住宅建筑被動式節能設計研究

郭小青（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南　長沙　410011）

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住宅建筑被動式節能設計研究

郭小青（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙410011）

在住宅建筑節能設計中，被動式節能設計是一項非常復雜的系統工程，它關注的主要是自然通風以及隔熱遮陽設計方面的問題。在被動式節能設計中，應該對建筑周圍的環境以及其他各種因素進行全面的考慮和綜合，保證被動式節能設計的最大化效益。本文主要闡述了住宅建筑被動式節能設計方面的內容。

住宅；建筑；被動式；節能；自然通風；隔熱遮陽

引言

目前能源短缺以及環境污染已經成為全世界面臨的重要問題，建筑行業作為一個消耗巨大的行業，進行建筑節能設計是十分重要和必要的，進行建筑節能設計能夠有效的減少對環境的污染和節約能源。其中住宅建筑被動式節能設計應該充分的貫徹節能的理念，減少對環境的污染和能源的消耗。

1　被動式建筑節能特點

被動式建筑節能指以非機械電氣設備干預手段實現建筑能耗降低的節能技術，具體指在建筑規劃設計中通過對建筑朝向的合理布置、遮陽的設置、建筑圍護結構的保溫隔熱技術、有利于自然通風的建筑開口設計等實現建筑需要的采暖、空調、通風等能耗的降低。主要具有密封性好、講朝向、通風性好以及低水耗四個方面的特點：

1.1密封性好

相比于普通住宅建筑，被動式住宅技術通常不需要暖氣設備。要想對室內溫度進行保持，首先就是要對房子的密封性以及良好的保溫層進行依靠，對住宅建筑進行高效保溫設計，對門窗進行特殊的保溫隔熱處理。

1.2講朝向

為了對能源損失進行減少，被動式住宅建筑在設計中會對外墻面積進行盡量的減少，所以住宅建筑的房屋南北朝向是非常重要的，這與是否能夠更好的對太陽能進行利用具有十分重要的關系。東西向很少開窗，如果想大面積開窗必須有相應的自然或人工遮陽設施（樹木、百頁、遮陽篷）。

1.3通風性好

因為被動式住宅建筑具有較高的密封性，所以被動式節能住宅的通風顯得更為重要，以防止霉變。但是通風會損失大部分能量，所以出現新一代的通風設備：新鮮空氣被吸入首先進入主臥和起居等房間，污濁空氣被從衛生間和廚房排出，同時通過熱循環交換器，使新風被舊風加熱，盡可能減少通風熱損失。

1.4低水耗

為了減少水消耗，雨水被收集起來用于沖刷廁所、花園和沖洗其他。水通過屋頂太陽能加熱器被加熱，如果熱水需求較高，會補充天然氣加熱。在這個消耗量上，傳統房子一年需要天然氣1500～2500L，而被動式節能住宅只需150～250L。

2　被動式住宅建筑節能設計

2.1規劃布局

規劃布局應采用有利于接收或遮擋太陽輻射的被動節能規劃，利用規劃有利于夏季主導風向通風或防止冬季住宅外表面散熱過快，增加或降低溫濕度。建筑規劃布局被動節能應考慮以下幾個方面：

（1）規劃布局是否有利于夏季自然通風。定性分析主要包括以下幾個方面：居住區建筑物的規劃布局是否考慮采用錯列式或斜列式布局，并使建筑與夏季主導風向的投射角不大于45°。公共綠地規劃是否符合 《城市居住區規劃設計規范》GB50180中有關公共綠地布置的相關規定，以及公共綠地的空間形態布局是否有利于夏季主導風的氣流通風組織。是否符合不同氣候條件地區所規定的住宅樓間距，以及住宅樓體單元組合長度等相關規定。

（2）要求居住建筑南北朝向布置或多數主要房間朝南向布置，盡量避免夏季西向日曬，主要是由于太陽高度角和方位角的變化規律，使住宅在冬季能夠最大限度地利用日照，增加太陽輻射得熱量，并避開冬季主導風向，減少住宅外表面熱損失。同時，居住建筑物南北朝向布置，在夏季能夠最大限度地減少太陽輻射得熱，并可利用自然通風降溫冷卻，以達到節能的目的。居住區氣流通風組織不暢還會嚴重地阻礙空氣的流動，對于室外散熱和污染物消散非常不利，會嚴重影響居民在室外活動時的舒適感。同時采用有利于夏季、過渡季自然通風和降低熱島效應的建筑規劃布局，對于住區建筑節能也十分重要，可以減少夏季的空調能耗，提高空調設備的工作效率。

（3）夏季西向日曬的太陽輻射通過窗體進入室內的熱量是造成夏季室內過熱的主要原因，遮陽設施遮擋太陽輻射熱量的效果，除取決于遮陽形式外，還與遮陽設施的構造措施、安裝位置、材料及顏色等多因素有關。遮陽設施可設置為水平式外遮陽、垂直式外遮陽、擋板式外遮陽等固定或活動式遮陽方式。

2.2建筑形體

嚴格控制建筑體型系數，避免凹縫和過多外凸。建筑體型系數對單位建筑面積采暖耗熱及空調能耗，影響很大，體型系數越小，耗熱量越小，嚴寒、寒冷地區體型系數應控制在 0.3以下。

