公共建筑設計中被動式節能策略的有效運用分析

馮衛平，陳培超

（河南理工大學鶴壁工程技術學院，河南 鶴壁 458030）

近年來，我國經濟水平高速發展，人民的生活質量逐步提高，在解決溫飽問題后人民對生活環境的追求越來越高。所以，對于建筑資源的花銷也逐漸增大。與21 世紀之初相比，我國的建筑資源費用提高了29個百分點。然而自然環境的逐步惡化與資源的緊缺，促使人們開始從各個方面進行環境保護建設。作為一名建筑設計專業的人民教師，察覺到了建筑資源節約型的必要性，并開始更加重視建設資源消耗。筆者根據中國公共建筑節能狀況，對其中的被動式節能策略的運用作出研究和分析。

1 我國公共建筑能耗現狀

中國作為一個人口大國，有大量的公共建筑，據統計我國公共建筑面積達到50 億 m2，占全球公共建筑面積的33.5%，每年有2 600 億kW 時的電能消耗，在正常情況下，我國公共建筑功耗只有48 [kW.h（m2.a）]，但大型公共建筑的平均功耗卻達到了112（kW.h）/（m2.a），盡管我國的GDP 水平有很大程度的提升，但和發達國家相比還有很大的不足之處，在資源消費方面顯得尤為突出。所以當前國內建筑業發展亟待解決的問題就是如何在滿足人們日益增長的公共建筑需要的同時減少能源消耗。

2 被動式建筑節能

建筑中的被動型節能主要是相對于主動式節能來說，而主動式節能技術則主要是指利用現代的高科技手段，達到建筑能量重復使用、廢棄物再利用、減少建筑設備能源目標的技術措施。比如：將太陽能發電技術應用于建筑照明，將收集的生活垃圾池通過生物技術形成沼氣，再應用于建筑供熱系統等。這種主動式節能方法雖存在著很大的可能性，但由于其技術上難點的問題，且成本投入者也相對較高，并具有一定的運行危險性，在實際建筑節能運用中性價比較低。而建筑中的被動型節能則主要指在施工前期的工作，經過對建筑物所在地周邊環境的提前評價，科學的合理設計建筑物構造、合理規范建筑房間布置、合理有效使用建筑內部空間、精心選擇建筑施工原材料。以達到建筑住宅及工作環境最舒適為最環保最節能的準則，進行建筑設計時的節能方針。下表1 詳細明確了被動式節能設計中各項數據的要求。

表1 公共建筑反節能數據

3 土建工程綠色施工理念落實管理措施

3.1 綠色施工理念

當前國際上普遍對工程質量都會提出綠色施工的要求，此思想逐漸傳播至國內，并作為中國工程質量的中心思想，此思想在實際施工中著重表現為在利用新科技、新工藝和材料的技術層面上，通過盡量減少對物資能量投入，盡量減少各種資源浪費，盡量減少對大自然的污染，創建無污染、無公害的公共環境，在降低施工成本的同時達到設計規劃中的工程施工質量標準。

3.2 綠色施工理念落實管理措施

創新組織管理模式。對施工項目的管理要與時俱進，不能用老舊的管理指揮新式的建筑，特別是新興的綠化理念，首先，綠色建設施工管理組織必須做好與施工單位、設計單位以及業主、承包人等利益雙方的有效溝通交流，與此同時要與各方共同規劃環保建筑的具體實施計劃。第二，科學規范管理。土建工程建設項目綠化管理理念落實必須強化規范管理，在良好的城市規劃范圍內提高綠化水平。首先，建設項目規模形成，必須做好建筑設計單位、施工單位和業主單位等內部信息數據的合理傳輸，切實確保規劃達到綠化建設規范和要求。其次，建筑設計單位還必須將建設項目中施工儀器運用、裝飾建筑材料運用等方面作為統一的總體實施計劃，加強市場化分析，并選用新的施工建筑材料、施工機械設備，以減少施工垃圾、噪音環境污染和固體廢棄物環境污染。最后，明確管理責任，進行權益分派，崗位分配工作到位，各方面的合理配合，推動綠色經濟管理理念有效貫徹。

4 公共建筑被動式節能策略

堅決貫徹被動式節能方式能夠有效實現新型建筑的節能要求，詳細分析，一個被動節能策略有效的應用價值主要體現在以下兩個方面：

（1）為人們提供了干凈衛生、舒適愜意的建筑風格，與傳統的封閉門窗、利用空調等被動方式實現的建筑環境，以被動式環保策略采用合理布局組織，給公共建筑帶來了清新、潔凈的自然室內空氣，對人們的身體健康有很大的益處，而且滿足人們能夠在建筑物內部親身體驗大自然，在心靈上回歸自然的需要。

（2）符合人民的傳統生活方式與風俗。早上打開門窗進行室內換氣，天氣晴朗時曬太陽是中國人民傳統的生活方式，建筑物要充分考慮到建筑的實用性，被動式環保理念建造的建筑物，將自然通風與被動取暖有機地結合在一起，為人們實現節能環保與舒適性的雙目標提供了有效途徑，使人們的生活更加便利、愜意，同時降低對機械設備的依賴，達到降低能耗的目的。筆者根據中國公共建筑節能狀況，對其中的被動式節能策略的運用進行了剖析，具體內容包括：

