我国被动式超低能耗住宅建筑的研究与展望

文／陈宛东 中冶时代置业有限公司 河北唐山 063000

引言：

被动式超低能耗建筑是用保温性良好、气密性高的围护结构进行建筑设计，通过使用热回收技术，利用可再生能源，为人们提供舒适、怡人的居住环境，相关设计要符合不同地区的气候特征和自然条件，保证建筑的优良性能。

1、被动式节能的概念

被动式节能主要是针对配备各类节能设备的主动式节能而言，强调通过对各种自然元素的合理利用，降低建筑对能源的损耗，减轻运行负载。住宅建筑被动式节能设计的核心，是借助相应的技术手段，对建筑所处区域的微环境气候进行调节，换言之，被动式节能设计能够使住宅建筑更好地适应周围的环境和气候，在不增加外部辅助设施的情况下，借助阳光、风力、地形等因素，完成对建筑室内环境的有效调节。被动式节能设计不需要设置外部辅助设施，因此，设计相对简单，在建筑使用过程中，对先进技术没有很强的依赖性，而且能够显著降低建筑需要承受的负载，有效减少能源消耗。被动式节能设计的优势体现在以下3个方面：（1）可以对自然资源进行合理的利用，这是被动式住宅设计建筑具有节能功能的重要一步，例如：太阳光、水流等自然资源，这些都可以形成自然的动能，可以免去重新使用资源来开发动能这一步骤，所以这对节约资源是十分有帮助的；（2）可以对整体布局有一个更好的提前计划，被动式节能的设计会让整个步骤的进程放慢，这对当地的地质有一个很好的考量，实时实地的分析，会对当时的环境有一个更深的了解。这对于整体的住宅建筑设计是十分有帮助的；（3）被动式节能在很大一方面都十分具有科学性，这会帮助你更好的找到整个建筑设计的核心部分，更有利于以后的施工建设。

2、被动式节能住宅建筑的现实意义

2.1 紧跟时代的发展变化，保护环境

我国是人口大国，虽然地域广阔、资源丰富，但是持续增长的人口还是给我国造成巨大的压力。各类不可再生资源迅速减少、生态环境恶化加剧，人们在享受现代生活带来的便利的同时，更是经受着自然环境变化带来的不良影响，在这种情况下，环境保护已经成为现代人们最重要的任务。住宅建筑作为我国主要的建筑类型，其建筑规模与数量都极为庞大，造成的能源康浪费更是巨大，必须要加强被动式节能设计技术的应用，通过改善房屋结构和布局来降低住宅使用中产生的能耗问题，减少其对自然环境造成的不利影响，这也是时代发展变化的要求，是保护环境的现实需要。

2.2 合理发挥各类资源的最大价值，降低能源消耗

住宅建筑施工中要消耗各种建筑材料，因此合理选择建筑材料与施工方式，发挥各类资源的最大价值也能够降低能源消耗，实现节能降耗的目的。设计人员应该根据创建资源节约型社会要求合理的利用大自然中的各种资源，在各施工环节中合理的配置各种资源的使用，从而降低建造过程中的能源消耗，业主的房屋使用成本，并且减少后期运营使用环节的能耗问题。

2.3 符合民众的生活居住要求，提高生活质量

现代人们的思想观念有了极大的改变，针对住宅建筑的使用要求也更高。在住宅建筑设计中最重要的也是要结合业主的实际需要进行室内环境的功能设计等方面。除此以外，还应该将一些健康合理的生活方式引入其中。而被动式节能技术的应用要求设计人员可以结合自然环境和住宅建筑设计要素和要求制订出最佳的节能建筑设计方案，并合理控制建筑物朝向、形式布置等等多个方面，在满足居民生活要求的同时实现节能降耗的目的，提高居民的生活质量。

