被动式高层住宅设计要点

【摘要】随着城市化建设发展速度加快，城市住宅小区越来越趋向于高层建筑建设而高层住宅往往出现夏季室内闷热、冬季室内湿冷的问题，在建筑设计的主动节能之前，应尽量使用被动式设计，解决高层住宅的室内热循环问题。本文对被动式高层住宅设计要点进行了研究，提出了两点策略，分别是冬季保温和夏季隔热，以期为我国建筑节能事业的发展提供基础。

【关键词】高层住宅；被动式设计；节能减排

我国城市建设进程的不断加快，越来越多的高层建筑住宅拔地而起，高层住宅容易受建筑布局、建筑形体和迎风面朝向、景观和道路布局等的影响，尤其在夏热冬冷地区尤为严重。目前高层住宅建筑分布的地区广泛，但平面类型单一，对所在区域气候的适应性较为缺乏。因此，对于被动式高层住宅的研究空间较大，旨在建设适应地域气候的现代高层住宅。

1、被动式高层住宅冬季保温设计

被动式建筑设计是指完全根据建筑本身的规划设计、建筑布局和环境配置，尽量不消耗常规能源，利用和适应地域性的气候特点来创造健康舒适的住宅环境的设计方法。对于被动式高层住宅的冬季保温设计分为两部分进行。第一，冬季保温设计。冬季建筑室内热量主要通过外围防护结构和进入室内的冷空气两个途径散失，要想提高高层住宅的冬季保温性能主要有以下几个途径：（1）设计合理的建筑体形。建筑的体形系数以建筑表面积和体积之比（S/V）表示，同等容积，S/V越小说明表面积越小，夏季辐射热和冬季热损失越小，具有节能意义[1]。因此，在夏热冬冷地区，应尽量减小S/V，将建筑物的体形系数应控制在0.3以下。（2）提高建筑的热阻值。提高建筑外围防护结构的质量，外围防护结构的热阻值越高，保温性能越好。此外，还要提高建筑内部的热阻值，可以在内部空间设置专门的蓄热体，能够延迟散热时间。（3）重点保护薄弱部位。对于玻璃门窗等重点部位进行着重保温。减少玻璃门窗的能源消耗提高保温性能需控制墙面的穿墙比，提高窗的严密性和窗框的保温性能，使用保温能力好的玻璃材质。

第二，冬季采暖设计。夏热冬冷地区的住宅建筑应该做到能从外界积极获取能量，不能完全靠封闭自身能源系统来保温。建筑能够利用的能量有太阳能、地热和水体等。（1）被动式太阳能采暖。利用可再生太阳能，不会污染环境，还能改善室内热环境。被动式太阳能利用与热水器和太阳能电池板不同，是直接利用太阳能进行高效能量转换，可分为直接式、间接式和混合式。直接式获取太阳能是通过墙壁、地板和家具等室内物体来吸收窗户透过的太阳能，并进行储存。在室温低于室内物体的温度时，它们会向空气中辐射能量，提高室内温度。间接式获取太阳能是通过在阳台、中庭或边庭放置热量收集器，大量收集太阳辐射使室内温度升高。混合式是二者的结合，形成一个热循环系统。（2）利用其它资源采暖。热容量大的土壤和水体都具有较强的蓄热能力。地表下的土壤和水无论什么时候都有一定适宜的温度，基本不受外界环境的影响。因此，建筑可以利用这一点，将地下水引入到建筑内部循环，降低采暖能耗。例如，黄土高原的居民建造的窯洞便利用了土壤这一特性，实现冬暖夏凉。

2、被動式高层住宅夏季隔热设计

被动式高层住宅在夏季室内温度过高的原因主要是受气候条件的影响，其次是建筑内部产热，主要来源于室内外空气对流、透射的太阳辐射、周围建筑的反射热和折射热以及室内生活设备使用的余热等。因此，要想夏季防热，既要采取措施降低室外热量，尽量少传入室内，还要努力排出室内热量，改善室内热环境。在夏热冬冷地区对高层住宅进行隔热设计主要有以下几点被动式策略。

第一，外围结构的隔热构造，利用物质的传热、隔热、蒸发、辐射和反射等物理性能，设计围护结构的构造，尤其是住宅建筑的屋盖和东西向墙体，受太阳辐射热较多，需重点处理。通过增加屋盖和墙体材料的热阻来隔断室外的热量，使用绝热材料对墙和门窗等进行绝热，如岩棉等。还可以选择轻质复合材料的外墙板，用作屋盖能够隔热和减轻建筑荷载。此外，利用材料和色彩的反射性能，将太阳辐射热反射除去，例如天棚和墙体采用铝箔隔热层。以无锡市某高层住宅小区为例，在外围结构设计时借助天正节能软件选择合适的墙体材料，采用自保温材料灰砂加气砼砌块作为外围材料，不需要加以保温处理，尽在梁和柱等热桥部位贴厚度20mm的挤塑聚苯板即可，在节能降耗的同时完成墙体隔热需求[2]。又以武汉市某超高层住宅小区为例，通过专家论证选用了岩棉带保温技术，围护结构热工性能比国家现行相关建筑节能设计标准的规定高 10 %以上，且供暖空调全年计算负荷降低幅度高于 15 %。第二，提高门窗的隔热效果，高层住宅的窗户是采光和通风的主要通道，也是隔热的薄弱环节。可以提高门窗的气密性，采用良好的密封条，减少使用空调时的能耗。此外，减少玻璃的辐射热透过率，例如使用热反射玻璃，或者在窗户玻璃上贴有反射作用的镀膜，亦或者采用中空玻璃，既能增加热阻还能增强隔音能力。以武汉市某超高层住宅小区为例，在外围结构设计时选择了三层中空LOW-E隔热断桥外窗，在满足传热系数要求的同时保证透光率，结合外墙保温降低能耗。第三，建筑遮阳。这种策略能够有效减少太阳对建筑的直接辐射能，并且能够减少太阳透过窗户照进室内的热量。在建筑群内种植植被也能够达到遮阳效果，在建筑旁选择高大乔木遮阳，在屋顶和墙面选择小型植物和藤本植物，通过植物吸收太阳能达到降温目的。

结语：

综上所述，在建造大型高层住宅前应优先考虑被动节能措施，将水、光、风三者合理通过建筑设计的方式利用起来，合理设置节能空间，利用大自然的力量和人类的知识减少能源的消耗，实现社会的可持续发展。

参考文献：

[1]李妍.夏热冬冷地区高层住宅室外风环境评价及优化设计[D].浙江大学，2015.

[2]徐培原.夏热冬冷地区高层住宅建筑节能设计[J].江西建材，2016，13：19-20.

作者简介：

王婷（1988.03--）；性别：女，籍贯：湖北武汉人，学历：本科，毕业于武汉大学；现有职称：中级工程师；研究方向：建筑管理工程；