被动式超低能耗建筑设计基础与应用

高宇

摘要：随着我国城市化进程的加快，房地产业发展迅速。在促进城市经济建设的同时，也带来了能源消耗和环境污染问题。从满足可持续发展要求的 角度出发，应更加注重节能降耗，在建设项目规划设计的实施过程中，对建筑的基本形态和空间规划进行合理的控制，将被动设计融入到建筑设计中，在 提高设计效果的同时，实现节能降耗的目标，也是当前建筑业发展需要重点研究的课题。

关键词：被动式超低能耗;建筑设计;基础与应用;分析

1 被动式超低能建筑设计简介

在传统的建筑设计中，供暖、空调等设备都是通过人工手段介入环境 的。这种人工手段利用一些设备来改变和干预建筑环境，提高了人们对住 房的满意度，但也造成了大量的能源消耗。倡导被动式超低能耗建筑设计 理念，既能保证建筑在设计中的实用性和舒适性，又能实现节能环保，促 进经济效益的提高。这一新概念与建筑所在城市的自然气候因素、城市经 济发展水平、文化背景和文化环境密切相关。例如，人们最舒适的生活温 度是 18～26℃。如果室外温度较高，人们可以通过加强通风的手段来满足 身体舒适的要求。如果室外温度较低，可以利用太阳能提高室内温度，满 足人们的要求。被动式超低能耗建筑技术不仅可以避免对周围环境的全面 破坏，还可以通过充分收集和利用自然资源来降低能耗，满足建筑的非能 耗需求。这样，生活环境和自然环境有效地作为一个整体，自然资源得到 充分利用，从而实现多重效益。

2 被动式超低能建筑的设计原理

2.1 气候和环境因素分析

环境和气候因素是被动式超低能建筑设计过程中需要考虑的主要基本 因素。中国幅员辽阔，不同地区的气候差异明显，特别是三亚等热带地区。由于夏季高温，空调需求将增加，而在北方，冬季温度较低，需要大量供 热。因此，在不同地区实施被动式超低能建筑设计时，应因地制宜地选择 最合适的技术，并根据环境条件调整建筑设计方案。

2.2 室内外环境特征分析

在被动式超低能建筑的设计中，除了整体气候环境外，还应使用精确 的数据分析建筑的室内外环境特征。首先，借助当地气候数据，提取典型 气候要素，分析日照、辐射、习俗、温湿度等数据，结合功能需求和最佳 人体舒适度，最大限度地降低建筑室内能耗率。例如，长野冬奥会速滑馆 采用双层可调呼吸外墙设置空气夹层通道，冬夏两季通过开闭调节，形成 冬暖夏隔热效果。分散的屋顶形成天窗，高侧和低侧照明，使自然光在折 射后进入房间，避免眩光对运动员的影响。所有这些措施都满足環境和功 能的要求。

2.3 具有可变现性和推广价值

被动式超低能耗建筑的设计应注意地方特色，植根于区域自然和社会 现实，选择合适的节能降耗措施。二是具有一定的推广价值。以“绿色房 间”设计为例，其原则是通过温室培育生命力强的绿色植物，借助绿色植 物达到室内调温保温的效果，但建设成本很高，只能在实验室进行研究，市场推广很难。在中国古代，许多宜居建筑方法值得借鉴。例如，在一个 深而大的房屋基础上，通过一个简单的庭院和天井，可以全面解决照明、 通风、通信和景观等问题。现代建筑师在人流大、热量高的场所设置无空 调中庭空间和门厅，提供采光、通风和通讯场所，既节约了能源，又提高 了过渡季节室内空间的舒适性。因此，在被动式超低能耗建筑设计的过程 中，有必要考虑综合设计的综合质量。

