谈绿色建筑的被动式节能设计策略

谈绿色建筑的被动式节能设计策略发表时间：2017-06-15T14:14:10.100Z 来源：《建筑知识》2017年2期作者：齐健凯[导读] 本文阐述了绿色建筑被动式节能设计的主要策略和技术，对绿色建筑节能设计有指导意义。

（顺德职业技术学院广东顺德 528300）【摘要】当前，绿色建筑作为战略性新兴产业已上升为中国国家战略，并将成为未来城市可持续发展的关键。

根据我国国情，被动式的节能设计技术值得在建筑设计行业大力推广。

本文阐述了绿色建筑被动式节能设计的主要策略和技术，对绿色建筑节能设计有指导意义。

【关键词】建筑设计；绿色建筑；被动式节能【中图分类号】TU201.5 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）02-0202-021.引言目前，建筑行业的发展已给社会造成了沉重的能源负担。

据统计，在世界范围内，建筑的能耗已占到全球总能源消费量的约40%，而我国的建筑能耗已占到社会总能耗的30%以上，已成为我国最大的能耗消费主体。

同时，我国既有建筑存量大，每年新增房屋建筑面积总量大，而这其中大部分却是非节能建筑。

城市的高速发展使得温室气体排放、城市热岛效应、环境污染、资源消耗等日益严重，对环境造成巨大负担。

因此，我国大力发展绿色节能建筑刻不容缓。

2.被动式节能设计的定义被动式节能设计是指在建筑方案设计过程中,根据地域气候和周围环境的特征以及建筑功能的要求,遵循建筑环境控制技术的基本原理，利用建筑物本身的设计，如平面、立面与剖面的设计、空间的组织、建筑结构与材料的选择等，来充分利用各种自然资源，在不依赖耗能设备的前提下，使建筑物本身具有较强的气候适应和调节能力，并创造出舒适的建筑使用环境。

它是以非机械电气设备干预的设计手段降低耗能设备（制暖、通风、制冷、人工照明等）的运转荷载，实现建筑能耗降低，从而减少环境负荷的设计技术。

中国的绿色建筑设计，应优先考虑被动式设计，即利用建筑本身的设计来实现一定的节能功效，这符合我国人口众多、资源和技术实力有限的国情。

3.被动式设计应考虑的主要问题被动式设计的出发点是建筑物本身的设计，主要包括平面形式、功能布局、体型结构、立面构造、建筑绿化、建筑材料等。

这些设计主要应考虑以下问题：（1）应充分利用和应对建筑所在地域的气候特征，如气温、盛行风向、风速、日照条件、干湿度、降雨雪等。

在这些特征中，一部分是积极因素，可被加以利用，例如夏季炎热地区的盛行风可被利用来改善建筑的通风条件；冬季寒冷地区的日照辐射热能可被利用来提高室内温度。

同时，另一些气候特征可对建筑环境产生不利影响，例如冬季寒凉地区的盛行风可直接降低建筑室内温度，不利于建筑采暖。

因此，在进行建筑设计之前，充分调研并分析地域气候特征是十分必要的。

（2）应充分适应建筑场地及周边环境的地形、植被、土壤、水体、人文环境等。

建筑所在的场地和周边环境对建筑的采光、通风、室内温湿度等都会有重要的影响。

因此，设计者对基地和周围环境的调研是前期很重要的工作。

（3）充分考虑被动式设计的局限性和适应性。

相比一些先进的主动式节能技术和手段，被动式设计在节能效果上有一定的局限性，但它是建筑师们应该具备的一种设计思维，那就是：依靠建筑本身的设计努力实现建筑的节能，节约建筑运营成本，提高经济效益，满足不同建设预算、不同经济条件地区的建设需要。

4.被动式节能设计的主要策略4.1 被动式太阳能采暖被动式太阳能采暖是一项重要的建筑节能技术，主要适用于冬季较为寒冷并有较好日照条件的地区。

它是通过对建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间与外部形体的巧妙处理以及建筑材料和结构的恰当选择，无须使用机械动力，收集和利用太阳的辐射热能，使建筑本身具有一定采暖功能的技术。

