被動式節(jié)能在住宅建筑設(shè)計中的運用

裴星彤 上海聯(lián)創(chuàng)設(shè)計集團股份有限公司青島分公司

1 前言

被動式節(jié)能，簡單來說不是使用主動的機械電氣設(shè)備，而是通過建筑布局設(shè)計，利用自然條件，有效地減少對于建筑物的耗能情況，進而達到節(jié)能的效果。被動式節(jié)能的設(shè)計具有較強的專業(yè)性和綜合性，有著設(shè)計要求高，科技要求低的特點。在進行建筑設(shè)計時，就本著節(jié)能和經(jīng)濟的理念，利用科學(xué)、合理的設(shè)計方式，充分發(fā)揮節(jié)能的效果，如科學(xué)布置建筑朝向，合理設(shè)置遮陽裝置，并優(yōu)化建筑圍護結(jié)構(gòu)，減少建筑對周圍環(huán)境的污染和能源的消耗，提升建筑行業(yè)經(jīng)濟效益同時，為我國的城市建設(shè)打好基礎(chǔ)。

2 被動式節(jié)能設(shè)計的概念

在現(xiàn)階段的建筑施工建設(shè)中，關(guān)于節(jié)能的設(shè)計理念，主要可分為：主動式、被動式兩種。這里的被動式節(jié)能設(shè)計，可以更好地減少對于機械電氣設(shè)備的依賴，對工程建筑區(qū)域的環(huán)境、位置、氣候、季節(jié)變化等方面進行綜合考慮，利用對于建筑環(huán)境的合理布局，達到提高建筑對于氣候的適應(yīng)性。所以，對于被動式節(jié)能設(shè)計的建筑工程，可以不用通過能源或者機械電氣設(shè)備的方式，而是對于自然光源、地形、植物和自然風(fēng)等條件的參與，為人們提供更加舒適的居住環(huán)境。因此在對建筑進行被動式節(jié)能設(shè)計時，除了考慮建筑區(qū)域的地理和環(huán)境特征，還要注重對于建筑布局的設(shè)計，增強建筑節(jié)能效果的同時，有效地降低施工成本，以及建筑投入使用時的能耗成本。

對于建筑施工中應(yīng)用被動式節(jié)能設(shè)計，第一個成功的案例發(fā)生在美國，是利用太陽能供能的方式，對于住宅進行的被動式節(jié)能設(shè)計。其中的核心重點，是通過現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)手段，利用對建筑周圍的環(huán)境和氣候調(diào)整和控制，服務(wù)用戶對于建筑供能的需求。被動式節(jié)能設(shè)計可以更好地適應(yīng)周邊的環(huán)境氣候，不需要使用額外的機械電氣輔助設(shè)備，而是吸收周圍的自然光源、溫度、風(fēng)力等自然環(huán)境條件，對于建筑內(nèi)部的亮度溫度等方面，進行合理的調(diào)節(jié)，由于不需要其他的外部輔助裝置，也使得建筑的設(shè)計可以更加簡便，也降低了建筑的施工難度，同時也減少了外部輔助裝置的能耗以及對于建筑的承載壓力，有效地延長了建筑的使用年限，降低了建筑的建造成本。

3 建筑施工中被動式節(jié)能設(shè)計

被動式節(jié)能設(shè)計,從傳統(tǒng)的建筑節(jié)能設(shè)計角度出發(fā)，運用更科學(xué)、合理的建筑布局，以及對于周圍自然因素的利用，進而逐漸發(fā)展起來的一項新興的設(shè)計理念，在保證用戶對于建筑居住環(huán)境的需求的同時，也極大地減少了對于能源的消耗，降低了對周圍環(huán)境的破壞，更符合我國現(xiàn)代化的社會發(fā)展需要。被動式節(jié)能設(shè)計的誕生和發(fā)展，離不開國家相關(guān)理念的指導(dǎo)，以及政府的支持和相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，這也是被動式節(jié)能設(shè)計發(fā)展的必要條件。通過引進國外先進技術(shù)，結(jié)合我國的能源利用和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了對于建筑被動式節(jié)能設(shè)計的有效推進。

