被動式節能策略在公共建筑設計中的應用研究

趙明哲

華南理工大學建筑設計研究院有限公司 廣東 廣州 510000

引言

現代經濟水平的提升，對于生活環境提出了較高的要求，致使建筑能源消耗持續增長。建筑是高能耗產業，國家在提出節能減排戰略后，群眾開始認識到高能耗的危害性，要求建筑行業深入踐行綠色、節能的發展理念。建筑節能包括主動式、被動式。主動式節能，即采用現代技術措施降低能源消耗，所以技術投入、資金投入比較大，經濟效益不佳。被動式節能，是利用建筑布局、環保材料等方式，提升建筑的節能性、舒適度，能夠隔離自然與室內空間，通過高效采暖空調設備，創設宜人環境。所以，被動式節能充分應用自然條件，確保建筑適應周邊環境。

1 被動式節能建筑設計概述

1.1 基本概述

公共建筑的特點，在于質量要求高、內部空間大，多采用玻璃幕墻作為外圍護結構。公共建筑的主動式設計，需要采用現代科技、可再生能源代替常規能源，以滿足建筑節能的需求。然而在轉化能源時，技術應用要求非常高，資金消耗大，還會增加管理難度。所以在現代建筑節能研究中，多以被動式節能為主。被動式節能，優化設計室內規劃、空間布局，配合外部環境因素，從而實現節能效果。由于被動式節能的操作簡單，因此技術、資金投入量少，多借助建筑設計實現節能效果，為使用者提供舒適環境，全面滿足人們的生活方式。

1.2 設計意義

我國屬于典型的溫帶大陸性氣候，夏季高溫多雨、冬季寒冷干燥，導致建筑隔熱供暖的難度比較大。在建筑設計中，要深入考慮地區氣候環境問題，如果地區冬季氣候寒冷，則多采用集中供暖方式，雖然解決了取暖問題，但是資源浪費非常大。通過分析全國能耗占比可知，建筑能耗占比約為30%。

在城市現代化發展中，各地區建設大量的高層、超高層建筑。公共建筑設計的規模持續擴大，導致被動式節能技術的需求提升。在設計公共建筑時，為了處理好環境、采暖問題，要結合環保效益、經濟效益，加強建筑節能效果[1]。

2 被動式節能策略在公共建筑設計中的應用

2.1 建筑選址規劃的應用

公共建筑的被動式節能設計，必須高度重視選址問題。由于建筑環境對居民生活的影響大。所以在建筑選址中，要求設計人員實地考察地形條件，合理應用地形中的有利因素，使建筑遠離濕地、農田等區域。在被動式節能設計下，建筑選址要關注以下問題：

第一，光照影響：光照會影響建筑節能，太陽光的紅外線，可以為建筑提供外部熱源，建筑接受光照時間、強度不同，所以內部環境也不同。在建筑選址中，要深入分析光照影響。

第二，風的影響：當建筑長時間受到太陽照射，則會增加內部溫度，降低室內空間的舒適度。傳統設計中，多采用空調設備降溫，然而會增加能源消耗。所以要確保室內通風條件的適宜性，才可以降低溫度。在被動式公共建筑設計中，要參考地區氣候環境，合理確定建筑朝向，從而發揮出自然風的作用。然而要注意的是，建筑選址規避高粉塵區域的風口。

2.2 建筑間距設計的應用

在城市規劃法律中，沒有詳細規定建筑的間距設計標準。然而在公共建筑設計過程中，要求設計人員高度重視間距問題。為了控制好建筑的間距，要從整體布局入手，確保室內采光面積、通風狀態的良好性。日照間距，即建筑主體外墻間距，會受到季節、建筑朝向、地形影響。在設計過程中，設計人員要深入分析采光時間、采光面積、通風狀態，遵循節能、節地原則，合理確定建筑的間距，以提升節能效果。

2.3 規劃布局中的應用

公共建筑的規劃布局，是設計工作的第一階段內容，保證規劃布局的合理性，可以充分利用太陽光線，在夏季、冬季通風中，確保室內溫度的適宜性，改善通風不暢、散熱快問題，提升建筑室內的舒適度。被動式節能策略中，要深入分析建筑朝向，為了充分使用太陽光線，增加室內溫度，要參考地區氣候條件、季節風向，將建筑設計為南北向，減少夏季西曬的影響。在建筑規劃布局中，建筑朝向、夏季主風向角度小于45°，設計人員要重視公共綠地布局、空間排布，在夏季主風向作用下，可以促進通風通暢。在設計鄰近建筑的間距時，也要參考地區氣候條件、能源使用率、建筑安全問題。在設計建筑朝向時，雖然與冬季主風向分離，但可以降低冬季室內熱量損失，實現節能效果。

2.4 體型設計中的應用

體型系數，是建筑與室外接觸的外表面積、建筑體積之比。當建筑體型越大，則建筑分擔的熱損面積越大，消耗的能源越多。在節能設計中，對于建筑體型系數的要求高，要縮小外表面、室外空氣的接觸面積，從而控制散熱。公共建筑的體型系數，與建筑大小、體型相關，所以要分析建筑平面布局，減少凹凸造型的使用，縮小外圍面積，多采用簡單造型[2]。