2.3自然通風與引導通風

通過在設計時對建筑形體及外門窗位置的考慮，使建筑兩側產生正負氣壓，有利于建筑的自然通風。通過對室內空間布局及門與通道的考慮，在建筑內部形成空氣對流，使入室氣流能流向生活區及人體高度的范圍。利用天井、樓梯間等增加建筑內部開口面積，便于引導自然通風。利用熱壓原理，用通風塔（井）、中庭等產生煙囪效應實現通風換氣。利用樓電梯間使住宅中間戶型形成引導通風。利用太陽能熱壓通風井的廚衛防串味通風。

2.4自然采光和導光的被動節能

單棟建筑或居住小區公共區域天然采光在滿足功能區照度的前提下，建筑地上部分，公共區域的天然采光面積大于一定比例；有地下室的建筑，地下一層公共區域的天然采光面積大于一定比例。住宅的樓電梯間和公共走道。為滿足居民心理和生理的健康需求，并節約住宅公共區域人工照明的能耗，應使更多的住宅樓地上公共區域能夠天然采光。

（1）住宅樓地上公共區域天然采光面積比例的核定較為復雜。《住宅設計規范》（GB50096）規定當樓梯間設置采光窗時，采光窗洞口的窗地面積比不應小于1/12，采光系數不應低于0.5%，室內天然光臨界照度為25（LX）。且采光窗下沿離樓面或地面高度低于0.50m的窗洞口面積不應計入采光面積內。但住宅樓電梯間或公共走道處通常會設置較多的外裝飾構件，《建筑采光設計標準》（GB/T50033）規定：側面采光口上部有寬度超過1m以上的外挑結構遮擋時，其采光系數乘以0.7的擋光折減系數。所以，評價公共區域天然采光面積比例時，應按以上標準核算天然采光的面積比例。

（2）地下一層公共區域所指為住宅地下室樓電梯間、公共走道、地下車庫和設備用房。當通過設置下沉庭院、采光窗井或采光天窗實現地下室的天然采光時。其窗井擋墻對窗體采光口的光線遮擋，可按 《建筑采光設計標準》（GB/T50033）第5.0.2款進行采光系數計算后，可按以上標準核算地下一層的天然采光面積比例。利用導光管和反光裝置將天然光引入地下停車場或設備房，在滿足該功能區照度的條件下，天然采光的區域不小于地下室一層建筑面積的一定比例。

利用導光管和反光裝置將天然光引入地下室或設備房時，應根據工程的地理位置、日照情況進行經濟、技術比較，合理地選擇導光或反光裝置。可采用主動式或被動式導光系統，主動式導光系統采光部分實時跟蹤太陽，以獲得更好的采光效果，該系統效率較高，但機械、控制較復雜，造價較高。被動式導光系統采光部分固定不動，不需跟蹤太陽，其特點為：系統效率不如主動式系統高，但結構、控制較簡單，造價低廉。當采用導光管或反光裝置時，宜采用照明控制系統對人工照明進行自動控制。有條件時，可采用智能照明控制系統對人工照明進行調光控制。當天然光對室內照明達不到照度要求時，控制系統自動開啟人工照明，直到滿足照度要求。如圖1為導光管利用示意圖。

圖1　導光管利用示意圖

2.5遮避與利用太陽熱能的被動節能

硬質地面采用遮蔭措施或鋪設太陽輻射吸收率低的淺色表面材料可有效降低地面的表面溫度，減少熱島效應，提高行人室外活動的熱舒適度。遮蔭措施包括綠化遮蔭、構筑物遮蔭、建筑自遮擋，其中：綠化遮蔭面積按照成年喬木的樹冠投影面積計算；構筑物遮蔭按照遮蔭投影面積計算；建筑自遮擋面積按照夏至日8：00～16：00內有4h處于建筑陰影區域的硬質場地面積計算。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，或同時采用太陽輻射吸收率低的屋面材料和綠化屋面，可降低建筑屋面表面溫度，減少建筑能耗。建筑外墻采用太陽輻射吸收率小于0.6的淺面飾面，可減少外圍護結構吸收得熱，有利于空調系統節能。設置有頂蓋的遮蔭停車棚（庫）或將停車位設置在地下車庫。都可按比例認定為停車位有遮蔭措施。

2.6屋面綠化節能

屋面綠化是指滿足當地人工綠地覆土種植要求，并能夠保證植物良好成活率的的永久綠化。屋面綠化應根據屋頂荷載和使用要求，利用耐旱草坪、地被、藤蔓植物、低矮灌木或小型喬木等進行屋面綠化的植物配置，并可設置花壇、棚架、花墻、水池和亭子等園林設施。屋面綠化應注意做好防水、阻根、排水、過濾等構造層，保證屋面綠化的安全性和實用性。屋面綠化可使屋面具有更好的保溫隔熱能力，并增加相應的綠植面積，減少城市熱島效應。

3　結語

在建筑節能設計中，應該做到首先考慮進行被動式節能設計，根據工程實際情況采取合理的被動式節能技術，設計出符合環境品質優良的節能建筑。在今后的住宅建筑被動式節能設計中，還需要不斷的加強研究，綜合各種因素進行考慮，運用更多先進的設計理念，做好建筑被動式節能設計。

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郭小青（1982-），女，工程師，本科，主要從事建筑設計工作。

TU241.91

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2095-2066（2016）12-0137-02

2016-4-7