被動式高層住宅設(shè)計要點

【摘要】隨著城市化建設(shè)發(fā)展速度加快，城市住宅小區(qū)越來越趨向于高層建筑建設(shè)而高層住宅往往出現(xiàn)夏季室內(nèi)悶熱、冬季室內(nèi)濕冷的問題，在建筑設(shè)計的主動節(jié)能之前，應(yīng)盡量使用被動式設(shè)計，解決高層住宅的室內(nèi)熱循環(huán)問題。本文對被動式高層住宅設(shè)計要點進(jìn)行了研究，提出了兩點策略，分別是冬季保溫和夏季隔熱，以期為我國建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高層住宅；被動式設(shè)計；節(jié)能減排

我國城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，越來越多的高層建筑住宅拔地而起，高層住宅容易受建筑布局、建筑形體和迎風(fēng)面朝向、景觀和道路布局等的影響，尤其在夏熱冬冷地區(qū)尤為嚴(yán)重。目前高層住宅建筑分布的地區(qū)廣泛，但平面類型單一，對所在區(qū)域氣候的適應(yīng)性較為缺乏。因此，對于被動式高層住宅的研究空間較大，旨在建設(shè)適應(yīng)地域氣候的現(xiàn)代高層住宅。

1、被動式高層住宅冬季保溫設(shè)計

被動式建筑設(shè)計是指完全根據(jù)建筑本身的規(guī)劃設(shè)計、建筑布局和環(huán)境配置，盡量不消耗常規(guī)能源，利用和適應(yīng)地域性的氣候特點來創(chuàng)造健康舒適的住宅環(huán)境的設(shè)計方法。對于被動式高層住宅的冬季保溫設(shè)計分為兩部分進(jìn)行。第一，冬季保溫設(shè)計。冬季建筑室內(nèi)熱量主要通過外圍防護(hù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣兩個途徑散失，要想提高高層住宅的冬季保溫性能主要有以下幾個途徑：（1）設(shè)計合理的建筑體形。建筑的體形系數(shù)以建筑表面積和體積之比（S/V）表示，同等容積，S/V越小說明表面積越小，夏季輻射熱和冬季熱損失越小，具有節(jié)能意義[1]。因此，在夏熱冬冷地區(qū)，應(yīng)盡量減小S/V，將建筑物的體形系數(shù)應(yīng)控制在0.3以下。（2）提高建筑的熱阻值。提高建筑外圍防護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，外圍防護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻值越高，保溫性能越好。此外，還要提高建筑內(nèi)部的熱阻值，可以在內(nèi)部空間設(shè)置專門的蓄熱體，能夠延遲散熱時間。（3）重點保護(hù)薄弱部位。對于玻璃門窗等重點部位進(jìn)行著重保溫。減少玻璃門窗的能源消耗提高保溫性能需控制墻面的穿墻比，提高窗的嚴(yán)密性和窗框的保溫性能，使用保溫能力好的玻璃材質(zhì)。

第二，冬季采暖設(shè)計。夏熱冬冷地區(qū)的住宅建筑應(yīng)該做到能從外界積極獲取能量，不能完全靠封閉自身能源系統(tǒng)來保溫。建筑能夠利用的能量有太陽能、地?zé)岷退w等。（1）被動式太陽能采暖。利用可再生太陽能，不會污染環(huán)境，還能改善室內(nèi)熱環(huán)境。被動式太陽能利用與熱水器和太陽能電池板不同，是直接利用太陽能進(jìn)行高效能量轉(zhuǎn)換，可分為直接式、間接式和混合式。直接式獲取太陽能是通過墻壁、地板和家具等室內(nèi)物體來吸收窗戶透過的太陽能，并進(jìn)行儲存。在室溫低于室內(nèi)物體的溫度時，它們會向空氣中輻射能量，提高室內(nèi)溫度。間接式獲取太陽能是通過在陽臺、中庭或邊庭放置熱量收集器，大量收集太陽輻射使室內(nèi)溫度升高。混合式是二者的結(jié)合，形成一個熱循環(huán)系統(tǒng)。（2）利用其它資源采暖。熱容量大的土壤和水體都具有較強(qiáng)的蓄熱能力。地表下的土壤和水無論什么時候都有一定適宜的溫度，基本不受外界環(huán)境的影響。因此，建筑可以利用這一點，將地下水引入到建筑內(nèi)部循環(huán)，降低采暖能耗。例如，黃土高原的居民建造的窯洞便利用了土壤這一特性，實現(xiàn)冬暖夏涼。