2.5 構造設計的應用

公共建筑結構，涉及屋面、門窗、墻體。在規劃設計期間，首先要設計墻體，①確保墻體材料的保溫性、環保性，滿足節能設計標準，多使用外貼擠塑板材料。當外保溫設計難度較大時，則要使用其他保溫構造，確保構造性熱橋的溫度。②在設計保溫構造時，還要確保陽臺欄板、裝飾線、空調機擱板的保溫設計。門窗框、墻體縫隙，要使用高效保溫材料填充。針對不同材料的縫隙問題，也要做好防水防滲漏設計。針對洞口部分，要優化構造防水設計。在設計門窗時，由于門窗的能耗損失大，在確保光照、采光、通風條件后，要控制門窗洞口面積，以提升門窗的氣密性，從而阻擋冷空氣進入，加強門窗的保溫功能。在設置窗墻面積比時，為了實現節能效果，不能一味擴大窗墻比，以免增加空調能耗、采暖能耗。通過數據調查顯示，空調設計參數要達到表1標準，才能夠提升室內舒適度。如果設計人員遵循表1標準設計空調系統，則會明顯增加室內的能耗消耗。此外，屋面設計中，保溫層不能選用高吸水性材料，防止保溫層吸水過多，對屋面保溫效果產生影響。公共建筑的類型比較多，為了滿足多種功能的需求，需要設置明亮空間，此時就會增加建筑能耗。基于節能設計看，不僅要實現采暖、空調功能，還要限制屋面透明部分，確保面積小于屋面總面積的25%。設置雙層坡屋面，合理利用太陽能資源，結合季節變化、朝向，保證室內光線的均勻性，阻擋雨水滲入。

表1 空調設計參數

2.6 室內通風設計的應用

建筑設計要深入考慮建筑室內的通風問題，改進建筑機構、門窗位置，從而產生不同的氣壓變化。以加強自然風方式，減少電力能源的使用。優化室內布局、通道，可以促進空氣對流，改變區域風向，使風流向人體舒適區域。改變樓梯通道的開口設計，能夠引導自然風流向室內。建筑內部使用熱壓原理，可以促進自然風對流，從而實現通風效果。此外，公共建筑通風設計中，也會采用空間優化方式促進室內氣流流動，比如中庭設置。中庭采用頂部天窗導風，連通上下空間，加快局部空氣流通。在中庭設計中（圖1），如果不考慮自然采光，則中庭面積大小基本不會影響通風效果，只要合理安排風路，設置天窗，就無須設置大的集中中庭。通風塔也是公共建筑常用的通風方式，是高出屋面并用作抽拔風的設計。利用開口設置，能夠使空氣快速通過并形成負壓，加強風壓對室內氣流的抽拔作用。增加通風塔高度，可以加大熱壓效應，改善建筑通風效果[3]。

圖1 中庭通風設計

2.7 采光導光設計中的應用

圖2 導光管采光示意圖

人工照明產生的電能消耗大，所以在設計公共建筑的照明方式時，要綜合考慮天然采光、導光程序。建筑室內空間，不能選用大縱深布局法，要確保室內光線滿足日間采光需求，同時要控制太陽光的照射強度。所以在規劃設計中，要確保室內縱深的合理性。在設計地下空間時，無須考慮大的光線強度，通過采光窗井、導光設計，提升室內亮度。比如在公共建筑采光設計中，可以應用導光管系統，利用采光罩采集自然光線，經過導光管傳輸之后，利用漫射裝置，將自然光照射到室內需光區域（圖2為導光管采光示意圖）。再比如采光天窗系統，多是建筑頂面天窗，設計人員要按照建筑造型需求開設天窗。天窗的采光效率高、自然光影變化明顯，并且與外部景觀相連接。在近幾年發展中，采光彈窗技術更新速度快，相應提升了密封性能。

2.8 圍護結構設計的應用

合理控制室內環境溫度，有助于降低電能損耗。將室內溫度控制在合理范圍內，可以降低室外環境對溫度的影響，減少制冷、采暖消耗。設置外墻保溫隔熱層，通過高保溫隔熱材料，可以減少室內外的熱量交換，控制額外能耗。優化建筑布局、形狀、表面積系數，能夠實現節能效果。同時，積極防控“熱橋”現象，既可以降低熱損失，還可以減少潮濕影響。固定外遮陽設施，多為不可調節的遮陽設施，比如遮陽板，所以要設計活動式外遮陽[4]。

3 結束語

綜上所述，公共建筑規劃色劑中，被動式節能手段能夠降低能源消耗，無須引入先進設備，即可實現節能目標。本文詳細分析被動式節能在公共建筑設計中的應用，從建筑選址、平面布局、體型構造設計、通風設計、采光設計等角度入手，詳細介紹公共建筑被動式節能，嚴格控制建筑能源消耗，提升公共建筑的綠色、節能水平，實現建筑業的可持續發展。