3、被动式节能在住宅建筑设计中的应用

3.1 保温系统

首先，技术人员要加强对保温、采暖系统材料的选择，相关施工材料要严格符合施工标准，确保材料的无污染、绿色化，避免在施工过程中出现质量问题，当前大多数被动式超低能耗建筑选用的材料为无机保温砂浆、纳米隔热板和GSE泡沫板，这些材料的可控制性较强，能够帮助设计人员在设计系统时，提高操作的可行性，提高保温层的厚度。其次，保温系统的设计要注重散热功能，通过加强墙面的垂直绿化和通风墙、蒸发墙面的设计，将高温产生的热量快速消散。比如：我国的南方地区在冬季经常会出现建筑物室内热量大量流失的问题，建筑企业可通过使用复合苯材料，提高墙体夹层的厚度，提高建筑的保温性能。最后，要加强屋面保温系统的设计，传统的保温材料已经无法满足时代发展的需求，相关企业要加强建筑的一体化设计，尽可能加强建筑的使用寿命。在屋面保温中要进行蓄水、种植，将通风空气层夹板放置在隔热屋面上，促进空气流通，加强吸热能力。在材料选取上，尽可能选择保温砂浆和保温板，并在相关材料上铺设混凝土保护层，提高保温系统的保温效果。

3.2 高性能的门窗

被动式超低能耗建筑要求建筑物内部的环境稳定，与外界环境隔离，内部能量尽量不消耗。而在普通建筑中，透过门窗的散热损失占整个外围护结构能量损失的50%左右。这就要求必须降低门窗的传热系数，必须采用高性能的门窗。建筑物的整体能耗指标的实现需要多次优化调整窗墙比、窗户玻璃层数、厚度等影响K值的因素，选择与外界气候条件相匹配的门窗。高性能的门窗不仅要满足高保温、高气密性的要求，在安装施工时还要进行无热桥设计。为了实现这些目标，不仅对窗户的材质有要求，而且门窗的外形设计与制作、门窗的安装位置及安装方式、五金配件的选择、施工质量及检测等都会对门窗的性能有影响。高性能的窗户多采用3玻2腔的玻璃，面积较大时窗户较重。在设计中的一些构造做法也与普通窗户有所不同，在窗户四周需要设置抱框柱、窗台梁及窗上过梁。

3.3 屋面节能设计

就当前住宅建筑中的屋面结构形式来说，一般倒置式屋面具有更好的节能效果。再加上具有较好防水性的保温材料可以起到防水隔热效果，且保温层在防水层上部又能够大大延长防水层的使用寿命，减少居民居住期间顶楼漏水的情况，也可以提高建筑的价值。在被动式节能技术的应用中也开始广泛使用节能金属屋面，其主要是利用钢结构、玻璃棉、石棉以及金属底板等材料构建屋面金属板、防水透气膜以及防潮隔汽层，从而提高防渗漏效果和隔热保温性，使用寿命也相对较长；屋顶绿化设计也是提高建筑保温隔热能力的重要手段，只需要加强防水设计标准即可。除此以外，坡屋面采用太阳辐射吸收率小于0.7的浅色饰面，平屋面采用太阳辐射吸收率小于0.5的浅色饰面，或同时采用太阳辐射吸收率低的屋面材料和绿化屋面，可降低建筑屋面表面温度，减少建筑能耗。

3.4 做好采光通风设计

住宅的采光通风设计对于人来说，是住宅设计中一个非常重要的部分，有的人喜欢光照充足，通风畅快的住宅，而有的人则喜欢较为背光的地方，每个人的个人喜好不同，由此，对于住宅的实际需求也会不一样，但这项采光通风设计对于设计者的考察技术是十分严格的，只有对采光通风技术知识有一个充分的了解，这样才能完成这项设计。企业要重视员工的专业技术水平，严格按照企业的招进制度，按照需求选择好适合企业发展的、企业所欠缺的通风采光设计的人才，同时企业也要加大对员工的培养，例如：为企业的员工设置培训专业的课程，这种专业性较强的课程，一定要选择先进的项目，这样才能保证员工学到的都是领先的、专业的知识。同时，还要奖惩分明，对认真对待培养课程、专业技术过硬的员工进行奖励：也还要对不认真对待专业培养课程的员工进行惩罚，这样，企业员工才会有一个正确的态度来对待企业的技能培养课程，这种措施才会在员工的身上起作用，这样才能做好一个完美的住宅采光通风设计。

