绿色建筑被动式设计策略思考

何建平

（身份证号：440802198610180454）

绿色建筑被动式设计策略思考

何建平

（身份证号：440802198610180454）

现阶段所设计的建筑主要是通过主动式系统来调节建筑室内的温度以及湿度指标，以此使得人们感到舒适，所谓主动式系统简单的说就是指利用机械设备或者是使用无法再生的资源来进行调节环节，所以现代建筑能源消耗非常大。基于此分析，本文结合具体工程实例，对其绿色建筑被动式设计策略进行了思考。

绿色建筑；被动式；设计策略

引言

绿色建筑被动式系统与主动式系统相比，正好相反，并不需要使用机械设备，也不需要应用外部能源，其主要要求就是建筑设计人员在掌握周边环境情况的前提下来进行系统全面的建筑设计，主要依据当地环境的具体情况，比如地形、地势以及温度、风向等，为此实现节能减排的目的，达到绿色建筑的要求。

1　被动式绿色建筑设计的技术特征

1.1场地设计

场地是建筑设计的关键性要素，没有场地也就无所谓建筑设计，场地的选择与设计并不简单，尤其是被动式绿色建筑的场地需要考虑的因素众多，比如渗透性以及光照环境等。为此，绿色建筑场地选择具备要综合全面考虑，做出整体的规划方案。场地设计需要与当地的地形紧密结合，主要是能够合理利用风向，以使建筑通风良好。绿色建筑的小气候环境，受到位置、风向以及周围水体的影响，为了能够建造出适宜的小气候环境，设计人员需要充分的考虑上述因素。

1.2建筑单体设计

建筑单体设计也有方方面的内容需要设计人员考虑，重点有如下内容：

（1）合理选择建筑体型，这其中涉及到一个概念是建筑体型系数，一般而言，建筑体型系统越小，其节能效果也就越好，而与其相关的因素主要有两个：①体量大小；②规整程度，这因素与建筑体型系数之间主要呈反比例关系，所以设计人员可以适当的增加建筑的体量或者是提高建筑规整程度，来达到建筑体型系数小的目的。

（2）注重建筑朝向，建筑朝向问题直接影响着建筑后续的使用，适当的朝向即有助于居住，同时也有助于被动式系统的运用。风压是选择建筑朝向一个关键性的因素，有风压的朝向会对建筑维护结构产生严重的侵袭，因为设计人员在对其进行设计时，应该将建筑外轮廓与该最后，采取分区法将建筑内空间温度进行有效的划分，设计人员应该按照建筑各个房间的使用情况以及居住者对环境的具体要求来进行分区，合理的分区会使得建筑环境更为舒适，更适合人们居住。比如如果建筑的某一部位对热环境要求并不高，可以将其设计在温度相对比较低的地区，比如厕所以及厨房等；而对热环境要求比较高，可以即将卧式等布置在向阳的地方，这符合人们的日常生活习惯，有助于人们的身心健康，设计人员还需要在依据建筑应用者的使用习惯，门斗等区域设计为过渡区域，因此减少传热损失量。

2　典型项目案例

某一建筑设计其具体指标如下：①室内环境指标。室内温度20～26℃；超温频率≤10%；室内二氧化碳含量=1000ppm；围护结构内表面温度的温差不得超过3℃；门窗的室内一侧无结露现象；噪音限值：机房=35dB、功能房=30dB、起居室=30dB、卧室= 30dB。②能耗指标。采暖需求=15kWh/（m2·a）、采暖负荷=10W/m2；制冷需求=15kWh/（m2·a）、制冷负荷=15W/m2；房屋总一次能源= 120kWh/（m2·a）。

3　建模及模拟

3.1软件介绍

Dest（designer′s simulation toolkits）是清华大学从20世纪80年代末开始研究，历经十余年逐步开发出来的面向设计院人员的一款建筑环境设计模拟软件。它可以用于建筑能耗模拟以及建筑环境系列的分析设计。使建筑的设计质量、可靠性得到提升，并在一定程度上对减低建筑能耗起到促进作用。

3.2建模

根据中德被动式低能耗建筑示范房平面图，在软件中建立建筑模型（见图1）。建筑空调房间参数与设计参数相同，内围护结构参数见表1。此被动式建筑位于石家庄，石家庄属于寒冷地区，将采暖季分为11月15日～次年3月15日，空调季设为6月1日～9月1日，空调运行时间为7：00～20：00。

图1　被动房模拟效果图

表1　空调房间内围护结构相关参数

3.3模拟结果及分析

实际设计冷负荷首先按理论不保证时数超过50h，则按全年不保证50h数，通过模拟计算可知建筑最大需求冷负荷为676.28kW。实际设计热负荷按理论不保证1d的日平均温度计算，通过模拟计算可知建筑最大需求热负荷为369.97kW，具体参数见图2。

