被动式节能在住宅建筑设计中的运用

裴星彤 上海联创设计集团股份有限公司青岛分公司

1 前言

被动式节能，简单来说不是使用主动的机械电气设备，而是通过建筑布局设计，利用自然条件，有效地减少对于建筑物的耗能情况，进而达到节能的效果。被动式节能的设计具有较强的专业性和综合性，有着设计要求高，科技要求低的特点。在进行建筑设计时，就本着节能和经济的理念，利用科学、合理的设计方式，充分发挥节能的效果，如科学布置建筑朝向，合理设置遮阳装置，并优化建筑围护结构，减少建筑对周围环境的污染和能源的消耗，提升建筑行业经济效益同时，为我国的城市建设打好基础。

2 被动式节能设计的概念

在现阶段的建筑施工建设中，关于节能的设计理念，主要可分为：主动式、被动式两种。这里的被动式节能设计，可以更好地减少对于机械电气设备的依赖，对工程建筑区域的环境、位置、气候、季节变化等方面进行综合考虑，利用对于建筑环境的合理布局，达到提高建筑对于气候的适应性。所以，对于被动式节能设计的建筑工程，可以不用通过能源或者机械电气设备的方式，而是对于自然光源、地形、植物和自然风等条件的参与，为人们提供更加舒适的居住环境。因此在对建筑进行被动式节能设计时，除了考虑建筑区域的地理和环境特征，还要注重对于建筑布局的设计，增强建筑节能效果的同时，有效地降低施工成本，以及建筑投入使用时的能耗成本。

对于建筑施工中应用被动式节能设计，第一个成功的案例发生在美国，是利用太阳能供能的方式，对于住宅进行的被动式节能设计。其中的核心重点，是通过现代化的科学技术手段，利用对建筑周围的环境和气候调整和控制，服务用户对于建筑供能的需求。被动式节能设计可以更好地适应周边的环境气候，不需要使用额外的机械电气辅助设备，而是吸收周围的自然光源、温度、风力等自然环境条件，对于建筑内部的亮度温度等方面，进行合理的调节，由于不需要其他的外部辅助装置，也使得建筑的设计可以更加简便，也降低了建筑的施工难度，同时也减少了外部辅助装置的能耗以及对于建筑的承载压力，有效地延长了建筑的使用年限，降低了建筑的建造成本。

3 建筑施工中被动式节能设计

被动式节能设计,从传统的建筑节能设计角度出发，运用更科学、合理的建筑布局，以及对于周围自然因素的利用，进而逐渐发展起来的一项新兴的设计理念，在保证用户对于建筑居住环境的需求的同时，也极大地减少了对于能源的消耗，降低了对周围环境的破坏，更符合我国现代化的社会发展需要。被动式节能设计的诞生和发展，离不开国家相关理念的指导，以及政府的支持和相关行业的技术发展，这也是被动式节能设计发展的必要条件。通过引进国外先进技术，结合我国的能源利用和相关技术的发展，实现了对于建筑被动式节能设计的有效推进。

为了更好地体现被动式节能设计的效果，发挥其中的作用，相关企业和部门在设计和施工前，必须要做好相关的实地勘察工作，详细了解建筑周围的气候变化参数，记录自然环境的动态，并结合用户的具体需求，利用合理的建筑布局和设计，减少建筑的能耗。与传统的主动式节能方式相比，被动式节能设计更加强调人和自然共存的局面，有效降低了对于自然环境的影响和破坏，提升了用户的居住体验，也符合我国关于节能环保的理念推广，被动式节能设计的发展，既是顺应时代发展的必然要求，同时也为我国的城市化建设的推进，打好了坚实的基础。

4 被动式节能设计在建筑中的设计要求

在建筑设计中想要充分发挥被动式节能设计的价值，减少对能源的消耗和对自然环境的破坏，就需要从多方面进行综合的考虑，本文仅从外墙隔热、建筑朝向、水能消耗三个方面进行阐述。

4.1 外墙隔热性强

在传统的建筑设计中，尤其是在北方地区，为了保障室内温度，都会在建筑物内部的中加装一定数量的暖气、地暖等设备，但是这种方式需要消耗大量的能源来维持温度。而被动式节能设计的使用，可以减少乃至去除采暖设备的安装，而是通过运用保温性能良好的材料，尤其是对于外墙的材料和设计，提升保温性的同时增加建筑本身的密封性，通过合理应用的被动式节能设计，更好的增强建筑保温的效果。同时也要做好对于门窗的保温隔热处理，减少内部热量的消耗，更好的保持室内的温度。

4.2 建筑的合理朝向

传统的建筑工程施工中，对于房屋的朝向，受传统观念的影响，大都只是简单的“坐北朝南”的设计和施工方式，缺乏对于周围自然光源和风力的应用。而采用被动式节能设计的建筑，与传统的建筑设计外观并没有太大的差异，而是在进行设计的过程中，为了更好地减少能源消耗，增加对于周围自然因素的利用，会减少对于东西方位的外墙设计，或者是使用落地窗等形式，增加自然因素的利用效果。合理的房屋朝向，有助于减少建筑对于能源的消耗。