為了更好地體現(xiàn)被動式節(jié)能設(shè)計的效果，發(fā)揮其中的作用，相關(guān)企業(yè)和部門在設(shè)計和施工前，必須要做好相關(guān)的實地勘察工作，詳細了解建筑周圍的氣候變化參數(shù)，記錄自然環(huán)境的動態(tài)，并結(jié)合用戶的具體需求，利用合理的建筑布局和設(shè)計，減少建筑的能耗。與傳統(tǒng)的主動式節(jié)能方式相比，被動式節(jié)能設(shè)計更加強調(diào)人和自然共存的局面，有效降低了對于自然環(huán)境的影響和破壞，提升了用戶的居住體驗，也符合我國關(guān)于節(jié)能環(huán)保的理念推廣，被動式節(jié)能設(shè)計的發(fā)展，既是順應(yīng)時代發(fā)展的必然要求，同時也為我國的城市化建設(shè)的推進，打好了堅實的基礎(chǔ)。

4 被動式節(jié)能設(shè)計在建筑中的設(shè)計要求

在建筑設(shè)計中想要充分發(fā)揮被動式節(jié)能設(shè)計的價值，減少對能源的消耗和對自然環(huán)境的破壞，就需要從多方面進行綜合的考慮，本文僅從外墻隔熱、建筑朝向、水能消耗三個方面進行闡述。

4.1 外墻隔熱性強

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計中，尤其是在北方地區(qū)，為了保障室內(nèi)溫度，都會在建筑物內(nèi)部的中加裝一定數(shù)量的暖氣、地暖等設(shè)備，但是這種方式需要消耗大量的能源來維持溫度。而被動式節(jié)能設(shè)計的使用，可以減少乃至去除采暖設(shè)備的安裝，而是通過運用保溫性能良好的材料，尤其是對于外墻的材料和設(shè)計，提升保溫性的同時增加建筑本身的密封性，通過合理應(yīng)用的被動式節(jié)能設(shè)計，更好的增強建筑保溫的效果。同時也要做好對于門窗的保溫隔熱處理，減少內(nèi)部熱量的消耗，更好的保持室內(nèi)的溫度。

4.2 建筑的合理朝向

傳統(tǒng)的建筑工程施工中，對于房屋的朝向，受傳統(tǒng)觀念的影響，大都只是簡單的“坐北朝南”的設(shè)計和施工方式，缺乏對于周圍自然光源和風(fēng)力的應(yīng)用。而采用被動式節(jié)能設(shè)計的建筑，與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計外觀并沒有太大的差異，而是在進行設(shè)計的過程中，為了更好地減少能源消耗，增加對于周圍自然因素的利用，會減少對于東西方位的外墻設(shè)計，或者是使用落地窗等形式，增加自然因素的利用效果。合理的房屋朝向，有助于減少建筑對于能源的消耗。

4.3 較低的水消耗

除了對于自然光、風(fēng)力等自然因素的利用，被動式節(jié)能設(shè)計還注重水資源的浪費，降低建筑內(nèi)部水資源的損耗，在建筑的實際設(shè)計中，增加蓄水的設(shè)計，利用儲水設(shè)備，將雨水進行收集存儲，在平時可以使用收集的雨水進行植物澆灌、沖洗馬桶、洗車等，有效地降低對于水資源的消耗，降低用戶相關(guān)費用支出的同時，也極大地改善了建筑周邊的生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。

5 在建筑設(shè)計中被動式節(jié)能設(shè)計的主要應(yīng)用

5.1 建筑場地的設(shè)計分析

因為被動式節(jié)能設(shè)計是通過對于周圍的自然環(huán)境進行利用，來達到節(jié)能的效果，因此在實際的設(shè)計過程中，要更加重視對周圍的氣候、日照等環(huán)境的特征進行充分考慮，實現(xiàn)對于自然的清潔能源的有效利用。被動式節(jié)能技術(shù)對于建筑場地的設(shè)計有著較為廣泛的方面，結(jié)合建筑周圍的地形和環(huán)境，對于各項技術(shù)建筑設(shè)施進行合理的 分配，增強對于環(huán)境的利用。

5.2 合理的建筑布局設(shè)計

在進行建筑的設(shè)計中，要先明確建筑的整體布局，并且設(shè)計施工圖，參考施工場地的具體環(huán)境、經(jīng)緯度等，科學(xué)的制定方案和規(guī)范。建筑的形體直接關(guān)系著建筑的采暖和能耗的效果，所以，在建筑的設(shè)計和施工中要注重對于建筑形體系數(shù)的控制，以便更好地降低建筑采暖的能耗。一般來說，每增加1%體形系數(shù)，建筑熱能耗指標將會增加2.5%，從寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計上來看，相關(guān)標準也針對建筑體形系數(shù)做出了非常明確的規(guī)定。想要成充分發(fā)揮被動式節(jié)能設(shè)計的效果，可以在建筑現(xiàn)場做好對于氣候變化的記錄，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用相關(guān)的軟件，制作動態(tài)的氣候模型，設(shè)計人員就可以通過模型來對建筑周圍的氣候變化進行分析，以便更好地完善被動式節(jié)能設(shè)計方案。同時這種方法，也有適用于建筑的門窗、主體結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計，所以，數(shù)據(jù)的記錄越準確越詳細，模型的變化也就越符合實際，有效減少對于建筑的能源浪費，更好的體現(xiàn)節(jié)能效果。

