被动式低能耗建筑设计探析

摘 要 随着可持续发展成为建筑行业的重要指导方向，在任何的建筑工程项目实施过程中，工程企业均需要在设计施工的各个环节融入可持续理念，用节能降耗思想来提升其设计质量。当前的发展背景下，节能降耗设计需始终坚持先进的设计思想与理念，通过全面优化，以降低能耗，为人们提供更为舒适的建筑环境。基于此，本文以“被动优先、主动优化”的设计原则和理念，分析了被动式低能耗建筑设计的原理和要点，对于提升整体设计水平、带动行业可持续发展具有重要的意义。

关键词 被动式;低能耗;建筑设计;分析

近年来，经济社会发展衍生出了被动式低能耗建筑的概念，这一概念在建筑行业发展中的推广和应用虽然在一定程度上促进了建筑行业的转型、产业结构的优化，但是，在当前的市场背景下，被动式低能耗建筑常常会存在很多方面的设计问题，随着建筑行业从资源扩张型向技术内涵型的转变，被动式低能耗建筑设计还需要着力解决诸多的问题，还有着很大的发展前景。因此，在当前行业现代化背景下，各个建筑工程企业、技术人员都需要积极投入到被动式低能耗建筑设计创新中。

1设计理念的提出

被动式低能耗建筑最早诞生于美国，经历了几十年的发展，如果要达到被动式低能耗建筑的设计目标，就需要保障建筑各种原材料的性能、质量。因此，被动式低能耗建筑设计中，对于设计方法、原材料有着严格的标准，其设计的最终目的是通过对传统设计模式的改变来降低建筑能耗，使得建筑设计能够与周边的气候、建筑结构等相协调[1]。一般情况下，在被动式低能耗建筑中，设计人员往往会利用各种的新能源和自然资源，以通过这种方式提升建筑内部与外部环境的舒适性，达到绿色性、环保性的设计标准。

2被动式超低能耗建筑设计原理

近年来，经济社会发展使得人们的生活水平有了质的飞跃，城市化发展步伐逐步加快的过程中，人们对节能环保的关注度日渐提升，尤其是在建筑行业的发展中，节能环保成为热点问题。各个建筑工程项目在实施的过程中，都需要采用节能环保的理念来开展设计与施工。被动式低能耗建筑设计中，设计人员需严格根据建筑所处区域的文化背景与气候、环境条件，加强可再生能源的利用，降低建筑能耗。通过被动式低能耗建筑设计，提升了建筑的综合效益。

与常规的建筑设计理念相比，被动式低能耗建筑设计是一种新的设计理念。一些工程企业在房地产项目宣传时，会采用“恒温、恒湿建筑”作为宣传点，这一宣传点下，主要是为了为人们提供更为舒适的室内热环境，采用的是空调、采暖等辅助设施来进行环境优化，这种人工控制方式下存在的能耗较大，属于主动式设计。而被动式低能耗建筑设计中，重点放在自然资源的利用方面，通过自然能源的有效利用，使得其能够为建筑提供自然通风，保持室内外环境的协调性。比如，正常情况下，人类居住的住宅室内环境温度在18～26℃最佳，我国的气候特征下，基本上可以满足这一要求，通过太阳能资源的有效利用，可以达到低能耗设计目的[2]。

3优化被动式超低能耗建筑设计基础与运用控制策略

（1）环境控制。被动式低能耗建筑设计中，环境设计尤为重要，旨在通过科学的环境设计，来为人们提供更为舒适、健康的建筑环境条件，在具体的设计过程中，需从保暖性设计出发。建筑物使用时往往会受到外界气温环境的影响，也就难以保障建筑的保暖性，在被动式低能耗设计理念下，要尽量消除和减小外界气温环境对建筑的不利影响，通过被动技术措施的应用，保持良好的室内温度条件[3]。在传统的设计理念下，往往是通过开窗设计或者供暖、空调设施的调节来进行温度控制的，没有实现对自然通风的有效利用。而传统设计理念下虽然可以实现温度调节效果，但是，存在着较大的热能与电能消耗，而被动式低能耗设计理念下，设计人员需结合建筑的具体特征，构建新风系统。

（2）气候控制。在我国，不同地区往往存在着极大的气候差异，在被动式低能耗建筑设计过程中，需结合区域的气候特征，根据相应的设计标准来对年供暖量和年供冷量加以有效控制。在相关的设计标准中，有着明确的数值规定，设计人员在设计时需结合建筑物的具体特征，根据这些标准来开展相应的设计，最大限度上为人们提供更为舒适、健康的居住環境。被动式低能耗建筑设计中，气候控制是通过相应的控制策略和技术作用于区域气候条件，通过这种方式来降低建筑能耗。当然，在我国的一些地区，冬季温度非常低，属于严寒地区，在这些地区，被动式控制技术的应用需要在保障室内环境舒适性的基础上，最大限度上降低供暖的能源消耗。

