淺談夏熱冬暖地區(qū)被動式超低能耗建筑設(shè)計

雷 敏

（內(nèi)江師范學(xué)院建筑工程學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100）

1 前言

歐盟規(guī)定于2020 年開始，歐盟所屬27 個國家規(guī)定所有新建房屋如果不能達到被動房標(biāo)準(zhǔn)，將不予發(fā)放開工建設(shè)許可證。根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，歐洲超低能耗的被動房相比前一年增加了8%。截止2020 年1 月，全球通過認證的被動房數(shù)量超過25000 棟，總建筑面積近2350000m2。

在中國，每年煤炭消耗達37 億噸，大量能源消耗所帶來的污染十分嚴重，未來城市發(fā)展趨勢就是走綠色、低碳和節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展路線。我國對德國先進的建筑節(jié)能技術(shù)進行學(xué)習(xí)，重點研究被動式超低能耗建筑技術(shù)，通過不斷地探索與研究，我國還建設(shè)了許多被動式超低能耗綠色建筑示范工程[1]。近年來，我國對低能耗建筑的發(fā)展越來越重視，我國與美國、丹麥等多個國家開展了交流與合作，示范項目在山東、河北、新疆等地持續(xù)出現(xiàn)，也取得了一定的成績，推動了我國在此領(lǐng)域的發(fā)展。

被動式超低能耗建筑設(shè)計主要依靠所運用到的被動設(shè)計策略，這些策略盡可能利用和被動結(jié)合可再生能源，面對復(fù)雜的氣候和夏熱冬暖地區(qū)特征，打造出讓本地居民感到生活舒適的建筑，解決夏熱冬暖地區(qū)的住房問題，在社會健康發(fā)展和環(huán)境保護領(lǐng)域中具有極其重要的地位[2]。

2 夏熱冬暖地區(qū)特點

2.1 氣候特點

夏熱冬暖地區(qū)是指我國最冷月平均溫度大于10℃，且熱月平均溫度滿足25 到29℃，日平均溫度大于等于25℃的天數(shù)為100 到200 天的地區(qū)，它是我國五個氣候區(qū)之一，在北緯27°以南，東經(jīng)97°以東，主要在我國南部[3]。夏熱冬暖地區(qū)的氣候可以說是夏季期長、冬季期極短，氣溫年較差和日較差均小，溫度高且濕氣重，易有大風(fēng)及暴雨天氣，日照較小，太陽輻射強。

2.2 建筑特征

一般來說，室內(nèi)溫度在28℃以下且室內(nèi)空氣相對濕度在60%以下的話，如果你想滿足適合的生活條件，在設(shè)計上讓室內(nèi)的空氣流通是正常的。除此之外，還可以增加室外遮陽，以此來創(chuàng)造適合居住的環(huán)境條件。在氣候特征為夏季炎熱和冬季溫暖的地區(qū)，住宅區(qū)的建筑在夏季必須要滿足防熱、通風(fēng)以及防雨的條件，而冬天則可以不用考慮防寒和保溫的問題。在進行整體規(guī)劃、單位設(shè)計和結(jié)構(gòu)構(gòu)造時必須避免西曬，還要注意設(shè)置遮陽裝置，同時要注意雨水、洪水管理、防潮以及防雷，夏季工程主要是要預(yù)防高溫和暴風(fēng)雨，在建筑開發(fā)的過程中，為了避免夏季陽光直射，為了改善通風(fēng)，一般會選定南北方向，并且冬季還有助于太陽光的攝取、日射熱的增加、住宅區(qū)的空氣循環(huán)、換氣和散熱以及能源消耗的降低。

3 夏熱冬暖地區(qū)超低能耗建筑設(shè)計要點

3.1 日照設(shè)計

在窗前設(shè)置遮陽窗能改善夏季炎熱和冬季暖氣區(qū)住宅的熱環(huán)境，盡量減少室外太陽輻射產(chǎn)生的熱量進入室內(nèi)，用降低室內(nèi)熱量來降低空調(diào)能耗，是非常重要的一個節(jié)能措施。根據(jù)遮陽位置的不同可以大抵分為外遮陽、內(nèi)遮陽和中間遮陽，對外部遮陽的調(diào)節(jié)是對太陽光輻射十分有效的防護措施，在設(shè)計中可以通過門窗玻璃幕墻來達到節(jié)能降熱的目的。

