建筑被动式节能设计研究

摘要:建筑是用能大户，是阻碍建筑行业可持续发展的沉重包袱。因此，发展节能建筑是建筑行业的需要。下面就结合实践经验，介绍建筑被动式节能设计原理和应用技术，并结合建筑节能设计实例，阐述了具体设计内容，结果表明建筑节能效果十分可观，为被动式建筑节能设计提供了参考。

关键词：建筑节能；设计原理；热工性能；自然通风；遮阳；节能效应

Abstract: Building is energy-intense, is impeding the construction industry of heavy baggage of sustainable development. Therefore, the development of energy-saving building is the needs of the construction industry. Here is combined with practical experience, this paper introduces the passive building energy saving design principle and application technology, and combined with the architecture energy-saving design examples, this paper expounds the specific design content, and the results show that building energy saving effect is very considerable, for passive building energy efficiency design provides reference.

Keywords: building energy efficiency; Design principle; The thermal performance; Natural ventilation; Shade; Energy saving effect

中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：

众所周知，建筑行业是耗能大户，在我国资源能源短缺日益严重的形势下，发展节能型建筑是势在必行的。被动式节能建筑，主要是指不依赖于自身耗能的建筑设备，而完全通过建筑自身的空间形式、围护结构、建筑材料与构造的设计来实现建筑节能的方式。通过利用遮阳、墙体隔热、自然通风等设计，降低炎热室内温度。

广东省为亚热带湿润季风气候，其特征表现为夏季漫长,冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高而且湿度大，气温的年较差和日较差都小。太阳辐射强烈，雨量充沛。因此，该地区建筑物的能耗主要是夏季用于空调、通风等方面，所以被动式建筑节能设计的重点是解决夏季通风，改善围护结构的热工性能，提高室内舒适性度，从而将建筑能耗尽可能降低到最低限度。

1 建筑被动式节能设计原理

建筑节能的前提是保证室内热环境舒适度，不同气候条件下的室内热环境舒适度差异甚大，不同的气候条件与室内热舒适度要求，决定了不同的设计模式。

对于夏热冬暖地区，根据现场实测与调查表明，“外门窗关闭，既不透风又不空调时，即便室内温度在26℃左右，人也感觉闷热，室内舒适性差。而在自然通风状态下，只要室内温度不超过29℃，相对湿度不超过80％，都会感觉比较舒适”。根据这一室内热环境舒适度要求，设计应通过加强通风对流提高室内舒适性；通过采用建筑外遮阳有效降低室内得热达到室内舒适性；通过改善围护结构的热工性能，对室外气温起削峰平谷作用降低室内温度，从而取得在过渡季节实现减少启用空调节约能耗，以及在夏季启用空调时实现降低空调能耗。

2 建筑被动式节能设计研究

2.1 体育馆外遮阳与自然通风设计研究

体育馆的使用功能与基本模式大体相同，我们在设计某体育中心综合馆时，调研走访了相类似已建成使用的体育馆，出现由于外立面整体造型需要，采用玻璃幕墙将作为交通走道的环形走廊与门厅进行封闭，玻璃幕墙的聚热效应使得环廊门厅吸收太阳辐射热后无法散热，夏季温度高达50～60℃，无法正常使用，只得采用玻璃幕墙加贴隔热膜补救方式解决使用功能。

我们对某体育中心综合馆的设计，将环形走廊与门厅处理成开敞式的外廊并采用百叶遮阳，保证立面完整的同时，获得通风遮阳的良好使用条件（详图1）。

图1

综合馆的开敞式环形走廊与门厅处，温度即为天气预报的室外气温，夏季环形外廊与门厅作为交通及辅助活动空间，类似当地的“骑楼”完全可正常使用，同时骑楼也为比赛大厅充当遮阳构件，否则当比赛大厅外墙处于阳光直接照射时，温度可提高10℃以上，尤其当气温高于27℃时，阳光下的实测气温可达50℃以上。

环廊的开敞式和封闭式设计，两种设计手法对环境气候作出不同诠释，获得结果完全不同，可见确立正确设计理念的重要性。

2.2 塔式住宅自然通风设计研究

1）户型设计思路

板式高层住宅户型，因其采光通风良好具备室内舒适性，在夏热冬暖地区倍受欢迎，但由于面宽大不利于土地利用，同时总平面布置长条形单体不利于环境通风。为兼顾土地利用，同时改善总平面通风环境，我们在某住宅项目中，尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面（详图2）。该平面特点在于为每户配置的入户花园，在核心筒周边形成公共通风道，得以改善一梯多户住宅的南北通风对流。

图2 自然通风塔式住宅平面

2）户型通风模拟分析

为验证塔式住宅平面的通风性能，我们与某科研单位合作，采用phoenics软件进行通风模拟评估。

方案一采用风向偏东27°：

从中可见，B户型由于处于迎风向，除其中一个北房间因入门通道狭长导致通风不良外，其余厅房均通风良好，风速在1.0～5.0m／s舒适范围（见表1）；C户型因风向偏角过大，位于西南角主房间北侧出风口不畅造成通风。

表１人的舒适感与风速之间的关系

不良，其余厅房均通风良好，风速处于舒适范围；A户型因处于背风面，且由于电梯间的阻挡作用，处于穿过入户花园的两股主导风向形成弱风区域，除客厅外其余厅房基本处于风速低于1.0m／s区域，人感觉不到风。方案一户型内通风条件优劣不均，但公共通道对后排建筑的通风有积极作用。

方案二采用风向偏东20°：

从中可见，除A户型北房与餐厅外，A、B、C户型内各厅室均拥有良好的通风条件，风速均处于1.0～5.0m／s舒适范围；C户型的敞开式花园为处于背风面的A户型创造了通风通道，同时A、B、C户型的开敞花园成为穿过本幢建筑的通风道，为总平面通风提供有利条件。A户型的北房与餐厅应加大北窗的开启面积，增大出风口，以改善通风条件。

方案三采用风向偏西20°：

从中可见，除B户型东北角卧室的中心区域风速低于舒适范围外，A、B、C户型室内均获得良好的通风环境，同时入户花园亦成为后排住户的良好通风道。B户型的东北角房间，可通过加大北向窗出风口开启面积或增设开向北露台的窗作出风口，以改善房间通风。

经过风环境模拟评估，证明该住宅，由于设置开敞式入户花园形成的公共通风道，有效地改善各户的室内通风条件，使各户的室内通风达到人体舒适性要求，改变塔式住宅自身通风不良的缺陷，同时为后排住宅留出通风道，有利于总平面通风环境，尤其当多单元拼接时，对住宅总平面的通风环境起积极作用，达到户型设计的预期效果。