浅析绿色建筑被动式设计策略

2021-10-07李高飞

建筑与装饰 2021年24期

李高飞

安徽实华工程技术股份有限公司安徽合肥 230000

引言

绿色可持续发展不断深化背景下，绿色建筑成为新的关注点，相比较常规建筑，绿色建筑的全寿命周期建设和使用能够尽可能减少对于自然环境的影响。设计人员在贯彻绿色建筑理念过程中，应优先采取低碳被动式设计策略，提升设计方案的有效性。

现阶段，主流设计方面大致可以分为两种，一种是主动式设计策略，主要是依赖不可再生能源，使用和空调设备、照明系统等，同时也包括了借助太阳能、风能、地热能等转换电能的方式，另一种就是被动式设计策略，关注的重点在与建筑朝向、自然通风、蓄热材料等，强调被动接受或者对可再生能源进行直接利用，没有或者很少去利用机械以及动力设备。

1 研究背景及意义

以构建资源节约型及环境友好型社会为目标，我国建筑行业越发重视绿色建筑，而在不断的发展过程中，人们在强调绿色建筑节能环保特征的同时，对于其舒适性提出了更高的要求，主动式设计策略的应用的确可以满足建筑内部环境对于健康及舒适的要求，也可以实现对建筑需求环境以及能源耗费的有效控制，但是因为技术更新速度相对较快，存在设计维护成本偏高的问题，对于工作人员的专业素质也有着较为严格的要求。从这个角度分析，主动式设计策略适用于面积大、经济发展水平较高，或者面积小，具备相对均质性特征的国家，如美国、德国、丹麦等，这些国家通过对主动式设计策略的应用，能够在无视因地制宜的情况下，实现节能减排的目标。而从我国的基本国情分析，因为地域辽阔，不同地区有着不同的自然气候条件，加上区域经济发展不平衡，绿色建筑的设计施工需要关注因地制宜，成本较高的主动式设计策略并不适合推广，被动式设计策略也因此成为绿色建筑设计的主要方向[1]。

2 设计策略的应用优势

2.1 基础良好

我国建筑的区域性差异非常明显而且自古就有，在长期的实践过程中，不同地区形成了能够适应当地自然气候条件的建筑材料和施工方式，也积累了丰富的经验，被动式设计策略的应用难度小，效果显著。

2.2 因地制宜

被动式设计策略本身强调因地制宜，关注对于自然资源以及可再生能源的利用，对于建筑设计人员有着广泛的吸引力，而在实际应用中，被动式设计策略是对于传统建筑资源以及建筑的检测有着较强的依赖性，其能够依照因地制宜和具体问题具体分析的基本原则，对本土存在的传统建筑资源进行深入挖掘和广泛借鉴，还可以使得现代建筑设计人员产生绿色建筑设计的责任感和使命感。

2.3 创新发展

如果从建筑设计或者建筑创新的角度分析，建筑设计人员的建筑学教育水平会对被动式设计策略的应用产生不同忽视的影响，而建筑工程本身的造型设计与城市设计、建筑设计以及细部设计存在密切关联，从推动绿色建筑事业稳定发展，加快绿色建筑设计创作的方面分析，建筑设计人员需要掌握丰富的绿色建筑设计知识，还应该加强与工程技术人员的协调配合，这样才能保证绿色建筑设计的效果。

2.4 市场需求

对比主动式设计策略而言，其本身的优势使得其在绿色建筑中有着良好的应用效果，例如，除去极端严苛环境，或者人们对舒适度的要求存在一定弹性时，这种设计策略虽不具备传统式设计的习惯性和默认性，但是却能够满足人们对于绿色建筑的个性化需求，也可以减少设计施工成本，降低建筑施工和使用过程的能耗及碳排放，甚至于以设备减量为目的的被动式设计策略能够为传统式设计策略的高效利用奠定坚实基础，这也使得极端条件或者要求效率的情况下，传统式设计策略虽然重要，但是更多的是作为被动式设计策略的一种补充，被动式设计策略在推动绿色建筑大规模应用方面，发挥着非常积极的作用[2]。

3 设计策略的应用措施

3.1 以被动概念融入为核心

一是应该避免资源浪费。常规建筑的施工建设不仅会带来资源的浪费，也会对周边的自然生态环境造成一定的破坏，而在建筑环境无法满足建筑设计要求的情况下，资源的浪费会进一步加剧，推动了被动式概念设计、绿色建筑设计与本土建筑设计的结合，避免或者减少资源浪费，是绿色建筑发展的一个关键性内容。二是合理进行投资分配。在绿色建筑被动式设计中，应该将资金投入更多的朝着先进技术方面倾斜，对建筑使用功能以及资源利用率进行强化，而不是关注建筑装置，通过这样的方式，能够在确保建筑投资总量基本固定的情况下，实现节能环保。三是被动式设计应该贯穿建筑整个生命周期。建筑工程的价值周期包括了规划、设计、施工、使用以及拆迁，必须将绿色环保理念以及被动式设计策略应用到整个生命周期内，而不是某一个环节。

3.2 以应用先进技术为手段

一方面，在运用被动式设计策略时，应该强调精准化。举例说明，在南方地区，四季温差小，建筑设计的重点体现在避光、通风方面，北方地区夏季炎热潮湿，冬季寒冷干燥，因此建筑设计的重点体现在防潮保暖方面；另一方面，可以借助计算机模拟技术，对风压、风速等相关数据进行调节，模拟的对象可以说建筑整体的通风效果，也可以是杂音的消除以及光照的调节等，得到最佳的结果，保证建筑设计的合理性。

