被動式超低能耗建筑設計基礎與運用

王書同

摘要：隨著經濟的發展，人們愈發注意生活環境的改善和生存質量的提升。我國是一個經濟和能源大國，但仍存在著能源短缺的問題，而其中20%-25%的能源都是建筑能耗。在這樣的情況下建立在傳統建筑基礎上的低耗能建筑的出現滿足了建筑事業發展的要求也滿足了人們對建筑舒適度的要求更滿足了環保的要求。而被動式設計作為低耗能建筑中的一個重要組成部分，以不同于主動設計的自然理念結合本地的發展因地制宜應該得到更多的重視和研究。

關鍵詞：被動式設計；低耗能建筑；運用

文章從低耗能建筑的概念入手分析低耗能建筑設計中主被動運行的特點深入研究被動式設計對低耗能建筑設計運用的意義。

一、被動設計策略概述

我國開展被動設計的必要性。經濟的快速發展對人們建筑的舒適性和實用性提出了更多的要求。在主動式的設計策略中，利用額外的能源消耗能夠有效滿足人民的使用水平也能創造出足夠的室內環境舒適度。但在技術更新速度較快的前提下，他對開發者及相關人員的素質要求都非常高，造價成本、維修成本也比較大。所以，主動式的設計更加適合于較發達的國家或者面積較小的國家。他們運用主動型設計可以很好地解決舒適的問題。而我國的現狀是地區差異大，不僅經濟差異大，自然差異也大。中國國土遼闊在這種情況下實施主動的設計策略一方面能耗大能耗差異也大，另一方面也不利于當前經濟的發展。為此，結合當地的自然特征開展相應的被動式設計策略能夠更好地解決經濟和環境的矛盾。

而國外采取被動性的設計來代替主動性的設計也能夠更好地節約資源同時為公民帶來良好的體驗。以德國的阿迪達斯德國餐會與會議中心為例，該項目設計時，盡可能的保留了基地內的樹木，并將自然環境跟建筑姿態完美結合，極小的室內外差別讓人感到自然、放松、開放。

二、被動設計在低耗能建筑設計中的運用策略

（一）區域氣候分析及被動式設計手段分析

掌握一個地區全年的氣候特征，根據可以檢測到的資源的數據的分析入干濕球溫度、焓值、風速、主導風向、降雨量、云量、日照時間、太陽輻射強度等數據，并了解各項的平均值和極值，然后在進行具體的指標數據統計分析，這樣可以確定當前地區要采用什么樣的被動式系統。例如目前該地區可能要采取被動式的采暖手段，就可以通過·被動式太陽能利用·被動式采暖·熱質蓄熱而具體采用哪種方法就要根據由當前地區的氣候所決定的特征。同樣的在一個地區決定選擇被動式制冷是，可以選擇·自然通風·被動式制冷·熱質蓄冷·蒸發制冷·通過夜間通風進行熱質蓄冷。

（二）總圖規劃中的被動式設計

在建筑學中，我們常常基于美學和功能布局的考慮來制定總圖規劃設計圖，因為用戶的住房必需要符合一定的規定，合適的樓間距帶來的充足的日照時間，合適的綠化帶來的生活環境以及便利的交通是規劃設計的主要目的。但建立在被動式設計基礎上的只能國土規劃，還要考慮筑的朝向、間距、布局對建筑單體的自然通風、日照遮陽、自然采光的影響另一方面也要考慮建筑場地（住宅地區）對區域環境的影響。將被動式的設計理念融入到總圖的規劃中可以極大地提高園區舒適程度，同時又能夠達到自然條件的良好利用的狀態。

（三）景觀與被動式設計

傳統的景觀設計追求自然與人的協調，因為景觀本身就是一個人創造出的自然。被動式設計中的低耗能景觀對自然地影響包括風、光、溫度、濕度、塵土、空氣的影響。高大的闊葉林能夠有效的防風國土，同時也能夠增強氧氣循環，落葉喬木夏季起到遮陽作用后又不會再冬季減少溫暖。這些自然“設施”的利用對建筑的低耗能運行十分重要。

（四）建筑造型的被動式改造

建筑設計的核心內容之一就是建筑造型，因為建筑造型在建筑圍護結構能耗、自然采光效果、自然通風效果、室內舒適度這幾個方面都有著很重要的影響。他們之間相輔相成互相影響，被動式的改造應該是在保證其能耗的基礎上加強美學突出，二者兼顧。

（五）建筑熱物理性能設計

熱物理性能設計包括五個方面·建筑整體及外圍護結構的熱惰性·外圍護結構的構造·建筑的保溫與隔熱性能·保溫材料與U值·正確的保溫構造斷熱橋構造。這五個方面的協調運用可結合物理環境中的運用以極大地提高熱質蓄熱在被動式設計中的作用，減少熱能耗從而提升其他方面的舒適。

（六）太陽輻射的利用

合理的太陽輻射的利用包括冬季和夏季利用兩個方面。冬季的太陽輻射是建筑物獲得熱量從而降低了采暖的能耗，而夏季的太陽輻射同理增大了空調的能耗，通過控制太陽輻射遮陽但不影響采光，通過對日照角度的分析獲得最大的日照時間。

（七）計算機模擬指導設計與被動式設計緊密結合

建筑資源的能耗分析可以幫助建筑師采用不同的方案來進行解決。在被動式設計中有三大軟件的應用包括算流體力學模擬軟件（C[D）、建筑動態能耗模擬軟件（BES）、太陽輻射及光環境模擬軟件（BIS）的使用都可以調整和指導建筑師選擇更佳的降低能耗的方案。同時BIM建模在建筑施工時的廣泛應用也使建筑師一方面可以真正感受到建筑物自主運行時候的魅力也可以在建模的過程中不斷完善低耗能概念。

三、被動式設計策略在低耗能建筑中的使用優勢

我國借鑒被動式的設計策略在國外建筑中的應用不能僅僅體現在建筑統一的設計上。建立以文化為基礎的被動式設計是我們國家低耗能建筑發展的趨向。我國建筑師有著深厚的地區建筑幾點。由于各地不同的差異因地制宜的發展是適合各地的被動式設計發展。就像是上海的設計師無法很好地處理東北建筑的被動設計中能源消耗的問題，將實際的問題與本地情況結合，把這一任務交給熟悉本利自然氣候和材料的本土建筑師能夠積累更多更好地適應各地的被動式策略。

四、結語

低耗能建筑的設計不僅僅跟建筑形式建筑構造有關。傳統的建筑物構造暴扣基礎、墻或柱、樓板層與地層、樓梯、屋頂和門窗六大部分。被動式的設計理念就是如何將這溜達部分更好跟自然相結合，以提高建筑的耐用性可行性經濟性，重要的是降低建筑的能耗。

（作者單位：山東省建筑設計研究院）endprint