对于北半球的建筑，主要设计策略包括：扩大建筑南立面面积，并设置大面积开窗或玻璃幕墙，尽可能地获得冬季太阳的辐射热能，同时在建筑立面设计有效的遮阳设施，防止夏季过多的热量吸收；建筑的体形设计要考虑减少冬季冷风对建筑的影响；在平面布置方面，可在建筑南侧设置阳光间建立温度缓冲区；建筑结构和材料的选择应考虑增加建筑的蓄热性能，如选用重质墙（混凝土、石块等）作为墙体材料，减少建筑室内热量的散失。

4.2 充分利用自然采光在建筑设计中，充分考虑对太阳光的利用，将自然光引入建筑内部，有效地控制并将其按一定的方式分配，以提供更舒适的照明，减少对人工光源的依赖，是最为经济和高效的节能手段之一。

自然采光的主要形式有侧窗采光和屋顶采光。

侧窗采光的特点是光的方向性较强、结构简单、经济，但光线相对不够均匀，而屋顶采光则利用各种天窗或屋顶的高低错落进行采光，其特点是采光量较大，光线相对比较均匀。

设计者在自然采光设计中应根据建筑空间的采光需求，从建筑的平、立、剖面设计等角度优化采光效果，同时要便于用户与室外环境景观的接触。

自然采光设计还应采取相应的措施避免眩光和过大的热量吸收，以及避免建筑对周围环境产生光污染。

现代绿色建筑往往还会采取一些先进的技术手段来补充常规采光方式的不足，比如光导照明系统以及各种无需耗能的导光和反射装置等等。

总之，绿色建筑的设计应该重视自然光的利用，力求创造一个健康、舒适、节能的天然光环境。

4.3 充分利用自然通风通过合理的设计实现建筑的自然通风也是被动式节能的重要手段。

自然通风是利用室外风力造成的风压和室内外空气温度差造成的热压，促进室内外空气的流动与交换，为室内提供新鲜空气，同时带走多余热量，降低室温，减少建筑对空调与机械通风系统的依赖，从而节约能源、降低污染。

自然通风的主要类型有风压式通风和浮力烟囱式通风。

风压式通风是利用建筑的迎风面和背风面之间的压力差实现空气的流通，其对于建筑的朝向、形式、开口特性、室内空间布置和外界风环境等的要求较高，通风效果的稳定性相对较弱；而热压式通风则更能适应多变的外部风环境，浮力烟囱式通风则是主要利用热压作用实现的自然通风。

浮力烟囱式通风是利用“烟囱效应”原理来实现的，是一种常用的建筑通风技术。

“烟囱效应”是指因温度差而使室内空气沿着有垂直坡度的空间向上移动的现象。

该通风技术利用这种热空气上升的原理，在建筑上部设排风口，可将室内污浊的热空气排出，而室外新鲜的较冷的空气则从建筑较低的窗口被吸入。

在建筑设计中，可在建筑内部设计贯穿多层的竖向空腔（中庭、拔风井等）满足进、排风口的高差要求，并在顶部设置可控制的开口，将建筑各层的热空气排出，达到自然通风的目的。

在实际设计中，人们往往会采用一些利用太阳能热作用的措施来增强热压的作用效果。

例如，太阳能烟囱技术就是现代绿色建筑中一种先进的自然通风技术，它是应用太阳辐射能量和烟囱的拔风功能来强化热压作用，增强自然通风的效果。

4.4 采取有效的遮阳措施建筑遮阳是被动式节能设计的重要手段。

在建筑设计中考虑对日光的调节，设计有效的遮阳设施，可将太阳辐射热量遮挡于室外，有效降低空调负荷，减少能耗。

在中低纬度地区，利用遮阳措施控制太阳对建筑室内的照射，对降低建筑能耗，提高室内舒适度有比较显著的效果。

许多研究和事实已经证明，建筑外遮阳技术是最有效的节能遮阳措施，主要形式有固定窗口外遮阳和活动窗口外遮阳。

固定窗口外遮阳主要形式有水平式、垂直式和挡板式等；活动窗口外遮阳的主要形式有遮阳板(机翼型、平板式等)，活动百叶遮阳（升降式百叶帘、百叶护窗等），遮阳卷帘等。

4.5 改善围护结构的保温与隔热性能一般情况下，通过建筑外墙的热能损失约占建筑总热能损失的40%，而通过屋顶的热能损失约占20%，因此提高围护结构的保温性能对改善室内热工环境及建筑节能具有重要意义。