（3）可再生能源利用。被动式低能耗建筑设计理念下，同样需要始终坚持绿色性与环保性的要求，设计人员在实际的设计过程中，要加大可再生能源、新能源的使用，通过这些方式来提高能源资源的利用率，减少建筑中传统能源的使用与消耗。新能源的利用在一定程度上能够有效避免对生态环境造成的巨大破坏，推进循环经济的实现。建筑行业属于高消耗产业，如果要改变建筑高能耗局面，就需要充分从被动式低能耗设计理念出发，通过环境、气候等各种因素的综合考虑，提升新能源利用价值。

（4）建筑因素。在城市化步伐逐步加快的过程中，城市的土地价格也日渐提升，且很多城市面临着严重的土地资源紧张问题，为缓解这一危机，在建筑项目实施时，多以高层建筑为主，高层建筑的增多为被动式低能耗建筑设计提供了更多的可能性。在设计的过程中，建筑群密度、高度与空间等都是需要考虑的关键因素。由于建筑因素的存在，在被动式低能耗建筑设计过程中，设计人员必须要通过对区域地理环境等的分析，来保障区域建筑群密度的合理性，进而在此基础上进行建筑空间的优化。建筑门窗设计时，要尽量选用节能材料，实现南北通透的目的，保障室内空气的自然流通。

（5）建筑被动技术运用。被动技术应用中，就是结合建筑物的实际情况，将太阳能、风能和植物植被等各种自然资源充分利用起来，使得建筑物的围护结构、气密性、新风热回收等能够得到有效的优化。具体来说，被动技术下，冬季一般选用的是太阳能辐射采暖，而夏季以蓄热和夜间降温为主。

4被动式低能耗建筑设计方法

（1）夏季节能设计。建筑夏季节能设计方面，空调冷负荷主要是经由围护结构所传入的热量、太阳能辐射热量、建筑物内的散热量和潜热量所实现的，主要从以下方面来进行：①减少辐射热负荷措施。在减少太阳辐射热负荷的设计中，主要是通过以下方式来实现的：百叶遮阳和结构自遮阳设计;特制玻璃通过自身的性质来阻挡部分的太阳辐射热;立体与垂直绿化设计下，取代了传统的围护结构设计，同样可以有效抵挡部分的太阳辐射热;利用太阳能发电技术，可以将部分的太阳能转化为电能资源，不仅可以使得室内的热负荷大大降低，还能够实现节能减排的目标。②减少传热热负荷措施。建筑低能耗设计中，夏季减少传热热负荷同样是一种十分有效的设计手段，主要是通过以下方式来实现的：双层保温墙体、保温屋面的构建，这些设计下，围护结构的传热系数大大减小，传热热量持续降低;立体绿化和建筑周边水体的设计能够使得建筑的室内温度得到有效的控制;自然通风系统的设计，维持了室内外良好的空气流通。③减少对流热负荷措施。对流热负荷的存在同样使得建筑存在较大的能耗，在节能设计改造中，需通过以下方式来减少对流热负荷：增加通风塔和导风墙等自然通风设计，通过这些设计来使得建筑内的空气流通更为通畅，通过这种该方式来降低室内空气温度、壁面温度，将对流换热量控制在合理的范围内;利用光导采光器实现室内照明，并使用LED灯具。

（2）冬季节能设计。在冬季，空调冷负荷主要包含了围护结构传热、门和窗户的冷风渗透等构成。在被动式低能耗建筑设计理念下，冬季节能设计需要从传热和对流的减少方面来进行。①获取冬季太阳能辐射热，减少室内向室外辐射散热。如果要在冬季实现节能设計，就需要直接利用太阳能资源，增加太阳辐射热，比如，通过活动外遮阳百叶设计，能够使得在冬季的遮阳面积大大减小、特制节能玻璃的使用能够减小室内热量向外辐射。②减少传热冷负荷措施。双层保温墙体和保温屋面的设计下，能够有效将围护结构的传热系数控制在合理的范围内，进而使得在冬季，室内向室外的传热有所减少。在条件允许的情况下，还可以在建筑周边进行水池的设计，这种设计下，较大的比热容可以保持室内外良好的温度条件，阻挡向室内的冷负荷传递。

（3）过渡季节能设计。虽然夏季与冬季的气候差异非常明显，但是，在全年中，夏热冬冷气候区过渡季节非常长，温度条件比较适宜，如果要使得这些时节的建筑设计能够满足低能耗要求，需在建筑中构建自然通风系统，比如，可以进行通风塔、导风墙的设计，保持空气流动。

5展望

近年来，在建筑行业快速发展的过程中，被动式低能耗设计已然成为一种新的设计理念，要提升其设计质量，设计人员需在实际的设计过程中，充分从建筑工程所处区域的气候、地理、环境等因素出发，加强自然资源、新能源的有效利用，通过各方协调来保障设计目标的实现，以充分提高建筑的综合效益。

参考文献

[1] 郝生鑫，陈旭，曹恒瑞，等.被动式低能耗建筑政策梳理及分析展望[J].建设科技，2020（8）：8-12.

[2] 杨柳，杨晶晶，宋冰，等.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].科学通报，2015，60（18）：1698-1710.

[3] 章帅，王慧.基于BIM技术的绿色建筑环境性能评价[J].建筑技术开发，2017（21）：120-121.