图2　建筑全年逐时空调需求负荷

通过计算，此被动式建筑全年最大需求热负荷为369.97kW，全年最大需求冷负荷为676.28kW，采暖季平均需求热负荷指标为5.93W/m2，空调季平均需求冷负荷指标为23.54W/m2。由《公共建筑节能设计标准》围护结构特性参考值，此被动式建筑体现出低能耗被动式建筑节能效果。

由图3典型天建筑需求冷负荷指标逐时变化曲线得知：夜晚室外温度较低，没有太阳辐射，相应建筑需求冷负荷指标偏低，早上8：00本建筑开始办公，室外温度增高，太阳辐射量增大，建筑需求冷负荷指标增大，12：00指标降低，之后逐步增加，16：00再次达到极大值，之后逐步下降。其中8月1日20：00时该建筑冷负荷指标为52.46W/m2，16：00建筑冷负荷指标达到7.99W/m2，该建筑1d之内需求冷负荷波动较大，最大负荷指标是其最小负荷指标的6.56倍。

图3　典型天建筑需求冷负荷指标逐时变化曲线

由典型天建筑需求冷负荷指标变化曲线分析得知：在中午11：00～12：00，建筑需求冷负荷指标会下降，在12：00～16：00冷负荷指标会上升，建筑立面墙的直接照射面积大于屋顶直接照射面积，东、南、西、北墙的窗户面积大于中庭天窗面积，太阳高度角的变化影响到太阳辐射带来建筑负荷变化。

4　节能设计优化

（1）无热桥的高效外保温系统。屋顶、外墙和地下室顶板的传热系数要满足K≤0.15W/（m2·K）。非透明外围护结构需要用较厚的保温材料完整包覆，不得出现由梁、板、柱等形成的结构性热桥，不得出现结露发霉现象。对于不可避免的由金属连接件造成的热桥要采取阻断热桥设施。这种构造措施使得整个外围护结构起到冬季保温、夏季隔热的作用。

（2）采用双Low-E高性能保温隔热外窗。外窗具有良好的采光、隔热和保温性能。外窗要满足传热系数K≤0.8W/（m2·K）、玻璃的太阳能总透射比g≥0.35、玻璃选择性系数S≥1.25的性能要求。这种性能的窗可以对不同波长的光线进行选择性透过。同时其气密性等级不应低于8级、水密性等级不应低于6级和抗风压性能等级不应低于9级。

（3）高效热回收新风系统。被动房配有通风效率≥75%的热回收新风系统。新风经过滤等级不低于G4进入室内。空气质量要满足CO2≤1000ppm的要求，并能全年自动运行。这样的新风系统在每次换气时将能量损失控制到25%以内。

（4）房屋良好气密性。房屋应具有包绕整个采暖体积的、连续完整的气密层；每一居住单元应具有包绕整个采暖体积的、连续完整的气密层。房屋的气密性必须满足在室内外压差为50Pa的条件下，每小时的换气次数不超过0.6次，即满足n50=0.6要求。为了使气密能够达到规定要求，需要采取一系列技术措施处理外围护结构的连接节点。

（5）充分利用太阳能和其它可再生能源中国绝大部分地区夏季太阳角高，阳光不易晒入室内，冬季太阳角低，阳光可以很容易照射进室内，使室内得到来自太阳辐射带来的热量。利用太阳光照射满足采光和日间照明要求。利用光导装置将阳光导入地下车库满足照明需求，完全节省了车库的照明用电。利用太阳能解决生活热水需求。如利用房屋的日照时间长且太阳光充足的建筑表面，安装太阳能热水器。

5　结束语

本文以某一被动式公共建筑为研究对象，分析出建筑全年的负荷特征，针对空调季负荷特点，采取建筑遮阳与同时开灯采光策略，分析研究建筑的节能潜力，所得主要结论总结如下：①被动式建筑窗户遮阳是建筑节能的有效措施，对于此被动式建筑，在相同时间内遮阳，13：00～15：00遮阳效果明显，在整个空调季建筑需求累计冷负荷减少12934kW·h。②对于此被动式建筑，如果采用建筑遮阳及开启室内照明策略节能运行，在13：00～15：00时段运行优化节能为3.53%，建筑遮阳也在一定程度上减少机组能耗，也可减缓室内负荷波动。

[1]张东.高层建筑节能改造技术研究[J].山西建筑，2011，37（6）：172～174.

[2]王玲，田稳苓，王丽洁.被动式太阳能生态住宅设计研究[J].工业建筑，2011，41（5）：53～57.

[3]张群，朱轶韵，刘加平，等.西北乡村民居被动式太阳能设计实践与实测分析[J].西安理工大学学报，2010，26（4）：477～481.

TU201.5

A

1673-0038（2015）25-0030-02

2015-5-10

何建平（1986-），男，本科，主要从事建筑设计工作。