被動式節能在住宅建筑設計中的應用分析

張 珺

（太原理工大學現代科技學院， 山西 太原 030024；山西工學院， 山西 朔州 038500）

0 引言

被動式節能技術在當前的住宅建筑設計中需要考慮到多個因素，以便可以根據建筑區域的實際情況以及建筑的實際需求選擇最適宜、最佳的建筑朝向以及最科學的群體布局等等。

1 被動式節能技術

1.1 優化自然能利用率的被動式建筑設計

平面被動式設計、豎向熱環境被動式設計等可以使建筑通過被動采暖、采光、通風等充分利用自然資源。采光窗、天窗、天井等設計也大大降低了能源的消耗。

1.2 優良節能的圍護結構體系

圍護結構包括外墻、屋面、分戶樓板、外窗等。在被動式節能技術的應用中，合理的圍護結構體系，其安全性、經濟性、耐候性等優勢更加明顯，各結構的能源浪費問題也得以解決。

1.3 充分利用可再生能源

1.3.1 太陽能光熱利用

在住宅建筑設計中采用分散集熱－分散供熱太陽能熱水系統，一個太陽能集熱器連接一個儲熱水箱，并且儲熱水箱中可以通過設置輔助電加熱裝置的方式來滿足衛生間、廚房熱水需求。

1.3.2 地源熱泵利用

當項目位于夏熱冬冷地區時，夏季冷負荷高于冬季熱負荷，地源熱泵系統的使用可以更好的發揮作用，并有效的降低能源消耗。

2 被動式節能住宅建筑的現實意義

2.1 緊跟時代的發展變化，保護環境

我國是人口大國，雖然地域廣闊、資源豐富，但是持續增長的人口還是給我國造成巨大的壓力。各類不可再生資源迅速減少、生態環境惡化加劇，人們在享受現代生活帶來的便利的同時，更是經受著自然環境變化帶來的不良影響，在這種情況下，環境保護已經成為現代人們最重要的任務。住宅建筑作為我國主要的建筑類型，其建筑規模與數量都極為龐大，造成的能源康浪費更是巨大，必須要加強被動式節能設計技術的應用，通過改善房屋結構和布局來降低住宅使用中產生的能耗問題，減少其對自然環境造成的不利影響，這也是時代發展變化的要求，是保護環境的現實需要。

2.2 合理發揮各類資源的最大價值，降低建設成本

住宅建筑施工中要消耗各種建筑材料，因此合理選擇建筑材料與施工方式，發揮各類資源的最大價值也能夠降低建設成本，實現節能降耗的目的。設計人員應該根據創建資源節約型社會要求合理的利用大自然中的各種資源，在各施工環節中合理的配置各種資源的使用，從而降低房屋的建造成本，業主的房屋使用成本，并且減少后期運營使用環節的能耗問題。

2.3 符合民眾的生活居住要求，提高生活質量

現代人們的思想觀念有了極大的改變，針對住宅建筑的使用要求也更高。在住宅建筑設計中最重要的也是要結合業主的實際需要進行室內環境的功能設計等方面。除此以外，還應該將一些健康合理的生活方式引入其中。而被動式節能技術的應用要求設計人員可以結合自然環境和住宅建筑設計要素和要求制訂出最佳的節能建筑設計方案，并合理控制建筑物朝向、形式布置等等多個方面，在滿足居民生活要求的同時實現節能降耗的目的，提高居民的生活質量。

3 被動式節能在住宅建筑設計中的具體應用

3.1 在建筑空間規劃設計上的應用

3.1.1 建筑物選址設計

在住宅建筑的設計中，首先需要保證人們的生活需要、居住的安全等。因此對建筑的地質條件、周圍環境都要求較高。同時，被動式節能技術的應用要求其盡可能的節約資源，因此在選址上還應該降低其施工難度，選擇地質條件好、施工便利的地帶，以此減少工程的投入，從而起到節能的作用。

3.1.2 建筑朝向設計

建筑的朝向一般需要按照陽光照射的高度和風向來確定。就我國的氣候環境來說，一般建筑的朝向都首推坐北朝南，這樣可以與冬季的主風向分離，且與夏季主風向之間的角度不超過45°。通過這一設計可以在夏季的時候利用建筑物進行遮陽，減少空調等制冷設備的能源消耗；而在冬季可以加強日照，保持室內溫度的舒適等。

3.1.3 建筑地下區域的采光設計

目前大多數住宅建筑都會開辟地下空間作為儲藏室以及停車場，關于地下區域的采光設計也成為設計人員的主要關注問題。在被動式節能理念的影響下，可以通過設置下沉庭院、采光窗井或采光天窗實現地下室的天然采光。在具體設計中還需要按照《建筑采光設計標準》（GB/T50033）第 5.0.2款進行采光系數計算，以此核算地下一層的天然采光面積比例。之后再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，從而滿足其光照條件，并且配合使用智能照明控制系統也可以最大程度上降低能源的消耗。