2、被動式高層住宅夏季隔熱設(shè)計

被動式高層住宅在夏季室內(nèi)溫度過高的原因主要是受氣候條件的影響，其次是建筑內(nèi)部產(chǎn)熱，主要來源于室內(nèi)外空氣對流、透射的太陽輻射、周圍建筑的反射熱和折射熱以及室內(nèi)生活設(shè)備使用的余熱等。因此，要想夏季防熱，既要采取措施降低室外熱量，盡量少傳入室內(nèi)，還要努力排出室內(nèi)熱量，改善室內(nèi)熱環(huán)境。在夏熱冬冷地區(qū)對高層住宅進(jìn)行隔熱設(shè)計主要有以下幾點被動式策略。

第一，外圍結(jié)構(gòu)的隔熱構(gòu)造，利用物質(zhì)的傳熱、隔熱、蒸發(fā)、輻射和反射等物理性能，設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，尤其是住宅建筑的屋蓋和東西向墻體，受太陽輻射熱較多，需重點處理。通過增加屋蓋和墻體材料的熱阻來隔斷室外的熱量，使用絕熱材料對墻和門窗等進(jìn)行絕熱，如巖棉等。還可以選擇輕質(zhì)復(fù)合材料的外墻板，用作屋蓋能夠隔熱和減輕建筑荷載。此外，利用材料和色彩的反射性能，將太陽輻射熱反射除去，例如天棚和墻體采用鋁箔隔熱層。以無錫市某高層住宅小區(qū)為例，在外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計時借助天正節(jié)能軟件選擇合適的墻體材料，采用自保溫材料灰砂加氣砼砌塊作為外圍材料，不需要加以保溫處理，盡在梁和柱等熱橋部位貼厚度20mm的擠塑聚苯板即可，在節(jié)能降耗的同時完成墻體隔熱需求[2]。又以武漢市某超高層住宅小區(qū)為例，通過專家論證選用了巖棉帶保溫技術(shù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能比國家現(xiàn)行相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定高 10 %以上，且供暖空調(diào)全年計算負(fù)荷降低幅度高于 15 %。第二，提高門窗的隔熱效果，高層住宅的窗戶是采光和通風(fēng)的主要通道，也是隔熱的薄弱環(huán)節(jié)?？梢蕴岣唛T窗的氣密性，采用良好的密封條，減少使用空調(diào)時的能耗。此外，減少玻璃的輻射熱透過率，例如使用熱反射玻璃，或者在窗戶玻璃上貼有反射作用的鍍膜，亦或者采用中空玻璃，既能增加熱阻還能增強(qiáng)隔音能力。以武漢市某超高層住宅小區(qū)為例，在外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇了三層中空LOW-E隔熱斷橋外窗，在滿足傳熱系數(shù)要求的同時保證透光率，結(jié)合外墻保溫降低能耗。第三，建筑遮陽。這種策略能夠有效減少太陽對建筑的直接輻射能，并且能夠減少太陽透過窗戶照進(jìn)室內(nèi)的熱量。在建筑群內(nèi)種植植被也能夠達(dá)到遮陽效果，在建筑旁選擇高大喬木遮陽，在屋頂和墻面選擇小型植物和藤本植物，通過植物吸收太陽能達(dá)到降溫目的。

結(jié)語：

綜上所述，在建造大型高層住宅前應(yīng)優(yōu)先考慮被動節(jié)能措施，將水、光、風(fēng)三者合理通過建筑設(shè)計的方式利用起來，合理設(shè)置節(jié)能空間，利用大自然的力量和人類的知識減少能源的消耗，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李妍.夏熱冬冷地區(qū)高層住宅室外風(fēng)環(huán)境評價及優(yōu)化設(shè)計[D].浙江大學(xué)，2015.

[2]徐培原.夏熱冬冷地區(qū)高層住宅建筑節(jié)能設(shè)計[J].江西建材，2016，13：19-20.

作者簡介：

王婷（1988.03--）；性別：女，籍貫：湖北武漢人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于武漢大學(xué)；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：建筑管理工程；