浅析被动式超低能耗建筑设计及其应用

2015-03-26张宇

河南科技 2015年21期

关键词：低能耗被动式气候

张宇

（黑龙江省建设集团建筑设计研究院有限公司，黑龙江哈尔滨 150046）

浅析被动式超低能耗建筑设计及其应用

张宇

（黑龙江省建设集团建筑设计研究院有限公司，黑龙江哈尔滨 150046）

建筑环境质量、节能减排等问题的妥善解决才能促进人居环境的可持续发展，而应用被动式建筑设计技术建立与地域气候与资源环境相适应的超低耗能建筑是一个有效途径。本文基于对被动式设计原理的而研究，分析了超低耗能建筑设计的关键技术，建立了表征室内热舒适需求及室外典型气候的一种精细化方法，提出热工设计被动式太阳能采暖与蓄热通风降温技术的计算方法，并应用于我国西部地区，对于促进地域建筑的可持续发展具有一定的借鉴意义。

被动式；超低耗能；应用效果

我国地域辽阔，但具有世界最多的人口。基于此人均能源与资源严重不足，脆弱的生态环境，不高的经济发展水平，在城镇化进程中，只采用传统建造方式，或利用城市建筑设计规范，都难以对建筑环境质量、节能减排及文化传承的综合需求等问题进行有效解决。城镇建筑亟需采用对地域及社会经济文化背景有针对性地超低能耗建筑设计方法体系，以确保舒适的建筑室内环境、地域风貌及传承传统生态经验，并有效利用太阳能等自然能源，达到节约能源的目的，这被称为被动式超低能耗建筑设计方法。

1 被动式低能耗建筑设计方法

该设计方法是对建筑设计进行研究运用而不是采用对环境进行人工控制的方法与技术提高室内热舒适，研究建筑与室内外气候相互作用，在室内热环境设计中严格按照稳态热平衡理论，通过采暖、通风等主动式环境控制技术对室内热环境进行保持并调节，使其状态达到均匀舒适及相对稳定，而室内微气候全部隔离室外自然气候耗能也不健康。

因18—26摄氏度是人体热舒适度最佳的常温状态，很多地区是室外气候都能够达到该范围，所以，若采用太阳能采暖等被动式技术进行建筑设计，对自然冷热量进行充分利用，就能使建筑设备明显降低能耗，达到超低能耗甚至零能耗的效果，这是被动式建筑设计的原理，通常将建筑能耗近乎于0的建筑称为超低能耗建筑。

被动式设计关键在于利用气候资源的可行性及采用的建筑设计方法，尽可能缩小人体热舒适需求与室外气候的差异，设计目标是采用建筑被动式技术将气候的可调控区间尽可能扩大，使建筑对人工环境设备的需求明显降低。在设计建筑方案的过程中，提高建筑节能效果应基于气候影响各设计环节的程度，气候分析的关键在于对室外气候与人体热感、室内微气候之间关系的准确确定。

虽然建筑设计人员具有一定的气候设计知识，但缺少实践能力，其原因在于对气候进行定量计算的分析方法及工具不足。国际上目前在建筑气候分析方面有图形与表格两大类常用的分析方法，都是基于人体热舒适角度采用被动式技术选择原则对当地气候特征进行分析。因各国及我国部分地区的气候都存在一定的差异，应结合气候特点探讨建立建筑气候分析方法。

2 表征室外气候的精细化方法

对室外气候特征基于建筑热环境及热舒适角度，建筑气候分析技术建立的基础问题应采用准确的数学描述，也是优化低能耗设计的重要条件。建筑节能方面的基础气象参数研究相对于理论分析与数值模拟研究，我国还与发达国家具有一定的差距。对室外气象参数的需求以前还处于稳态计算层面，为精细化的建筑能耗模拟服务逐时数据研究一直没有开展，对建筑节能行业的发展具有制约作用。随着精确计算逐时能耗的动态设计方法在2005年被确立为国家标准，建筑节能中对室外典型气候逐时变化特征的气象年数据准确描述的研发就成为一个重要问题。

国内学者基于此开展了很多基础研究工作，提出典型气象年为基本生成方法，综合气象数据及建筑热环境需求，研发适宜我国的典型气象年的研究方法。典型气象年能够将建筑能耗的逐时变化进行准确反映，还能利用最少的气象数据表明典型的气候变化，技术难点在于精细化模拟与计算量减少之间的平衡。

3 室内微气候与人体热舒适

室内空气温湿度、周围表面辐射温度能够构成室内微气候，对热舒适的小气候环境产生一定程度的影响。室内微气候与体表换热之间的平衡对于环境舒适度具有决定性作用，在建筑创造的室内微气候与热舒适需求比较接近时，建筑的舒适性就越高，节能效果也最明显。具有关测试结果显示，热舒适温度在建成环境中普遍高于设定的恒定温度标准，人体在舒适临界范围，接受自然变化的“动态”环境程度显著优于主动式控制环境。设计的建筑热环境和空调系统基于调节建筑性能及主动适应的设计理念产生重要变革，对恒温环境采用机械调节的设计思维进行改变。