住宅建筑被動式節能設計研究

摘? 要：隨著城市現代化進程的加快，城市人口與建筑急劇增加，科技的發展與普及使得能源的消耗逐漸上升，這為資源環境帶來巨大壓力。研究表明將被動式節能設計應用到住宅建筑設計中，能夠有效緩解不可再生能源的消耗。基于此，本文探討了被動式節能設計與住宅建筑，研究了被動式節能設計在住宅建筑中的應用，以供參考。

關鍵詞：住宅建筑;被動式;節能設計

中圖分類號：TU241.91??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）04-0000-00

1 被動式節能設計與住宅建筑概述

1.1 被動式節能概念

被動式節能是在對周圍環境與氣候進行調整時，不使用外在的輔助設備，而是充分調動大自然的能源進行溫度、光源等的調節。被動式節能設計與普通的建筑設計不同，由于不需要外在的輔助設備，所以設計較為簡單并且在使用時也無需復雜的調度，使用易入手，方便住戶的日常使用。被動式節能設計主要內容是在完成對整體建筑設計的基礎上，對建筑的門窗、墻體的朝向或者是建筑本身的朝向等方面進行相應的設計，達到最大化的利用自然能源，減輕環境方面的負擔。由于在使用方面提供了極大的便利，并且降低能源與材料的消耗，所以被動式節能設計逐漸進入公眾視野。

1.2 被動式節能設計優勢

被動式節能設計相對于傳統的設計有其獨特的優勢，主要包括以下幾點：首先，被動式節能設計簡單、靈活，因其所需要的主要能源是風能、太陽能等大自然所賦予人類的能源，在充分了解設計地點所具備的這些能源的基礎之上就能進行設計方案的優化與提升，設計者對此類設計較為容易入手，所以更為簡單靈活。其次，此項設計的前提就是盡量不使用外在設備來調節周圍環境，所以在進行設計時不用對這些設備的配置空間以及配置路線進行另外的設計，減少外在機械設備的使用，有效降低了建筑使用時的成本，同樣也降低了對環境的壓力。最后，被動式節能設計具有更強的可塑性，由于在對周圍環境以及各種自然資源的合理利用的基礎是對環境的了解，因甲方的設計地區的不同，或者是建筑使用群體的不同，或者是周圍環境的不同等各種差異，造成在進行被動式設計時需更具有可塑性來滿足不同的需求。

1.3 住宅建筑的建筑要求

被動式節能設計住宅的主要特點就是通過利用自然資源來達到節能的標準，雖然現在被動式節能設計尚未成熟，但是建筑設計師為了達到理想的節能狀態也一直在進行相應的研究和設計。最理想的被動式節能建筑設計的方式為：室內溫度冬天不低于20℃，室內夏天的溫度不高于25℃，室內的空氣相對濕度維持在40%到60%，且建筑的門窗都無結霜凍的現象。為了達到這種理想的建筑設計的狀態，應該對門窗、采光、取暖等元素進行全方面的科學節能設計。

2 被動式節能設計在住宅建筑中的應用

2.1 科學的住宅建筑選址

被動式節能在住宅建筑設計的應用上對住宅建筑的選址是決定節能效果的關鍵因素，也是關系著入住人員日常生活舒適性的重要條件。在進行住宅建設設計前應該對周圍的地形進行充分的考察，結合專業知識選擇能達到被動式節能最佳效果的住宅位置。在住宅建設位置的選擇上一般遵循以下原則：不選擇在自然保護區附近，包括文化景觀、濕地以及國家文物等附近，并且最好盡量遠離這些地區，防止在建設或者使用時對周圍的生物造成一定危害。另外，在進行選址時也應該遠離一些光源、聲源污染較為嚴重的區域（高速路旁、火車軌道附近）或者其他較危險因素富集的地區[1]。

在進行選址時具體的參考方式如：（1）光源對對住宅建筑位置的選擇影響很大。光對大多生物的都有重要的作用，對人類也有較大的影響，在進行住宅位置的選擇時應該充分考慮建筑建成后的采光程度，這是被動式節能設計重要的參與元素。自然光能夠保障住戶的日常活動需求，自然光中的紫外線還能提供殺菌作用，也能為周圍的綠植提供光合作用。除了光的這些基本功能外，通過人類的合理設計與利用，光能為建筑本身提供熱能，直接影響著建筑本身的溫度與舒適性。（2）在對住宅建筑進行被動式節能設計中建筑位置的選擇也很重要。風在住宅建筑中的主要作用是進行降溫以及除濕，在進行降溫時主要原則是在不同的風向主導下進行選址。在考慮風因素進行選擇建筑位置時也應該考慮地形對風的影響，例如首先盡量不要選擇風頂以及山脊，也盡量避免選擇山谷低洼的位置，山谷低洼位置的風能獲取較少，容易提供一個沉悶壓抑的覆蓋氣層。也盡量不要隘口的地形，這種地形風會富集在此地形成風口，造成風速過大，影響舒適性。

