被动式超低能耗建筑设计基础与应用张元

张元

摘要：随着经济的发展，人们愈发注意生活环境的改善和生存质量的提升。我国是一个经济和能源大国，但仍存在着能源短缺的问题，而其中20%-25%的能源都是建筑能耗。在这样的情况下建立在传统建筑基础上的绿色建筑的出现满足了建筑事业发展的要求也满足了人们对建筑舒适度的要求更满足了环保的要求。而被动式设计作为绿色建筑中的一个重要组成部分，以不同于主动设计的自然理念结合本地的发展因地制宜应该得到更多的重视和研究。

关键词：被动式设计；建筑；运用

1被动式建筑设计应用的背景

随着人们生活水平的提高，我国建筑也得到快速发展，同时对环境的污染也越加严重，在此形式下，我国对于环境的保护越加重视，根据调研数据可以观察到居民的平均生活质量跟环境之间有着紧密联系。我国居民对于建筑物的要求逐渐提高，更好保证建筑物质量的同时也要减少环境和资源的污染和浪费，原有的建筑设计原理已经不能满足人们的需求，所以被动式超低能耗建筑设计理念的提出很快就得到人们认可，从而在建筑设计过程中被广泛应用。根据2015年12月3日的第21次联合国气候变化大会中“建筑日”研讨会中表示建筑的节能减排计划，以及中国的国情，我国开始推行“被动优先、主动优化、经济实用”的超低能耗建筑的原则。“被动式超低能耗绿色建筑”是指超低能耗和近零能耗建筑，而被动化超低能建筑设计的应用就是实现绿色建筑的重要理念和技术。

2被动式超低能耗建筑设计原理

随着我国城市化步伐加快，节能环保理念已经深入人心，建筑业一直是我国人民关注的重点，如何在建筑设计时保证建筑的节能环保，成为建筑设计者的思考重点问题之一。被动式超低能耗建筑设计就是根据建筑所在地区的经济文化和气候条件，利用环保型可再生能源进行建筑设计工作。被动式超低能耗建筑设计可以保证建筑物舒适实用性的同时达到节能环保的经济效益。被动式建筑设计技术的设计原理有别于原有的建筑设计理念。原有的建筑理念是人工主控环境，利用空调、采暖等设备对环境进行控制，达到人们满意的室内热环境，但是主动式控制对能源的消耗大，而且隔绝室内与室外自然环境的流通，长久居住会对人体健康造成损害。被动式设计技术的原理是通过自然能源对建筑物提供采暖通风，让室内外的环境相互融合。例如，住宅的室内温度在十八到二十六摄氏度时人在其中最为舒适，我国地区的气候环境大多数都可以满足人们居住的适宜温度，通过室外的太阳能提高室内温度，不仅可以使人居住其中更为舒适，同时可以减少能源的消耗，从而实现建筑物的低能耗。

3被动式建筑的主要优势

3．1高舒适度

高保温隔热、高气密性的围护结构，传热系数在0.8W/m2K以下的外窗，良好的遮阳设施以及带高效热湿回收功能的新风机组，能保障被动房在冬季室内气温在20℃以上，辐射温度不均衡性在4K以下;夏季室内气温在22℃－25℃，自然通风情况下的超温频率在10%以内。由于被动房一定要配备高质量的新风系统，因而能更有效的隔绝外界的空气污染，得到良好维护的新风系统比自然通风能更好的保证室内空气质量;另外由于被动房高质量的围护结构，其隔绝外界噪音的能力不言而喻。

3．2长期经济效益

效益如下:(1)以不高的经济投入建成高质量、高品质的建筑;(2)被动房对能源的依赖性小，可以降低对暖通空调设备的投入。例如可以节约住宅小区的市政供暖接入费，空调系统的制冷制热量大幅下降从而在设备选型时可以选择更小型、更经济的设备;(3)以至多15－20年为投资回报期，初期增加的投资额将被建筑运行期间节约的能源价值所超越。