3.3 做好建筑细节完善

被动式设计策略在绿色建筑中的应用，能够为建筑细节的完善提供良好的参考依据，对于设计人员而言，在针对建筑工程项目进行规划设计的过程中，需要重点关注三个核心问题，分别是建筑细节、城市规划和建筑设计，绿色建筑被动式设计策略的应用可以使得建筑整体的结构层次更加鲜明，也可以促进建筑设计效率和设计水平的提高。举例说明，被动式设计理念可以在建筑整体空间制冷的需求下，针对建筑外部设计结构进行改善，提升建筑的制冷效果，以此来提高设计水平。不仅如此，被动式设计策略还能够实现对于资源的优化应用，为细节的调整提供更大的空间。

3.4 重视建筑选择与气候分析

在针对建筑工程项目进行规划设计前，需要做好其所处地理位置、气候条件和可利用资源等的全面分析，如主导风向、降水量、日照时间、太阳辐射强度等，应对气候条件来对被动式设计策略进行选择和应用，看究竟应该保温还是散热，采用怎样的方式来实现预期目标，又或者对何时应该保温、何时应该散热的问题进行明确。除去气候分析，还需要对地基地形等进行分析，地形会对建筑所处地区的局部小气候产生影响，越是复杂的地形，对建筑设计的要求也越高，必须在充分了解地形条件的前提下，设计人员才能设计出与环境协调共存的绿色建筑。

3.5 做好建筑整体规划布局

在充分了解建筑所处区域的气候和地形条件后，设计人员需要从实际情况出发做好对于建筑整体的规划布局。可以对照区域主导风向以及风的强度等级，调整建筑朝向，做到自然通风，这个环节必须将地形、构筑物和地表下垫面引发的地形风考虑在内，对夏季热通风及冬季遮挡效应进行优化；可以依照冬至日太阳高度，对建筑间距进行合理设置，结合阳光辐射情况实现对太阳能的合理利用；可以依照区域降水量，设置相应的雨水收集装置，做好雨洪调控工作。这些都是建筑规划阶段可以采用的被动式设计策略。而实践证明，越是能够在前期完成的工作，成本消耗越小，取得的效果也越好。建筑设计人员应该充分考虑被动式设计策略的应用，立足绿色建筑规划设计的现实需求，对设计方案进进行优化，提升建筑规划布局的效果。

3.6 优化单体设计和材料选择

3.6.1 建筑形体控制。建筑造型会对建筑围护结构的能耗、采光效果、通风效果及室内舒适度等产生巨大影响，因此在针对建筑形体进行设计的过程中，需要从建筑美学的角度进行考虑，强调建筑的节能性，尽量降低建筑外表面积，缩小形体系数，优化建筑的热工学性能。

3.6.2 热物理性能。建筑热物理性能的设计属于被动式设计的一项重要内容，主要体现在建筑整体及围护结构的保温隔热性能，在对被动式设计策略进行应用的过程中，必须关注建筑的使用性质和使用情况，选择恰当的围护结构，最大限度地满足建筑保温隔热的要求，做到夏季散热，冬季保温，而在对建筑材料进行选择时，也必须考虑其蓄热性能，做到采热、隔热以及热容量的平衡。

3.6.3 平剖面设计。平面布局的合理性会对建筑使用效果产生直接影响，也可以营造出更加舒适的室内空间。不过对于设计人员而言，单纯地考虑建筑平面功能布局是远远不够的，剖面、平剖面的设计同样非常关键，关系着建筑整体功能的实现以及环境的塑造。应该依照不同建筑对于环境品质要求的差异，针对建筑平剖面进行设计，若主要活动空间的环境品质较高，应该将其布置在朝向与环境最好的位置，次要空间可以适当降低提要求，同时设置交通空间和辅助空间作为缓冲。

3.6.4 自然采光设计。自然采光是被动式设计策略的一个重要组成部分，良好的自然采光可以减少建筑对于人工照明的需求，降低建筑能耗，将绿色建筑的特征凸显出来。现代建筑中，会对自然采光产生影响的因素有很多，如房间进深、开窗面积、遮阳设施等。一般情况下，较小的房间进深、较大开窗面积、较差的遮阳有利于建筑自然采光，但是会导致建筑围护结构能耗的增大。基于此，在进行建筑设计的过程中，需要对各方面的影响因素进行权衡，借助计算机模拟在采光和能耗之间寻求平衡。

3.6.5 自然通风设计。自然通风与自然采光一样，都能够降低建筑能耗，满足绿色建筑的需求。在运用被动式设计策略进行自然通风设计的过程中，可以依照不同的通风方式，选择不同的设计方法，比较常见的方法有双层围护结构、开口设计等，设计人员必须依照当地的主导风向及室内的功能需求，对通风路线进行合理设计，也可以通过在通风路线上设置辅助空间的方式，对室内环境进行改善，如将泳池放在进风口位置，外部热风在经过泳池后，会被转变为清凉湿润的凉风，提升通风的效果，同时使得室内环境变得更加舒适宜人。

3.6.6 建筑景观设计。绿色景观设计能够满足建筑景观需求和功能，也可以为被动式设计创造有益条件，在美化建筑空间的同时，借助绿色植物可以减少建筑碳排放，降低建筑散热能耗，在冬季也不会遮挡阳光，保证了良好的采暖条件[3]。