2.2 建筑群體合理的規劃布局

在對建筑群體進行規劃布局時應該充分考慮建筑本身的自然環境因素，例如風的強度以及各個季節的方向，光照時間以及光照強度，雨水的季節以及年降雨量等各種因素，綜合各種地理以及自然因素進行合理的規劃布局[2]。

規劃布局一般分為幾種類型：行列式、封閉式以及自由式等，這些方式的布局設計是在不同狀況下發揮不同的作用。行列式是在住宅建筑群體的規劃布局應用最多的方式，這種方式就是規律的整齊排列，通常都是一排一排的布局，雖然這種整齊排列的空間過于單一，但是能夠為建筑群體的建筑爭取到最大的光能利用率，以及保證了零號的通風，最大可能的保證了住戶的舒適度。封閉式是建筑群體為了遷就街道并且沿著街邊進行布局的一種方式，又叫做周邊式布局設計。這種方式是在街道建設的基礎上進行建筑設計，一般無法滿足充足的日光，并且不能提供良好的通風，更加適合冬天不要求足夠的驅寒避風，夏天不要求充分通風的建筑群體。自由式是對群體建筑進行前后左右交錯的排布，這種排布方式的最大的優勢是能夠節約土地資源，并且能夠提供充足的光照與通風，還能改變單一的空間布局，將建筑與環境有效的融為一體。這種布局能夠在相同的建筑面積建設相同的建筑群體，但是自由式能夠規劃更多的土地進行綠化建設，有效提高生活環境質量。不同的布局方式都應該最大化的利用自然資源，達到最高的節能標準。

2.3 建筑單體的節能設計

（1）體形系數的設計。建筑體形系數是指單體建筑本身與外界直接接觸的表面積，一般建筑體形系數的大小與建筑本身保暖有很大聯系，建筑體形系數越大表明建筑與外界環境接觸的面積越多，較大的接觸面積導致建筑散熱的面積較大不利于建筑的保暖。降低建筑的體形系數主要有：建筑的深度以及長度增加;在其他條件允許的情況下盡量增加層高給非單層面積，并且建筑形狀設計時盡量選擇較為簡單的造型;避免過多的凹凸變化以及繁雜的輪廓，最大程度降低體形系數[3]。（2）戶型設計。住宅建筑的被動式節能設計中合理的進行戶型的設計，能夠帶來更好的節能效果。主要分區為采光分區、光照分區、通風設計以及其他分區等。光照分區由于不同的房間的使用功能以及使用時間不同，造成對光的需求不同，所以在進行分區設計時對主臥或者是書房的房間設置能夠最長時間接受光的照射設計，對其他房間可以適當填充應有的位置。在進行采光分區時，由于不同的房間對采光的需求也不同，將相同采光需求的房間設置在南面，將不需要采光的房間如衛生間、廚房等設置在北面。對通風設計時，一些較小的住宅由于設計問題沒有足夠的自然通風，影響居住舒適感。應該對住宅建筑設置合理的通風口，對進風口與出風口的大小、占用面積、方向等依據住宅的情況進行合理的規劃，盡量保證風路的平行，避免流向的迂回轉向影響通風的使用效果。玄關設置后，不僅可以起到隔絕隱私的效果，也可以起到保溫保冷并且隔音的效果，在住宅建筑允許的條件下可以增加玄關的設計。另外，也可以進行動靜的分區規劃，對廚房、衛生間等房間的動靜比較大的地區可以規劃入統一區域，對聲音要求嚴格的其他房間可以設置不同的區域。