在南方的炎熱天氣，建筑的主要能耗為空調(diào)能耗，使用玻璃的主要目的是采光和視野需要，相比南方，在北方會做得更大，因為在北方冬天太陽不大，屋頂遮陽在很多情況下是垂直遮陽，開口要開向南方而不能向北方開口，東西兩邊，太陽在北邊不在南邊，在南方地區(qū)太陽早晚在北邊。夏熱地區(qū)門窗玻璃幕墻節(jié)能的關(guān)鍵是降低止癢系數(shù)和采取建筑外遮陽措施，在南方夏熱地區(qū)，隔熱主要在于對太陽輻射的隔絕。如果不重視窗戶遮陽設(shè)施的設(shè)計，就容易將陽光輻射所帶來的熱量帶入室內(nèi)，引起室內(nèi)過熱。

3.2 通風(fēng)設(shè)計

自然通風(fēng)中的風(fēng)壓通風(fēng)能夠引進大量的空氣對流，也是最簡單實用的通風(fēng)策略，能夠很好地滿足夏熱冬暖地區(qū)對熱舒適度的要求。熱壓通風(fēng)難以產(chǎn)生持續(xù)的較大空氣對流，一般用來滿足健康通風(fēng)的需要。自然通風(fēng)的主要形式是開窗，通風(fēng)與窗戶的打開方式有著密切的關(guān)系，這會直接影響通風(fēng)面積以及氣流方向。一般在外窗的設(shè)計中應(yīng)該盡量減少推拉窗的應(yīng)用，多利用平開窗和懸窗，不單有效通風(fēng)面積較大，且對氣流具有導(dǎo)向作用。對于室內(nèi)的開口位置的設(shè)置，為了增加室內(nèi)的空氣流動，應(yīng)該將迎風(fēng)面和氣流呈一定角度，將窗戶的位置錯位放置，能讓氣流流進房間的面積更大，并且僅僅只有單側(cè)通風(fēng)時，窗戶的設(shè)置盡量不要對稱設(shè)置。建筑平面功能布局夏熱冬暖地區(qū)中的濕熱地區(qū)，由于晝夜溫差小，相對濕度高，因此平面功能布局要合理組織建筑內(nèi)部的自然通風(fēng)[4]。在這種情況下，為了降低室內(nèi)的熱環(huán)境，在合理利用通風(fēng)的前提下，合理選擇建筑物的間隔、方向、開口的位置、面積，為了確保自然通風(fēng)的有效性，以節(jié)約能源為目的，需要進行進深調(diào)整，使建筑物不僅冬天能防止寒氣進入，還能保持室內(nèi)的溫度，還可以實現(xiàn)自然風(fēng)的合理運用，在夏天減少室內(nèi)的熱量。

3.3 保溫隔熱

按照國際標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫，對墻體的要求主要是隔熱，保溫是次要的。

我國大部分地區(qū)通常采取雙壁絕熱設(shè)計，可以通過中間隔壁層來確保室內(nèi)溫度。而絕熱的另一個方法是使用在屋頂上放置絕緣板的節(jié)能屋面保溫隔熱技術(shù)。這種設(shè)計可以有效地阻止熱量的傳播，在斜面的住宅中，采取雙隔面法，在通風(fēng)室的基礎(chǔ)上加上通風(fēng)百葉，能夠有利于空氣流動，確保了適合夏季的室內(nèi)溫度，降低了室內(nèi)溫度的同時也有效地降低了能源的利用[5]。在給定的氣候下，特定建筑物的最佳絕緣厚度是由技術(shù)和經(jīng)濟分析決定的，建筑物絕熱性對建筑物能源消耗的影響不大，需要強化其他方面的性能參數(shù)，而不是使絕緣厚度變薄，但是由于時間和設(shè)計團隊能力的限制，許多被動超低能建筑項目還是仍將選擇標(biāo)準(zhǔn)絕緣厚度。