3被动式设计技术应用要点

运用被动式设计技术设计建筑物时，需要设计人员对建筑物当地的地理风俗等做详细分析，在了解建筑当地的居民在生活中取暖频率、房屋使用率和穿衣风格后，再对建筑物进行被动式设计。例如，当地冬夏温差大，夏季温度高、冬季气温较低，在对建筑物进行设计时就需要注意夏季防热和冬季保暖的建筑需求，根据人居环境的舒适度为原则，在建筑设计中要注意遮阳系统和自动通风系统的安装应用。根据地区原有的建筑风格进行整改，从原有的主动式建筑改变为被动式建筑，使建筑物的舒适度具有弹性，在进行设计时设计人员需要对建筑物需要满足目标要求进行排列，选出重点目标优先设计。在夏热冬冷的地区在设计时要注重自然通风，在遮阳的同时要保证室内采光，在选择围护结构时既要保证夏季隔热又要在冬季进行保温。因为被动式设计技术是在主动式建筑设计基础上衍生而来的，所以在进行被动式建筑设计时要根据主动式建筑的策略和方法进行设计工作。建筑设计人员在进行被动式建筑设计时要从多个方面进行思考实践。例如，设计人员在进行单体层面设计时要与其他建筑相关方面的工程师进行探讨，同时利用最新的模拟软件进行模拟操作，从而完善被动式建筑设计达到低能耗甚至是零能耗建筑。在建筑房屋设计中最为重要的就是采暖系统的设计，采暖系统中应用过被动式设计技术设计时大多采用太阳能为资源进行采暖工作。在实际的建筑应用中使用太阳能辐射进行采暖设计时要注意，太阳辐射在冬季可以减少采暖的能源消耗，但是在夏季太阳辐射的使用很大程度上增加了空调能耗，根据太阳能在应用中的特点，设计人员在被动式建筑设计中，要将太阳辐射产生的热能合理的转换为自然通风的原动力。

4被动式设计技术在实践中存在的问题及改变方法

4．1气候环境的分析

在被动式超低能耗建筑设计过程中最为主要的就是对建筑环境的考察分析，我国现有的建筑设计人员虽然有足够多的环境考察分析方面的知识，但是目前的气候分析工具和定量后的计算方法在实际应用中都存在不足。在实际工作中一般都使用图像影响分析法和表格分析法对环境气候进行分析，两种方法从两种角度对环境进行分析从而得出人体热舒适性的范围。因为我国地域辽阔各地环境之间的差异性明显，在进行环境舒适度分析的时候这两种方法还是存在着不足之处，所以综合我国不同地区的环境特点和气候特征建立一套完整的分析体系已成为建筑设计者的首要工作。

4．2有效温度的计算

被动式设计过程中最为难做到的就是预测室内的微气候和室外的大气气候，但是在设计过程中需要以室外气候波动规律进行调节满足人体热舒适度，同时建筑热环境建设的控制标准也是人体热舒适度为指标，所以对建筑指标的选取时应该以环境的温湿度进行分析有效温度而制定。计算有效温度时也可以通过建立建筑环境气候解析图而得出，在解析图中底图应该是焓湿图、变量为有效温度从而求取不同地区环境的有效温度。根据有效温度计算出室内人体热舒适度和室外气候环境的距离，从而为被动式建筑设计提供指导建议。

4．3被动式建筑设计依据

被动式超低能耗建筑设计时，要根据建筑物所在环境和人体热舒适度为基础数据描述室外气候特征。我国的建筑节能相关的气候参数研究相比于外国而言，还是处于初级阶段，以前我国研究室外气候主要以稳态核算为主，对于建筑能耗的精细化数据的研究工作也是在2005年以后才开始进行。在国家标准中填入能耗精确核算的动态规划办法的基础上，对于室外环境气候精细化表征的研究方法要结合精细化数据才能为被动式建筑设计提供依据。想要实现室外环境气候的精细化表征方法需要根据我国典型气象年的精确的反应来判断建筑能耗变化，同时根据气象变化数据来反应典型的气象变化。

5结束语

综上所述，发展被动式节能建筑对我国社会发展具有重要意义，它可以减少建筑能源消耗，改善环境，因此在建筑设计过程中，必须将建筑节能设计理念融入到设计中，尽量采用低技术被动式节能方式设计高品质建筑，一方面满足人们对建筑质量需求，另一方面满足人们对建筑的环保需求，因此应大力推广被动式节能设计，以此促进节能建筑的发展，从而实现我国建筑行业持续、健康的发展。

参考文献：

[1]住房城乡建设部．被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)［J］．居住建筑，2015(10)．

[2]刘雪霞.被动式设计在绿色建筑设计中运用的研究[J].建材与装饰，2016（20）.