4.3 较低的水消耗

除了对于自然光、风力等自然因素的利用，被动式节能设计还注重水资源的浪费，降低建筑内部水资源的损耗，在建筑的实际设计中，增加蓄水的设计，利用储水设备，将雨水进行收集存储，在平时可以使用收集的雨水进行植物浇灌、冲洗马桶、洗车等，有效地降低对于水资源的消耗，降低用户相关费用支出的同时，也极大地改善了建筑周边的生态系统的良性循环。

5 在建筑设计中被动式节能设计的主要应用

5.1 建筑场地的设计分析

因为被动式节能设计是通过对于周围的自然环境进行利用，来达到节能的效果，因此在实际的设计过程中，要更加重视对周围的气候、日照等环境的特征进行充分考虑，实现对于自然的清洁能源的有效利用。被动式节能技术对于建筑场地的设计有着较为广泛的方面，结合建筑周围的地形和环境，对于各项技术建筑设施进行合理的 分配，增强对于环境的利用。

5.2 合理的建筑布局设计

在进行建筑的设计中，要先明确建筑的整体布局，并且设计施工图，参考施工场地的具体环境、经纬度等，科学的制定方案和规范。建筑的形体直接关系着建筑的采暖和能耗的效果，所以，在建筑的设计和施工中要注重对于建筑形体系数的控制，以便更好地降低建筑采暖的能耗。一般来说，每增加1%体形系数，建筑热能耗指标将会增加2.5%，从寒冷地区建筑节能设计上来看，相关标准也针对建筑体形系数做出了非常明确的规定。想要成充分发挥被动式节能设计的效果，可以在建筑现场做好对于气候变化的记录，以数据为基础，运用相关的软件，制作动态的气候模型，设计人员就可以通过模型来对建筑周围的气候变化进行分析，以便更好地完善被动式节能设计方案。同时这种方法，也有适用于建筑的门窗、主体结构等方面的设计，所以，数据的记录越准确越详细，模型的变化也就越符合实际，有效减少对于建筑的能源浪费，更好的体现节能效果。

5.3 建筑的围护结构保温设计

在建筑的围护设计中，对于保温效果的设计，通常有外墙保温、内保温、自保温等形式。根据建筑的区域的不同，可以选择适合的围护结构，保障建筑内部的保温效果，满足国家和用户对于节能降耗的要求。建筑的保温材料多为聚苯板、挤塑苯板、岩棉等，在实际的被动式节能设计中，一般分为外墙内保温和外墙外保温两种方式，其中，外强内保温的工艺更为简单，成本也较低；外墙外保温的整体效果更好。随着科技的发展，新型材料的研发，以及人们观念的提升，这种保温的方逐渐得到了越来越多的认可和应用。

6 建筑施工中被动式节能设计的具体措施

6.1 对于房屋结构的节能设计

在住宅建筑中的结构设计中，可以在各个环节有效的运用被动式节能设计。在屋面设计中，使用倒置式屋面设计，使防水层在保温层下部，降低防水层因干热发生变形，减少施工的成本；在门窗设计中，尤其要注重对于玻璃的设计。尽量降低窗墙的比，并选用高性能的玻璃技术来做好保温和隔热的效果。

6.2 自然采光通风的节能设计

对于自然光和风力的有效运用，是被动式节能设计中的重点和难点。在建筑的设计过程中，首先应分析不同房间对于热量的需求，来进行针对性的设计。例如，将卧室作为采光和通风的主要设计，围绕这一方面做好采光和通风的设计。对于采光的设计有以下几个方面：首先要明确采光的具体要求，如卧室的窗墙比、窗户的材料、位置等，并要注重人工照明时的效果，可以使用导光板，将远处的阳光反射进入建筑的内部，增加室内的采光效果。例如，杭州某社区的建筑改造，就是运用这种方式。通常导光板的材料多为铝制材料，将建筑物远处的光源向建筑反射，并通过在建筑顶部的散射效果，控制建筑内部的采光情况，在保障建筑内部的采光同时，减少阳光刺眼的情况；对于被动式节能设计中的自然风力的运用，首先也要结合建筑地区的位置和主要风向，来保障最佳的自然通风效果。

7 结束语

综上所述，随着我国社会经济的发展，以及我国对于节能环保理念的推广，使得建筑行业中，应用被动式节能的设计得到了越来越多的认可和推广。传统的建筑住宅设计中，对于节能的理念，主要利用电气设备来增强节能效果。但是这种方式前期投入较大，并且在电气设备的使用和维护中，投入的成本和人力较高。而随着时代的发展，现代化的被动式节能设计，可以更好地利用建筑的布局，通过自然光、自然风的利用，做好对建筑的采光、通风、遮阳等设计，减少电气设备的耗能和成本的支出。在当下我国大力推广绿色节能建筑的理念下，提升对于被动式节能设计的应用和发展，增强建筑物所在的地理位置的环境气候和人文生活习惯，在建筑质量达到建筑标准的基础上实现环保节能，对现代化的建筑行业的良性发展，以及对我国的城市化建设的推进，都有着积极的促进作用。