建筑围护结构的保温措施主要在冬季寒冷的地区应用较多，其主要目的是提高室内的热舒适水平，减少热量散失，从而降低采暖设备的能耗，主要有墙体保温和屋面保温两种形式。

目前，墙体保温的首选形式是外墙外保温。

它是一种把保温体系置于外墙外侧的保温做法，是较为高效、施工简单的保温节能技术。

外墙外保温的优势比较明显，比如不产生热桥，不占室内面积，不影响室内环境等。

人们需要注意的是：建筑围护结构的保温并不等于隔热。

隔热的目的是尽量减少建筑围护结构吸收的太阳热辐射向室内传递，降低机械制冷系统的运行荷载，从而节约能源，主要也分为外墙隔热和屋面隔热。

4.6 设计高效节能的外窗和幕墙系统建筑的外窗和幕墙系统对建筑能耗也有重要影响。

建筑师在立面设计中应考虑以下内容：首先，应该确定合理的窗墙面积比。

窗墙面积比对建筑能耗的影响，主要取决于窗与外墙之间热工性能的差异，相差越大，则影响越显著。

二是要通过增强外窗气密性，选用节能型玻璃、窗框材料等手段来提高外窗的保温与隔热性能，从而减少能耗。

对于现代建筑，玻璃幕墙也是一种常用的墙体，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来。

玻璃幕墙作为建筑的外围护体系，应具备良好的热工性能，同时应是建筑与外界环境之间的过滤装置，具备防护功能和环境调节功能，提高建筑的节能效率。

目前，除了常见的单层玻璃幕墙，双层呼吸式玻璃幕墙是现代绿色建筑所采用的一种先进的幕墙技术，它的最大特点是由内外二层（或三层）玻璃组成围护结构，玻璃之间留有一定宽度的通风换气层作为缓冲区，并配有可调节的窗口和遮阳设施。

根据不同季节的需要，该系统可起到采暖保温、散热、自然通风、采光等作用，既可用于夏热冬暖的南方地区，又适用于严寒的北方地区。

4.7 绿化与建筑的结合绿色植物不仅能美化建筑环境，还能对建筑节能起到积极作用。

目前，建筑绿化的形式主要有：外墙垂直绿化、屋顶绿化和综合立体绿化等。

绿色植物在夏季可遮挡太阳直射光，起到隔热作用，降低环境温度，减少空调负荷，从而减少能耗。

绿色植物在冬季还可起到一定保温的作用，减少建筑物热量散失，减少采暖设备的负荷，从而节省能源。

绿色植物还可以保护建筑外表面，延长建材的使用寿命，并且还可以缓解城市热岛效应。

4.8 采用节能建筑材料绿色建筑材料的选用也是建筑节能的重要环节。

首先在这里引入一个比较新的概念：隐含能源，指的是建筑材料在原料提炼、加工、制造、运输、施工过程中所消耗的不可再生能源的总和。

从这个概念我们可以看出，建筑材料的选用也将在较大程度上影响建筑在整个生命周期内的能耗水平。

因此，绿色建筑设计应该遵循以下一些建筑材料的选用策略：选用低能耗的建材，主要指加工制造中消耗能源较少的建材；选用可回收、可循环利用的建材；选用本地建材，减少运输途中消耗的能源；选用含可快速再生资源的建材(竹材，麦秸板等)。

5.结语发展绿色建筑，推行建筑节能是未来建筑行业发展的一大趋势。

目前，我国绿色建筑行业还处在初期的探索阶段，发展势头良好，潜力巨大。

根据我国战略规划，十三五期间我国绿色建筑落地指标要达到35%，要实现这一目标，建筑行业应该大力提倡和鼓励绿色建筑设计的实施。