試論被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與應(yīng)用

趙文婷

摘 要：隨著我國城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，極大的拉動了社會能源需求總量，而人類在享受能源所帶來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步等變化的同時(shí)，也面臨能源短缺、過度使用等一系列威脅人類生存與發(fā)展的問題。在此背景下，被動式超低能耗等新型建筑應(yīng)運(yùn)而生，該建筑設(shè)計(jì)形式不但與國家所提倡的“綠色環(huán)保”理念相契合，且有助于推動人類社會綠色、健康發(fā)展，成為建筑設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域廣受好評的節(jié)能降耗方式。本文通過分析被動式超低能耗建筑自身所具備特點(diǎn)，并從設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和具體應(yīng)用兩方面展開深入分析，為我國建筑領(lǐng)域未來可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：被動式;超低能耗;建筑設(shè)計(jì);基礎(chǔ);應(yīng)用

文章編號：2095-4085（2020）10-0056-02

1 被動式超低能耗建筑與其特點(diǎn)

1.1 被動式超低能耗建筑

上世紀(jì)60年代，被動式超低能耗建筑進(jìn)入人類視野，各國紛紛將能源消耗、全球污染等納入建筑設(shè)計(jì)所思考范圍。西德于70年代正式將其列入研究規(guī)劃行列，并開展了大量試驗(yàn)，最終結(jié)果顯示被動式超低能建筑盡管與普通單層建筑無較大差異，且建筑外觀較差，但整體能耗明顯優(yōu)于普通建筑，并在歐洲各國得到全面推廣[1]。我國引入被動式超低能耗建筑形式可追溯至20世紀(jì)末，應(yīng)用之初主要集中在上海、北京、廣州等發(fā)達(dá)城市，截止目前，被動式超低能耗建筑已在全國范圍內(nèi)廣泛普及，整體呈穩(wěn)中向好發(fā)展態(tài)勢。

1.2 被動式超低能耗建筑的特點(diǎn)

相關(guān)資料顯示，我國建筑能耗占社會總能耗的60%左右，并且呈持續(xù)生長趨勢，通過對2019年度相關(guān)調(diào)查結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，被動式超低能耗建筑理論與被動式超低能耗建筑在投入使用和推行后，建筑整體與單位能耗呈明顯下降態(tài)勢。而從另一角度來看，將建筑拆遷開支排除在外，被動式超低能耗建筑剩余環(huán)節(jié)平均支出約為傳統(tǒng)建筑的60%～70%，表明該形式在成本方面也同樣具有明顯優(yōu)勢。

2 被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)問題

2.1 外部環(huán)境差異

一般情況下，建筑物舒適度在某種程度上與外部環(huán)境和氣候條件存在較為直接聯(lián)系，不同氣候類型條件下，被動式超低能耗建筑所發(fā)揮作用也不盡相同。例如，我國北方冬季氣溫較低，平均溫度為-30℃～20℃，供暖時(shí)間較長。而南方地區(qū)平均溫度普遍高于0℃，未給予供暖政策，在被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)過程則需將南北差異因素納入其中。

2.2 具備可實(shí)現(xiàn)性

被動式超低能耗建筑在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需注重對本土特征的吸收，通過與地域自然、社會環(huán)境等因素的有效結(jié)合，制定科學(xué)合理的節(jié)能降耗措施。與此同時(shí)，該設(shè)計(jì)形式還具有一定的推廣價(jià)值。以“綠屋”設(shè)計(jì)為例，其主要是通過對綠色植物的培育，通過植物形成對室內(nèi)溫度的有效調(diào)節(jié)。

2.3 建筑群能耗高

從某種程度上來看，氣候、環(huán)境等自然因素對建筑能耗有著較為直接的影響，但與其他國家相比，我國建筑能耗總量偏高，造成這一局面的主要原因是國內(nèi)建筑大多屬于高能耗建筑類型，無論是保溫性、隔熱性，還是門窗空氣密閉性等均有較大提升空間，無形中增加了建筑對供暖、冷氣、空調(diào)等的需求量。

3 被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 自然能源利用設(shè)計(jì)

在被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)中，太陽能、地?zé)帷⒂晁厥障到y(tǒng)以及風(fēng)能等自然能源的利用，是該建筑形式的一大特點(diǎn)。目前應(yīng)用最為廣泛的自然能源是太陽能資源，作為一種清潔型能源，太陽能具有零污染、持續(xù)再生的自然特性，在建筑物頂部設(shè)計(jì)中采用太陽能電池板，可形成光伏發(fā)電，其原理主要是通過太陽能和電能的有效轉(zhuǎn)換，將電能傳輸至建筑內(nèi)部，滿足降低建筑對常規(guī)電能的消耗[2]。圖1為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3.2 保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）保溫系統(tǒng)材料 在選擇建筑保溫材料時(shí)，需基于建筑設(shè)計(jì)需求，盡可能的選擇具有綠色性、環(huán)保性、節(jié)能性的材料。對于保溫隔熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，基礎(chǔ)材料可選擇新型保溫材料，如，無機(jī)保溫砂漿、保溫裝飾一體化板、納米隔熱板、泡沫玻璃、EPS泡沫板等等，并科學(xué)合理的控制和設(shè)計(jì)保溫層的厚度。