自然采光与通风是被动式超低能建筑工程建设的基础环节，在设计时要注意工程地点的自然环境条件，收集相关气候信息数据，根据实际情况分析、研究、确定最优的方案策略。在工程中要对内侧的抹灰层进行缝隙封堵，确保气密性严实，同时在内侧设置防水膜，进而保证相关使用电线不会被室内的水蒸气浸泡，出现电路故障，要按照30m2/h的标准风量设置新风系统，保证空气过滤等级在G4以上，并在进风和排风管道上安装消音设备，降低通风时产生的噪音。

3.5 朝向设置

被动式超低能耗建筑设计要注意建筑物的朝向设置，要尽可能采用南北朝向的设计方式，从而提高采光度和自然通风量，相关技术人员要结合不同地区的地势、地貌进行适当调整，避免房屋遭受阳光的直射。在建筑型体设计中，要尽可能体现建筑的合理性、简洁性，不能一味的追求低耗能源策略而使建筑结构复杂化。并且被动式建筑要注意保持合理的风速与风量，使建筑穿堂风能够有效成型，为后期设计提供便利。相关朝向设计要尽可能保证建筑成本和节能损耗间的经济平衡，能够有效提高各建筑产业的经济效益，使其符合国家规定的相关能源使用标准，为人民群众提供良好的建筑环境，提高人民生活质量，调动人们的选购欲望。

3.6 可再生能源的充分利用

被动式超低能耗建筑能充分利用可再生能源，如太阳能、地热能、风能、水能等，需要结合建造地点的实际情况，合理选择可再生能源，其核心理念是建筑需要充分吸收大自然所提供的“养分”。建筑是建造在自然环境中的，不能将建筑视为一堆钢筋混凝土的人类科技合成物，要与当地的气候、人文环境充分结合，充分利用人类几千年的智慧和生活经验，打造出低碳环保、舒适宜居的建筑。已建成的被动式超低能耗建筑充分考虑了可再生能源的利用，比如位于河南省郑州市的中原地区首个被动式超低能耗示范项目“五方科技馆”，采用了地源热泵、太阳能光电技术、太阳能光热技术等可再生能源技术。

3.7 在建筑布局设计上的应用

户型设计与业主的居住体验感息息相关。在被动式节能技术的应用中，户型设计上最重要的就是满足采暖和通风要求，因此设计期间需要结合当地的风环境和太阳辐射等因素，并按照不同房间的实际需要进行优化设计，以便可以合理的使用太阳光。比如在房屋内的走廊设计上应该与房间窗户的进出口对应，节约建筑面积的同时确保通风良好；再就是入户门的设计也需要尽可能的避免冬季寒风侵入。由此可见，科学的户型设计也可以达到冬暖夏凉的被动式节能设计效果，从而提高居民的居住体验感。

3.8 有关水资源设计的运用

水资源在建筑建设中起着非常大的作用，没有水的工程设施根本完成不下去，就目前情况而言，我国的水资源浪费情况还是十分严重，人们的节水意识还是没有提高，我们一定要切记要提高保护、节约水资源的意识，让人们把这种意识这一块上，我们要积极的把这种意识落实到我们的实际现实生活中，这样，才能做到真正的保护水资源，让水资源在建筑设计中发挥到自己特有的作用。水资源的设计有很多种，但一个真正好的水资源设计就是能将水资源与现实的应用有效的结合，而不是强拉硬扳，例如：一个住宅，客户既想要向阳面，但又不想房屋很干燥炎热的情况下，水资源设计在这一方面就显得十分重要，可以将水资源引进到房屋墙体的附近，由于水有吸热的作用，水资源引进到墙体的附近，就能有效地吸走墙体房屋部分的热量，这就能有效的为房屋降温，其次，水资源在蒸发的过程中，会产生很大一部分的水汽，这样水汽到房屋墙体内，就能很好的改善了房屋墙体因强烈的日照而严重干燥的局面。

