公共建筑设计中被动式节能策略的有效运用

陈琛

（北京维拓时代建筑设计股份有限公司太原分公司，山西太原 030000）

0 引言

近年来，我国经济水平高速发展，人民的生活质量逐步提高，在解决温饱问题后人民对生活环境的追求越来越高。所以，对于建筑资源的花销也逐渐增大。与21 世纪初相比，我国的建筑资源费用提高了29%。然而自然环境的逐步恶化与资源的紧缺，促使人们开始从各个方面进行环境保护建设。作为一名建筑设计专业的从业人员，察觉到了建筑资源节约型的必要性，并开始更加重视建设资源消耗。

1 我国公共建筑能耗现状

中国作为一个人口大国，有大量的公共建筑，据统计我国公共建筑面积达到50 亿m2，占全球公共建筑面积的33.5%，每年有2600 亿kW·h 的电能消耗，在正常情况下，我国公共建筑功耗只有48（kW·h）/（m2·a），但大型公共建筑的平均功耗却达到了112（kW·h）/（m2·a），尽管我国的GDP 水平有很大程度的提升，但和发达国家相比还有很大的不足之处，在资源消费方面显得尤为突出[1]。所以当前国内建筑业发展亟待解决的问题就是如何在满足人们日益增长的公共建筑需要的同时减少能源消耗。

2 被动式建筑节能

建筑中的被动型节能主要是相对于主动式节能来说，而主动式节能技术则主要是指利用现代的高科技手段，达到建筑能量重复使用、废弃物再利用、减少建筑设备能源目标的技术措施。例如，将太阳能发电技术应用于建筑照明，将收集的生活垃圾池通过生物技术形成沼气，再应用于建筑供热系统等。这种主动式节能方法虽存在着很大的可能性，但由于其技术上难点的问题，且成本投入也较高，并具有一定的运行危险性，在实际建筑节能运用中性价比较低[2]。而建筑中的被动型节能则主要指在施工前期的工作，经过对建筑物所在地周边环境的提前评价，科学的合理设计建筑物构造、合理规范建筑房间布置、合理有效使用建筑内部空间、精心选择建筑施工原材料，以达到建筑住宅及工作环境最舒适最环保最节能的准则，实行建筑设计时的节能方针。表1详细明确了被动式节能设计中各项数据的要求。

表1 公共建筑反节能数据

3 被动式节能策略的应用原理

在公共建筑设计工作中，充分运用被动式节能策略是极为重要的一种手段，其主要就是指在整个公共建筑设计过程中，其相应的设计目标并非依靠于能源的消耗来为人们提供舒适的生活环境，而是通过恰当合理的规划、配置来优化建筑物周围的生存环境，并且在此基础上较好地改善公共建筑的能耗效果，最终实现整体节能的目的。

具体到这种被动式节能策略的实际应用过程中来看，其实涉及的具体内容和方式还是比较多的，例如，基于公共建筑物外界环境中涉及的地形条件以及气候条件进行有效地处理和优化，促使其自身能够较好地适应以及运用这些外界条件，进而达到节能高效的目的；此外，最为关键的公共建筑被动式节能策略应用还是针对公共建筑物自身的外观以及空间结构等进行合理的规划设计，进而保障其在采光、通风、绿化以及遮阳等各个方面都体现出理想的效果和价值，尽量减少额外能源的消耗，切实高效提升节能水平，达到绿色节能公共建筑的基本要求。在公共建筑设计中对于这些被动式节能策略的应用也并非是随意进行的，虽然说这些设计策略手段的应用最终目的和任务都是为了降低公共建筑物的能耗水平，但是这种能耗的降低还需要重点以人的生活舒适度为基本指标和基本原则，只有保障人们能够较为舒适地应用公共建筑物，才能够充分发挥出公共建筑物的应用价值和效果；相反，如果为了达到最为理想的节能效果而损害了人们的使用舒适度，必然也就违背了被动式节能策略应用的基本原则和要求，不值得提倡。

