整體設計，引導夏季風流，阻擋冬季惡性風流。

2.2 被動式太陽能利用

區別于太陽能板等的主動式太陽能利用，被動式太陽能利用以合理構造為基礎，通過巧妙的構造設計實現太陽能的直接利用，具有低技術、低成本的特點，有利于節能技術的普及和推廣。

（1）直接受益式系統。

通過合理設置的導光板，將更多的光線反射進入室內，以利于建筑的采暖和采光。蓄熱墻體常用混凝土、磚、夯土等制成，可以在白天儲存大量的太陽能，通過蓄熱墻體的時滯效應在夜間放熱，為室內供暖。

（2）對流環路式系統。

將維護構件部位設計成雙層壁面，形成封閉的空氣層，并將各部位的空氣層相連成循環，在太陽輻射產生的熱力作用下，依靠“熱虹吸”作用產生對流環路。在這個過程中，依靠貯熱體加熱空氣，流動的空氣來加熱室內的墻體，以保持室內溫度的穩定。

（3）附加日光間系統。

在建筑南向緩沖區（陽臺、廊、小門廳等）增加透明玻璃成為透明空間，其中再設置一定的貯熱體，在太陽輻射的作用下，緩沖區迅速升溫，一部分貯存，一部分則進入室內，從而改善室內的舒適條件。

2.3 外墻與屋頂的被動式節能設計

在外墻的隔熱中，有效而環保的方法是將建筑的墻體埋入地下，或者將外墻的三面用土壤包裹，當然這種方法并不適用于大多數建筑的功能需求，再就是將建筑外墻或者接近外墻的地方增加植被遮擋和覆蓋。另外，還有一種有效的方法是采用百葉包裹外墻，在需要接受光時打開百葉，夏季在白天則可以關閉，這樣外墻就不會被加熱，但這樣做的缺點是影響建筑外觀造型。

直接接受陽光暴曬時間最長的是屋頂。傳統的做法是采用保溫層覆蓋屋頂，再就是用蓋板架空。但種做法并不是最節能的，最好的方法是在上面用植被覆蓋，既可以很好地利用太陽能，又可以美化環境。如果是節能的別墅型建筑，這樣就可以建成一個屋頂花園，可謂是一舉多得。對于夏季多雨的地方，還有一種節能的做法是在屋頂上儲水，但屋頂要做好防水。

3 結束語

總而言之，節能不僅是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。在進行住宅建筑的被動式節能設計時，需要充分地理位置、環境等特點，充分做好每一部分的設計，使建筑的能耗得到有效降低。

[1]董衛.可持續發展的城市與建筑設計[M].南京：東南大學出版社，1999.

[2]陳華晉，李寶駿，董志峰.淺談建筑被動式節能設計[J].建筑節能，2007（3）：29～31.

TU201.5

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1004-7344（2016）12-0295-01

2016-4-11