4 夏熱冬暖地區(qū)超低能耗建筑的推廣與發(fā)展策略

4.1 建立科學(xué)的被動式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系

近年來，我國對于超低能耗建筑的發(fā)展越來越重視，早在2015 年我國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部就制定了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》，2016 年山東省也發(fā)布了《超低能耗建筑居住建筑節(jié)能設(shè)計》，河北省建筑科學(xué)研究院主編的河北省《被動式超低能耗公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》也于2018 年6 月23 日發(fā)布，雖然國內(nèi)許多地方都積極響應(yīng)，但是超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系仍舊還不夠完善，想要建立科學(xué)性強的被動式超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系，就要建立科學(xué)的被動式建筑，并且還要進一步強化符合我國國情的相關(guān)法律法規(guī)，建設(shè)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和改進監(jiān)督評價方法，還要逐步提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 增加國際間的交流與合作

現(xiàn)如今，中國結(jié)合各國成果，吸取各國發(fā)展被動式超低能耗建筑的經(jīng)驗，通過不斷地研究，開展了許多示范性項目建設(shè)，被動式超低能耗建筑的標(biāo)準(zhǔn)、認證體系以及施工工法等只屬于中國的成果逐漸出現(xiàn)在各國的視野中，面對當(dāng)前我國對超低能耗建筑這一方面取得的成績，我們應(yīng)該堅定自己的信念，并且積極構(gòu)建多層次、全方位的國際合作體系，加強與相關(guān)國際組織和機構(gòu)的信息溝通、資源共享和務(wù)實合作，從各個國家身上吸取經(jīng)驗，學(xué)會從合作中相互進步，共同發(fā)展，實現(xiàn)共贏的局面。

4.3 加大宣傳推廣力度推行節(jié)能設(shè)計

雖然全國各地都在對超低能耗建筑節(jié)能設(shè)計做出積極響應(yīng)，但是還是有很多地區(qū)對建筑的節(jié)能設(shè)計技術(shù)方面存在許多疑慮，并且人們對超低能耗建筑缺乏了解和認識，很多人僅僅只停留在表面或者網(wǎng)上百度百科搜索到的只言片語，面對超低能耗建筑節(jié)能設(shè)計的宣傳和推廣，首先應(yīng)該在不同氣候的地區(qū)選取房屋進行相應(yīng)示范，研究不同氣候地區(qū)建筑在滿足超低能耗和節(jié)能的條件下，它們設(shè)計之間的聯(lián)系以及相同點和不同點，在這個過程中，還要注意選取積極性高、有發(fā)展意向和保障力強的城市來進行具有一定規(guī)模的低能耗房屋示范，以保證示范的準(zhǔn)確性，在進行研究之后，應(yīng)該及時總結(jié)示范經(jīng)驗從而進一步在全國推行。面對群眾對節(jié)能設(shè)計方面知識匱乏的情況，我認為可以開展專業(yè)性強的培訓(xùn)活動和講座，加強人民群眾對建筑節(jié)能設(shè)計的認識。

5 結(jié)論

隨著社會的不斷發(fā)展和國家政策的實施，人們對保護生態(tài)環(huán)境更加重視，建筑節(jié)能作為熱點問題持續(xù)受到人們的關(guān)注，通過節(jié)能技術(shù)減少建筑能耗和確保建筑業(yè)主舒適是節(jié)能建筑技術(shù)研究和發(fā)展的重點。隨著科技快速發(fā)展的步伐，現(xiàn)代化社會對建筑的要求更高，特別是在建筑的綜合性能上，我國社會能源消費整體的能耗比例增加，單位建筑能耗比發(fā)達國家高。在中國炎熱的夏季和溫暖的冬季地區(qū)，被動式建筑節(jié)能設(shè)計可以有效地節(jié)省建筑資源，促進中國資源和能源的可持續(xù)發(fā)展，并且在這項研究中，通過開發(fā)高溫和節(jié)能技術(shù)，有助于建筑節(jié)能管理模塊的開發(fā)。