3.9 在建筑功能设计上的应用

在建筑功能设计上应用被动式节能设计主要指的就是自然通风和太阳光照设计。比如在卧室、厨房和卫生间的位置设计上需要根据当地季风气候的影响，合理的调整建筑功能和门窗位置等等，从而产生不同的气压变化来保证室内的受风均匀。同时还可以选择弯曲、多节段平面设计方式可有效控制建筑迎风坡以及背风坡的压力差，或者根据太阳高度角和住宅建筑设计高度来控制日照时间，或使用坡屋顶设计等等；在一些建筑中还可以设置天窗引导自然风的流向，增强空气对流的同时还可以增加阳光映射面积。

3.10 绿化设计

企业的员工应学习专业的绿化知识，例如：让植物围绕着墙体生长，这样能够有效的给墙体降温，在夏季，植物生长茂盛时，可以有效地使室内的温度减少，充分的利用好这些有机的绿色植物，才能使整体的绿化设计有一个质的飞跃，其次，员工一定要学习专业的绿化设计。提高员工学习绿化知识的积极性，只有员工的积极性提高，他们在工作中的效率自然也会提高，这样才会有利于企业整体工作效率有质的飞跃。高度的工作效率会使企业产品在整个市场的占有率提高，也相应的提高了建筑绿色设计的市场竞争力，增强竞争优势。企业一定要提高对培养员工积极性工作的重视程度，这样才能使整个建筑设计企业能有序、均衡的生存。绿化设计在我们的现实生活中，应用的十分广泛，不仅仅知识在被动式节能住宅建筑上，另外，在道路建设的过程中，道路的绿化也可以被应用到这一方面来，所以，员工学习好这方面的专业知识，是十分有必要的，企业的员工学习好这方面的知识后，就能够举一反三，不仅仅只会应用到这方面，学习知识，对于专业的设计者，最重要的就是能够将自己所学的知识有效的应用到自己的实际工作当中，这就能是自己的知识学有所用，这样能够很大的提高企业员工的学习积极性，认为自己学习的知识是有用处的，这对于企业的健康、持续发展也有着重要作用。

4、未来研究展望

伴随着我国“被动式建筑”研究的“小热潮”，“被动式建筑”研究的触角已经延伸到不同的相关研究领域中，如能源与动力、环境科学、生理与心理、经济管理、材料科学、工业技术和生物科学等，包含建筑室内外热环境提升、人体热舒适、不同设计优化等多个研究分支。但目前尚未形成一系列完善的被动式优化设计策略、措施以及相应的评价指标，未来仍需进一步完善相关研究:(1)进一步完善不同地域被动式设计研究。被动式设计条件复杂，不同地域地形和气候情况存在差异，室内外环境对建筑能耗的影响仍需进一步深入，适用于不同气候条件特征的有效被动式建筑设计策略依然比较缺乏，对于被动式策略的综合优化研究依然是未来被动式设计研究的方向。(2)增强被动式太阳能设计的适用性和覆盖率。作为可再生清洁能源的一种，太阳能具有光热效应、光电效应等特性。随着太阳能利用率的提高，被动式太阳能建筑规模不断从严寒、寒冷等太阳能充足的地区向内地扩展，太阳能建筑一体化设计、高层住宅太阳能利用都是太阳能利用技术在建筑层面的发展方向。此外，未来我国被动式太阳能设计将从建筑单体层面不断走向规划层面，与城市风貌融为一体，形成有小范围针对性的有机整体。

结语：

通过对国内“被动式建筑”发展脉络的梳理以及相关研究文献的归纳与总结发现，我国“被动式建筑”研究虽起步较晚但发展迅速，尤其是地域性及气候性相关的研究生生不息，跨领域结合的研究更是势头迅猛，随之而来的是缺少全面、有效的统计数据库以及形成相应的统一体系。未来研究应在国家大力提倡“生态建设”与绿色节能建筑的大背景下，结合“以人为本”的思想，应鼓励跨学科交叉研究，综合多因素因子的影响，有针对性地建立统一的被动式节能研究体系。下一个10年，在节能、健康与舒适的多重关注下，被动式低能耗建筑将面临规模化与区域化发展的新趋势。找到适合我国节能建筑的发展方向，探索符合国家利益和时代需求的建筑节能方案，是建筑发展、变革从而走向成熟的必经之路。