4 公共建筑被动式节能策略的应用价值与措施

4.1 被动式节能策略的应用价值

坚决贯彻被动式节能方式能够有效实现新型建筑的节能要求，其应用价值主要体现在以下两个方面。

（1）为人们提供了干净卫生、舒适惬意的建筑环境，与传统的封闭门窗、利用空调等被动方式实现的建筑环境，以被动式环保策略采用合理布局组织，给公共建筑带来了清新、洁净的自然室内空气，对人们的身体健康有很大的益处，而且满足人们能够在建筑物内部亲身体验大自然，在心灵上回归自然的需要。

（2）符合人们的传统生活方式与风俗。早上打开门窗进行室内换气，天气晴朗时晒太阳是我国人民传统的生活方式，建筑物要充分考虑到建筑的实用性，被动式环保理念建造的建筑物，将自然通风与被动取暖有机地结合在一起，为人们实现节能环保与舒适性的双目标提供了有效途径，使人们的生活更加便利、惬意，同时降低对机械设备的依赖，达到降低能耗的目的。

4.2 被动式节能策略应用措施

笔者根据我国公共建筑节能状况，对其中的被动式节能策略的运用进行了剖析，具体内容如下。

（1）被动节能规划。设计布置宜选择能够吸收或阻挡阳光照射的被动节能设计，利用规划有利于夏季主要风向透气或防止冬季建筑物的室外表面空气散热速率太快，从而提高或减少风湿温度[3]。建筑物设计布置使建筑物与夏季主要风向的投射夹角不超过45°；利用城市公共景观绿地的空气形状，布置利于夏季主要风向的空气流通组织；建筑设计的位置符合各种气象环境地区的规定条件；需要按照房屋坐北朝南方向设计，尽量避免夏季西向日晒，采用自然通风降温；避开冬天主导方向，降低对房屋外部表面热量影响。采用被动式设计布置，以实现建筑低碳环保的目标。

（2）室内对流通风。在建筑物最初的设计阶段，要对建筑设计形式和外窗方位思考，使建筑设计内两侧形成可增加或减少压力，利于建筑设计的天然通风；经过对室内空间布局和窗户与内廊的思考，内廊墙上设百叶高窗组织穿堂风，在建筑内产生空气对流现象，使室内气体能流向工作区域或人体高度的区域；运用热压原理，或运用通风楼、中庭等建筑空间形成的烟囱效果，进行室内外通风换气。

（3）自然采光与导光的相对被动节能。为降低建筑设计公共部位人工通风的消耗量，建筑设计时考虑充分的自然通风，设置自然采光通风的楼梯间、电梯间。地上空间尽可能减少或设计开间过大，所设置的每一个房间均要设有自然通风格局，而且要充分考虑到眩光的影响，尽量控制眩光现象的产生，并避免因没有天然通风，或者被拉上帷幕，影响用工地面照明，从而提高建筑能耗[4]。而地下室建筑空间则可通过倾斜院落、通风窗井、导光设备等为地下层建筑自然通风。

（4）遮蔽和利用太阳能量的被动节能。建筑坡屋面选用太阳辐射吸收率小于0.7 的浅色饰面，建筑平屋面层选用太阳辐射吸收率小于0.5 的浅色饰面，或选用绿化屋面层，以减少建筑物外墙表层高温，从而降低建筑能耗；建筑的外立面采用对太阳辐射吸收率小于0.6 的浅色饰面，以减少户外建筑从防护构件中吸得的热能，并促进室内空气质量系统环保。根据建筑物所在地理纬度不同，在不影响建筑物整体美观与实际应用的条件下，可以在建筑物适当的地方安装太阳能电池板，节约整体建筑的用电量，从而实现节能的目标。

（5）屋面热反射覆土技术的被动节能。建筑外部的自然环境有时也会对建筑物内部产生不良的影响，为了防止不良影响给建筑物内的人员带来较差的舒适性，可以在建筑物内部安装可以进行热反射的材料，或者进行适当的绿化，可以很好地隔离外部不良环境对室内环境的危害，从而实现了节水降碳的目的。但是现在，绝大多数的建筑在建设过程中均会采用比较集中的建筑布局，所以很有可能出现热岛效应，产生对建筑资源的浪费。为了降低建筑物的资源消耗，通常可以在设计环节中对屋顶材料进行合理规划，例如，使用浅颜色的材料，便可以对热量产生部分的反射。而且还在建筑物内部进行绿化，夏季时可以减少室内空气相对湿度，与一般建筑物一样，绿化屋顶的气温普遍降低6～9℃，而室内气温也就减少了3～9℃。而夏天绿化屋顶的制冷效果好，便有助于降低空调的能源消耗，从而实现了保护环境和节电的目的。