3.2 在建筑布局設計上的應用

3.2.1 戶型設計

戶型設計與業主的居住體驗感息息相關。在被動式節能技術的應用中，戶型設計上最重要的就是滿足采暖和通風要求，因此設計期間需要結合當地的風環境和太陽輻射等因素，并按照不同房間的實際需要進行優化設計，以便可以合理的使用太陽光。比如在房屋內的走廊設計上應該與房間窗戶的進出口對應，節約建筑面積的同時確保通風良好；再就是入戶門的設計也需要盡可能的避免冬季寒風侵入。由此可見，科學的戶型設計也可以達到冬暖夏涼的被動式節能設計效果，從而提高居民的居住體驗感。

3.2.2 住宅建筑形式設計

關于住宅建筑形式的設計一般需要了解該地的氣候條件以及不同布局形式的特點。一般情況下采用的自由式布局，即前后錯列排布，增加通風效果。但是行列式布局通常較為有序和規則。設計人員還需要考慮建筑的安全性、能源利用率等各個方面，確保建筑的形式設計能夠更好的滿足建筑物的采光通風要求。

3.3 在建筑功能設計上的應用

在建筑功能設計上應用被動式節能設計主要指的就是自然通風和太陽光照設計。比如在臥室、廚房和衛生間的位置設計上需要根據當地季風氣候的影響，合理的調整建筑功能和門窗位置等等，從而產生不同的氣壓變化來保證室內的受風均勻。同時還可以選擇彎曲、多節段平面設計方式可有效控制建筑迎風坡以及背風坡的壓力差，或者根據太陽高度角和住宅建筑設計高度來控制日照時間，或使用坡屋頂設計等等；在一些建筑中還可以設置天窗引導自然風的流向，增強空氣對流的同時還可以增加陽光映射面積。

3.4 在建筑圍護結構設計中的應用

3.4.1 屋面節能設計

就當前住宅建筑中的屋面結構形式來說，一般倒置式屋面具有更好的節能效果。再加上具有較好防水性的保溫材料可以起到防水隔熱效果，且保溫層在防水層上部又能夠大大延長防水層的使用壽命，減少居民居住期間頂樓漏水的情況，也可以提高建筑的價值。在被動式節能技術的應用中也開始廣泛使用節能金屬屋面，其主要是利用鋼結構、玻璃棉、石棉以及金屬底板等材料構建屋面金屬板、防水透氣膜以及防潮隔汽層，從而提高防滲漏效果和隔熱保溫性，使用壽命也相對較長；屋頂綠化設計也是提高建筑保溫隔熱能力的重要手段，只需要加強防水設計標準即可。除此以外，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（如下圖1所示），可降低建筑屋面表面溫度，減少建筑能耗。

圖1 屋面綠化節能設計

3.4.2 門窗節能設計

門窗是住宅建筑的重要組成部分，其主要就是實現建筑的采光通風。目前在住宅建筑中比較流行的有大落地窗、異型窗等，窗戶面積與數量都有較大的提升。但是由于玻璃的熱交換比較活躍，導致室內的熱量消散的也比較快。而且窗框與窗洞口的連接位置容易產生熱橋，這就需要加強對門窗的節能設計。設計過程中需要合理控制門窗數量和大小，優選玻璃材料，確保門窗的氣密性，為了減少熱橋問題還可以使用斷橋鋁合金窗框（如下圖2所示），斷橋鋁型材可實現門窗的三道密封結構，合理分離水汽腔，成功實現氣水等壓平衡，顯著提高門窗的水密性和氣密性，達到窗凈明亮的效果。

圖2 斷橋鋁合金窗框示意圖

3.4.3 外墻節能設計

建筑外墻由于占據的比例較大，因此也是住宅建筑中能耗較大的部分，可達40%左右。尤其是在北方較為寒冷的地區，外墻的保溫設計至關重要，通常會通過外墻外保溫、內保溫或自保溫等幾種形式來提高外墻的保溫效果。在被動式節能技術的應用中，需要加強保溫材料的使用，并對其進行嚴格的加密處理。除此以外也可以通過墻面種植或攀附綠植來提升住宅建筑的空間綠化率，有效降低因建筑室內空氣凈化、溫度調節等產生的能耗等。

4 結語

綜上所述，被動式節能技術在當前的住宅建筑設計中應用越來越廣泛，一些成功建筑案例也為當前的建筑行業起到了示范作用。但是整體應用成效還存在一定的問題，這些需要我國建筑行業在發展過程中提高對被動式節能技術的重視，加強該技術的推廣應用。在建筑設計中嚴格按照建筑物的空間布局、結構體型、人們對建筑物的使用要求和建筑材料的節能環保指標等方面的要求來進行可靠的設計，從而落實被動式節能技術的應用，實現我國建筑行業的進一步發展。