5.3 建筑的圍護結(jié)構(gòu)保溫設(shè)計

在建筑的圍護設(shè)計中，對于保溫效果的設(shè)計，通常有外墻保溫、內(nèi)保溫、自保溫等形式。根據(jù)建筑的區(qū)域的不同，可以選擇適合的圍護結(jié)構(gòu)，保障建筑內(nèi)部的保溫效果，滿足國家和用戶對于節(jié)能降耗的要求。建筑的保溫材料多為聚苯板、擠塑苯板、巖棉等，在實際的被動式節(jié)能設(shè)計中，一般分為外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫兩種方式，其中，外強內(nèi)保溫的工藝更為簡單，成本也較低；外墻外保溫的整體效果更好。隨著科技的發(fā)展，新型材料的研發(fā)，以及人們觀念的提升，這種保溫的方逐漸得到了越來越多的認可和應(yīng)用。

6 建筑施工中被動式節(jié)能設(shè)計的具體措施

6.1 對于房屋結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計

在住宅建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以在各個環(huán)節(jié)有效的運用被動式節(jié)能設(shè)計。在屋面設(shè)計中，使用倒置式屋面設(shè)計，使防水層在保溫層下部，降低防水層因干熱發(fā)生變形，減少施工的成本；在門窗設(shè)計中，尤其要注重對于玻璃的設(shè)計。盡量降低窗墻的比，并選用高性能的玻璃技術(shù)來做好保溫和隔熱的效果。

6.2 自然采光通風(fēng)的節(jié)能設(shè)計

對于自然光和風(fēng)力的有效運用，是被動式節(jié)能設(shè)計中的重點和難點。在建筑的設(shè)計過程中，首先應(yīng)分析不同房間對于熱量的需求，來進行針對性的設(shè)計。例如，將臥室作為采光和通風(fēng)的主要設(shè)計，圍繞這一方面做好采光和通風(fēng)的設(shè)計。對于采光的設(shè)計有以下幾個方面：首先要明確采光的具體要求，如臥室的窗墻比、窗戶的材料、位置等，并要注重人工照明時的效果，可以使用導(dǎo)光板，將遠處的陽光反射進入建筑的內(nèi)部，增加室內(nèi)的采光效果。例如，杭州某社區(qū)的建筑改造，就是運用這種方式。通常導(dǎo)光板的材料多為鋁制材料，將建筑物遠處的光源向建筑反射，并通過在建筑頂部的散射效果，控制建筑內(nèi)部的采光情況，在保障建筑內(nèi)部的采光同時，減少陽光刺眼的情況；對于被動式節(jié)能設(shè)計中的自然風(fēng)力的運用，首先也要結(jié)合建筑地區(qū)的位置和主要風(fēng)向，來保障最佳的自然通風(fēng)效果。

7 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及我國對于節(jié)能環(huán)保理念的推廣，使得建筑行業(yè)中，應(yīng)用被動式節(jié)能的設(shè)計得到了越來越多的認可和推廣。傳統(tǒng)的建筑住宅設(shè)計中，對于節(jié)能的理念，主要利用電氣設(shè)備來增強節(jié)能效果。但是這種方式前期投入較大，并且在電氣設(shè)備的使用和維護中，投入的成本和人力較高。而隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)代化的被動式節(jié)能設(shè)計，可以更好地利用建筑的布局，通過自然光、自然風(fēng)的利用，做好對建筑的采光、通風(fēng)、遮陽等設(shè)計，減少電氣設(shè)備的耗能和成本的支出。在當(dāng)下我國大力推廣綠色節(jié)能建筑的理念下，提升對于被動式節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用和發(fā)展，增強建筑物所在的地理位置的環(huán)境氣候和人文生活習(xí)慣，在建筑質(zhì)量達到建筑標準的基礎(chǔ)上實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，對現(xiàn)代化的建筑行業(yè)的良性發(fā)展，以及對我國的城市化建設(shè)的推進，都有著積極的促進作用。