5 建筑设计中其他被动节能策略

5.1 改善场地微气候环境

在公共建筑设计中，底层架空设置对于南方湿热气候具有良好的适应性，底层架空既可以向外部公众提供开放的运动，休闲，交往空间，可以促进自然通风，改善建筑底部风环境。研究表明对于中、低容积率，高建筑密度的建筑组团，通过建筑底层架空的设置改善场地微气候环境较为明显，因此，公共建筑设计中采用底层架空可显著增加自然通风，有效降低能源消耗，达到可持续发展目的[5]。

5.2 提高建筑保温隔热性能

提高建筑外围护结构的保温性能，对于达到建筑节能目的有显著功效。墙体和屋面保温材料的选择是是提高建筑保温隔热性能的关键，选用新型高效的保温隔热材料充分发挥保温隔热作用，可大大降低建筑能耗，达到节能目的。长期以来建筑热损多数是经建筑门窗散失掉的，门窗的保温性能主要由门窗的材料及密封性能决定。玻璃门窗建议选择中空玻璃，双层或三层玻璃，密封材料建议选择丁腈橡胶，具有弹性好、抗老化等特点。提高建筑的外门窗的保温性能，对于北方地区节约采暖能源，改善室内热环境有显著效果[6]。

6 建筑电气控制设计中的节能措施

6.1 供配电系统的节能策略

在整个电力系统中的每一台设备，均会产生电感现象，电感现象会使设备本身产生少量的无功电流，会使电力设备和供电线路产生部分电能浪费，毫无疑问这将会给整个供电系统带来很大的电能损失。所以，以绿色环保为宗旨的建筑物便要想办法尽量降低能源浪费。可采取以下措施：①一般导线越粗导线的电阻越小，在电线上损失的电能越少，所以可以适当增加导线的横截面积；选用电阻率低的导线也是减少电能损耗的方式。②利用高效率低耗能的变压器来降低季节性的能源损耗，从而大大减少供配电系统的负荷能耗[7]。通过结合上述的节能措施，不仅可以在一定程度上实现节能目标，还能够有效地提高供配电系统的运行效率。

6.2 照明系统的节能策略

在整个电力系统里面，照明是最基本的功能，所以实现照明系统的节能环保便可以很大程度地提高整体建筑的节能效果。为了达到良好的照明节能效果，可以考虑从以下方面入手：灯具必须选用有效低耗的照明源，同时按照具体应用状况来研究并考察光感、灯具性能、价格和色温等技术指标影响[8]。一般情况下，在我国民用建筑中采用最为广泛的照明灯具是传统的HID 光线、白炽灯和荧光灯，但如今的科学技术发展有很大提高，灯具样式也是千变万化，人们可以采用各种各样的灯具装饰自己的居住环境，公共建筑中也可以采用新型灯具与技术达到节能的目的，如常见的LED 灯和光纤灯。

7 结语

综上所述，在现代新型建筑中，有各种各样的节能方式，从主客观角度来区分，主要包括主动节能方式和被动节能方式。相对于主动节能方式，被动节能更能够有效利用环境优势，达到良好的节能效果，通过房屋自身的整体布局、材质等与当地环境气候完美融合，在不需要空调等设施长时间开启的条件下，达到用户舒适性的同时，也能保证优良的节能效果。与主动节能方式不同，主动式节能方式主要通过房屋内部环境与周围自然环境完全分离，再利用高效率环保的采暖中央空调装置提供舒适居住环境的方式；被动节能方式的宗旨在于利用现有的建筑物室内设施条件，因势利导，加以当地的自然环境条件，两种条件互相利用，取长补短，在保证舒适环保的条件下，最大限度地适应当地的自然环境。