①被動節能規劃。設計布置宜選擇能夠吸收或阻擋陽光照射的被動節能設計，利用規劃有利于夏季主要風向透氣或防止冬季建筑物的室外表面空氣散熱速率太快，從而提高或減少風濕溫度。建筑物設計布置使建筑物與夏季主要風向的投射夾角不超過45°；利用城市公共景觀綠地的空氣形狀，布置利于夏季主要風向的空氣流通組織；建筑設計的位置符合各種氣象環境地區的規定條件；需要按照房屋坐北朝南方向設計，盡量避免夏季西向日曬，采用自然通風降溫；避開冬天主導方向，降低對房屋外部表面熱量影響。采用被動式設計布置，以實現建筑低碳環保的目標。

②室內對流通風。在建筑物最初的設計階段，要對建筑設計形式和外窗方位思考，使建筑設計內兩側形成可加或減少壓力，利于建筑設計的天然通風；經過對室內空間布局和窗戶與道路的思考，在建筑設計內產生空氣對流現象，使室內氣體能流向工作區域或人體高度的區域；運用熱壓原理，或運用通風樓、中庭等建筑形成的煙囪效果，進行室內外通風換氣。

③自然采光與導光的相對被動節能。為降低建筑設計公共部位人工通風的消耗量，建筑設計時考慮充分的自然通風。地上空間盡可能減少或設計開間過大，所設置的每一個房間均要設有自然通風格局，而且要充分考慮到眩光的影響，盡量控制眩光現象的產生，并避免因沒有天然通風，或者被拉上帷幕，影響用工地面照明，從而提高建筑能耗。而地下室建筑空間則可通過傾斜院落、通風窗井、導光設備等為地下層建筑自然通風。

④遮蔽和利用太陽能量的被動節能。建筑坡屋面選用太陽輻射吸收率小于0.7 的淺色飾面，建筑平屋面層選用太陽輻射吸收率小于0.5 的淺色飾面，或選用綠化屋面層，以減少建筑物外墻表層高溫，從而降低建筑能耗；建筑的外立面采用對太陽輻射吸收率小于0.6 的淺色飾面，以減少戶外建筑從防護構件中吸得的熱能，并促進室內空氣質量系統環保。根據建筑物所在地理緯度不同，在不影響建筑物整體美觀與實際應用的條件下，可以在建筑物適當的地方安裝太陽能電池板，節約整體建筑的用電量，從而實現節能的目標。

⑤屋面熱反射覆土技術的被動節能。建筑外部的自然環境有時也會對建筑物內部產生不良的影響，為了防止不良影響給建筑物內的人員帶來較差的舒適性，可以在建筑物內部安裝可以進行熱反射的材料，或者進行適當的綠化，可以很好地隔離外部不良環境對室內環境的危害，從而實現了節水降碳的目的。但是現在，絕大多數的體育場在建設過程中均會采用比較集中的建筑布局，所以很有可能出現熱島效應，產生對建筑資源的浪費。為了降低建筑物的資源消耗，通常可以在設計環節中對屋頂材料進行合理規劃，例如使用淺顏色的材料，便可以對熱量產生部分的反射。而且還在建筑物內部進行綠化，夏季時可以減少室內空氣相對濕度，與一般建筑物一樣，綠化屋頂的氣溫普遍降低6~9 ℃，而室內氣溫也就減少了3~9 ℃。而夏天綠化屋頂的制冷效果好，便有助于降低空調的能源消耗，從而實現了保護環境和節電的目的。

5 建筑電氣控制設計中的節能措施

5.1 供配電系統的節能策略

在整個電力系統中的每一臺設備，均會產生電感現象，電感現象會使設備本身產生少量的無功電流，會使電力設備和供電線路產生部分電能浪費，毫無疑問這將會給整個供電系統帶來很大的電能損失。所以，以綠色環保為宗旨的建筑物便要想辦法盡量降低能源浪費。第一，一般導線越粗導線的電阻越小，在電線上損失的電能越少，所以可以適當增加導線的橫截面積；選用電阻率低的導線也是減少電能損耗的方式。第二，再利用高效率低耗能的變壓器來降低季節性的能源損耗，從而大大減少供配電系統的負荷能耗。通過結合上述的節能措施，不僅可以在一定程度上實現節能目標，還能夠有效地提高供配電系統的運行效率。

5.2 照明系統的節能策略

在整個電力系統里面，照明是人們最基本用處最多的功能，所以實現照明系統的節能環保便可以很大程度地提高整體建筑的節能效果。為了達到良好的照明節能效果，可以考慮從以下幾個方面入手：燈具必須選用有效低耗的照明源，同時按照具體應用狀況來研究并考察光感、燈具性能、價格和色溫等技術指標影響。一般情況下，在中國民用建筑中采用最為廣泛的照明燈具是傳統的HID 光線、白熾燈和熒光燈，但現如今的科學技術發展有很大提高，燈具樣式也是千變萬化，人們可以采用各種各樣的燈具裝飾自己的居住環境，公共建筑中也可以采用新型燈具與技術達到節能的目的，例如常見的LED 燈和光纖燈。

6 結語

綜上所述，一般建筑物的電力費用約占建筑物總費用的70%以上，在中國目前電能嚴重短缺的局勢下，如果要實現建筑節能化，則首先要實現電氣控制設計的節約。被動式節能采用的方法是盡可能因勢利導，充分利用現有的自然環境條件，公共建筑設計中有效運用被動式節能措施，從而實現我國建筑的節能目的。