2.4 窗的節能設計

窗戶的合理設計在節能設計中起到至關重要的作用，建筑本身的通風以及采光等都需要通過窗戶來實現。

（1）窗墻比。窗戶是建筑使用時消耗熱源最大的部位，但是也不能將其設計的太小影響通風需求，所以在進行設計時考慮各方面的因素，最終獲得最佳的窗墻比例。南面窗戶主要的功能是進行光源獲取，所以在進行設計時應該提高窗墻比來實現最高采光率。在對北面的墻進行門窗比的設定上，由于北面墻最大的功能是與南墻的窗互通達到最佳的通風效果，所以在進行設計時應該對北面的墻滿足基本的通風需求即可。而東西的窗應該盡量少開或者降低墻窗比[4]。（2）窗的節能設計。窗戶的保溫效果較差的主要原因是窗戶框以及玻璃等的熱阻較小，以及窗戶安裝的連接縫隙造成漏風。提高窗戶的氣密性減少散熱，在對窗戶進行安裝時，根據相關的國家標準進行窗戶安裝，在達到基本的氣密性標準后進行相應的氣密性提升設計。窗戶本身材料的氣密性，以及窗框的材質都選擇符合甚至超過國家標準的配件，在對縫隙進行填補時，不能直接使用砂漿進行填充，需要使用國家規定的保溫材料進行灌注。窗戶的開啟方向也影響窗戶室內的通風效果，根據不同的開啟方式由不同的窗戶類型，包括平開窗、上懸窗、中懸窗、下懸窗以及水平推拉窗等，不同的窗戶的類型造成導風以及氣密性的差別。水平推窗是在通風效果以及氣密性最差的窗戶開啟方式，在住宅建筑的節能設計中盡量減少使用。在這些窗戶的類型中立體轉窗的導風性能是最優的，可以使不同方向的風導入到室內，可推廣此類型窗戶的使用，并且在所有窗戶的開窗方式中，外開式的通風效果都相對于內開式較差，影響部分風的導向。（3）墻體以及屋頂的綠化。墻體的綠化是指對建筑的垂直或者接近垂直的墻面進行綠化處理。墻體的綠化能達到節能效果的原因主要包括以下幾個方面，一方面綠化植物的葉片可以阻擋部分太陽對墻體的照射，降低墻面溫度。另一方面墻體的綠色植物會消耗一部分輻射熱進行自身的光合作用，并且植物具有蓄水的功能，水分也能對墻體起到降溫作用。在進行墻體以及屋頂綠化時應該遵循以下原則，盡量選擇葉片較大的生命力較為旺盛的植物，葉片比較繁茂的植物一般的光合作用的能力較強，能夠充分利用它的光合作用的太陽能的消耗來達到降溫的效果。在選擇植物時應該選擇冬天凋零、夏天繁茂的植物，這種植物在對墻體以及屋頂進行綠化時都能夠保障在夏天的降溫，同時冬天又不影響對太陽能的利用[5]。另外，選擇植物的種植要與建筑留有一定的距離，一些生長較為旺盛，根系較為發達的植物在生長時可能會破壞一些建筑的基礎結構，并且較合適的距離可以增加植物與墻面的空氣流動，調高植物的光合作用。但是在進行屋頂的綠化時一定要作好防水設計，避免對建筑本身造成傷害。

3 結語

綜上所述，將被動式節能應用到住宅建筑設計當時，要結合當地的環境氣候等自然與社會因素。通過對建筑群體的合理布局，對建筑本身體形系數、格局的嚴格設計以及窗戶的科學規劃與選擇等，達到對自然資源的合理利用并且最大程度的降低能源消耗，為我國建筑的綠色可持續發展作出貢獻。

參考文獻

[1] 郭小青.住宅建筑被動式節能設計研究[J].低碳世界，2016（12）：137-138.

[2] 劉曉鳳.保障性住房被動式節能技術研究：以寒冷地區的經濟適用房為例[D].北京：北京建筑大學，2014.

[3] 劉禹辰.住宅建筑被動式節能設計探究[J].住宅與房地產，2018（22）：52.

[4] 彭小虎.探析住宅建筑被動式節能設計策略[J].建材與裝飾，2017（8）：71-72.

[5] 及玉翠.住宅建筑被動式節能設計研究[J].住宅與房地產，2016（24）：7.

收稿日期：2021-03-03

作者簡介：李雨陽，女，滿族，遼寧丹東人，本科在讀，研究方向：建筑環境與能源應用工程。

Research on Passive Energy-saving Design of Residential Buildings

LI Yuyang

（Liaoning Technical University， Fuxin Liapning123000）

Abstract：With the acceleration of the process of urban modernization， the urban population and buildings increase rapidly，the development and popularization of science and technology make the energy consumption gradually increase， this brings great pressure on resources and environment.The research shows that the passive energy-saving design is applied to the residential building design， It can effectively alleviate the consumption of non renewable energy. Based on this， this paper discusses the passive energy-saving design and residential buildings， and studies the application of passive energy-saving design in residential buildings， for reference.

Keywords：Residential building; Passive type; Energy saving design