3 被动式超低能建筑的设计与应用

3.1 车身定位设计

在被动式超低能耗建筑的设计中，建筑朝向应尽量南北向，以有效实 现自然通风和采光。为避免主功能房间西侧阳光照射，可在建筑西墙上设 置相应的景观廊道，并进行垂直绿化，以阻挡夏季西侧强烈的阳光照射，提高室内环境的舒适度。在确定建筑造型的朝向时，应从其功能考虑，不 能盲目采用复杂的设计来追求立面的变化，这将导致能耗的增加。同时，在建筑群布置或单体建筑形式设计时，应避免建筑大面积处于风场涡流区 的情况，通过合理调整风速和风量，实现建筑的自然通风。

3.2 自然能源利用设计

在被动式超低能耗建筑的设计中，使用太阳能、地热、雨水回收系统 和风能等自然能源是建筑形式的主要特征。是目前应用最广泛的自然能源太阳能资源，作为一种清洁能源，太阳能具有零污染、持续再生自然的特 点，在建筑顶部设计中采用太阳能电池板，可以形成光伏发电，其主要原 理是通过太阳能和电能的有效转换，将电能传输到建筑物，它可以减少建 筑物对常规电能的消耗。

3.3 隔热系统

如果建筑结构能够具有良好的保温性能，就可以有效地降低能耗，提 高资源的利用效率，从而达到节能环保的目的。建筑物的隔热性能通常仅 针对建筑物的结构墙进行设计。为了保证建筑具有良好的保温性能，可以 从以下几个方面入手：一是提高建筑外墙的保温效果。建筑结构墙体外层 铺设一层保温效果好的保温板，有效保护室内温度。其次，提高墙体保温 材料的安全性。建筑的安全与人民的生活息息相关，因此建筑材料必须具 有良好的耐火性，并在安装时做好防火隔离。

3.4 门窗系统设计

在建筑门窗的设计过程中，建筑应将气候、主导风向的面积、温度、 湿度等所有因素考虑在内，例如在南方，应在南北朝时期设置一个大窗户，为通风和照明提供便利，物前应适当缩小形体面积，同时，对形体的位置 和数量进行准确计算，确保室内空气能形成对流。还应确定进风口和出风 口的尺寸，以实现对室内空气流速和空气流场的有效控制。通过设置屋檐、 遮阳等具有一定导风功能的构件，可区分窗户的正压和负压，进一步增强 空气流动性。在外窗的东、西侧需要设置相应的遮阳措施，考虑到自然采 光的影响，可采用两种不同的遮阳方式：固定遮阳和可调遮阳。避免眩光，同时确保采光。相比之下，窗扇窗的气密性比平开窗好。此外，应控制门 窗与建筑整体的比例，因为这将直接影响建筑整体的保温效果。

4 被动式超低能耗建筑设计的发展趋势

首先，被动式超低能耗建筑设计是对现有建筑技术的有效补充。我国 地域辽阔，不同地区的气候明显不同，这使得建筑的室内环境差异很大，这也导致超低能耗建筑的形式难以有一个统一的标准。因此，我国应加大 对被动式超低能耗建筑技术的研究，通过更多的人力、物力和财力支持，完善相关技术。建筑设计、施工人员始终树立低能耗建筑设计理念，提倡 使用风能、太阳能等清洁能源，灵活使用各种保温材料，优化设计建筑保 温围护结构、桥梁结构等。

二是利用当地材料提高性能。为了有效控制建筑成本，我们应该在未 来大力开发更多质量和性能优良的地方建筑材料。利用当地材料降低运输 成本，达到控制施工成本的目的。随着被动式超低能耗建筑逐渐被人们所 认识，政府应引导各机构、科研机构、建筑企业和材料加工企业相互合作，共享资源优势。在先进材料技术的指导下，自主研发更优质的材料和产品。同时，我国还应结合国际质量管理体系，建立被动式超低能建筑材料及相 关产品的质量认证体系，确保员工严格遵守要求，减少不良后果的发生。

5 结论

总之，在可持续发展理念不断深化的背景下，建筑行业节能降耗的重 要性越来越突出，引起了社会各界的广泛关注。被动式超低能耗建筑可以 采用被动式设计来降低建筑使用过程中的能耗。无需使用复杂设备，节能 效果好，优势明显。可以有效降低建筑能耗，促进建筑业的绿色发展。

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