（2）外墻保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 被動式超低能耗建筑實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)覆蓋兩個(gè)方面，一是隔熱散熱設(shè)計(jì);二是保溫設(shè)計(jì)。其中，對于隔熱設(shè)計(jì)而言，受區(qū)域技術(shù)差異影響，比如南方外墻的隔熱設(shè)計(jì)主要采取以下措施：墻面垂直綠化、無機(jī)保溫砂漿內(nèi)保溫、通風(fēng)墻、干掛通風(fēng)幕墻以及淋水被動蒸發(fā)墻面等等。而從保溫設(shè)計(jì)層面來看，主要針對的是我國北方冬季建筑物室內(nèi)熱量散失問題，將苯板復(fù)合材料作為墻體夾層應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)，相較于其他混凝土或者磚瓦材料，苯板復(fù)合材料可最大限度避免室內(nèi)熱量的過度流失。

（3）屋面、地板保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 綠色建筑理念下，傳統(tǒng)絕熱急速聚苯板、泡沫玻璃等常用保溫材料已無法達(dá)到環(huán)保、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，更多的提倡以通風(fēng)隔熱屋面作為屋面保溫，常見類型主要有：①蓄水、種植屋面;②帶通風(fēng)空氣層的金屬夾芯隔熱屋面;③帶老虎窗的通氣閣樓的坡屋面。其中，以種植屋面為例，通過在屋面覆蓋相應(yīng)種植厚度的土層，可省去屋面保溫層設(shè)置環(huán)節(jié)，并且綠色植物在屋面的種植，不但可改善空氣質(zhì)量、減少灰塵、緩解熱島效應(yīng)，且通過系統(tǒng)的綠化改造與設(shè)計(jì)，打造出具有特色化的屋頂花園，營造出極具豐富性、層次性、觀賞性的城市空中景觀。此外，屋面種植還可對雨水形成截留，可形成對城市雨洪壓力的有效環(huán)節(jié)。在北方保溫系統(tǒng)中，板保溫系統(tǒng)是一種極為基礎(chǔ)的組成部分，在對其材料進(jìn)行選擇過程中，多以保溫板、保溫砂漿為主，并且在保溫材料上設(shè)細(xì)石混凝土保護(hù)層，相較于傳統(tǒng)保溫板，這種保溫系統(tǒng)的保溫效果更為顯著[3]。

3.3 節(jié)能一體化設(shè)計(jì)

未來鎖定節(jié)能措施的一體化設(shè)計(jì)將成為被動式場地能耗建筑設(shè)計(jì)的主流趨勢，在開展節(jié)能一體化設(shè)計(jì)時(shí)，需對技術(shù)綜合品質(zhì)進(jìn)行有效整合，最大限度的避免出現(xiàn)“高性能、低品質(zhì)”現(xiàn)象。被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)中積極引入節(jié)能一體化，不但可促使建筑整體壽命的有效延長，還可推動低碳生態(tài)化城市建設(shè)步伐。

3.4 無熱橋的設(shè)計(jì)

熱橋在被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要包含以下幾個(gè)方面，有幾種熱流所形成的熱橋與幾何熱橋。相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通過將陽臺主體結(jié)構(gòu)與主板的有效分離，并以挑梁作為陽臺板的支撐條件，填充適量的保溫材料，通過大面積保溫材料的有效覆蓋，實(shí)現(xiàn)對熱橋阻斷的有效設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 語

綜上所述，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員除了要考慮建筑自身安全性、實(shí)用性等內(nèi)容，還應(yīng)將人們對城市建筑和人居環(huán)境的綠色要求納入考慮范圍，通過對當(dāng)?shù)亟ㄖh(huán)境的深入研究與分析，對建筑環(huán)境資源和空間進(jìn)行合理化應(yīng)用，為室內(nèi)良好環(huán)境的營造奠定基礎(chǔ)。而被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)在有效傳承建筑物文化時(shí)，還在建筑領(lǐng)域內(nèi)積極引入“綠色、節(jié)能、環(huán)保”等新型理念，對城市人居環(huán)境的建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展起到了積極的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王選，孫峙峰，袁靜，等.被動式超低能耗居住建筑太陽能新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué)，2017，4（12）：313-314.

[2]曲磊，柏云.被動式超低能耗綠色建筑節(jié)能系統(tǒng)與技術(shù)應(yīng)用分析——以濟(jì)南市某公建項(xiàng)目為例[J].建筑節(jié)能，2018，46（03）：31-39.

[3]鄒芳睿，宋昆，郭而郛，等.基于天津地區(qū)的被動式超低能耗建筑指標(biāo)體系研究[J].建筑科學(xué)，2018，3（6）：49-55.