趙麗華， 王　琴

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué), 江蘇 揚(yáng)州　225009)

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淺談對(duì)被動(dòng)式建筑的認(rèn)識(shí)

趙麗華， 王琴

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué), 江蘇 揚(yáng)州225009)

摘要:被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)本質(zhì)在于以人為中心,努力通過(guò)建筑設(shè)計(jì)的改變來(lái)提高人們生活的質(zhì)量,建筑功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)自然能源的保護(hù),全面促進(jìn)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展。本文以國(guó)內(nèi)外城市建設(shè)中被動(dòng)式住宅建筑為主要研究對(duì)象,內(nèi)容關(guān)注建筑發(fā)展問(wèn)題,結(jié)合城市發(fā)展實(shí)際狀況,對(duì)被動(dòng)式建筑的產(chǎn)生和發(fā)展提出了自己的認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn),以期望對(duì)被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)研究能有所裨益。

關(guān)鍵詞:被動(dòng)式;建筑設(shè)計(jì);理念;技術(shù)升級(jí)

近年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,在實(shí)現(xiàn)國(guó)家總產(chǎn)值增長(zhǎng)的情況下,環(huán)境問(wèn)題日益突出。作為設(shè)計(jì)行業(yè)從業(yè)人員,承擔(dān)著建筑可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任,探討更適合環(huán)境更適合時(shí)代要求的建筑,成為必然趨勢(shì),所以本文就“被動(dòng)式設(shè)計(jì)” 、“被動(dòng)式住房”進(jìn)行研究,以期望對(duì)國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑的發(fā)展提出一些有效的建議和意見(jiàn)。

一、被動(dòng)式建筑的提出

“被動(dòng)”這個(gè)詞語(yǔ)是相對(duì)于“主動(dòng)”而言的,傳統(tǒng)意義上有指待外力推動(dòng)而行動(dòng)的意思。但是在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)使用的“被動(dòng)式設(shè)計(jì)”、“被動(dòng)式住房”的含義卻有著不同的內(nèi)容。

首次出現(xiàn)“被動(dòng)式住房”概念是在1988年,當(dāng)時(shí)瑞典的亞當(dāng)森博教授與德國(guó)的沃爾夫?qū)し扑固夭┦吭谶M(jìn)行建筑方面專(zhuān)業(yè)討論時(shí)候,討論內(nèi)容中第一次提到“被動(dòng)式住房”這個(gè)名詞,而后在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,德國(guó)為了這個(gè)概念的建立與推廣做出卓越的貢獻(xiàn)。對(duì)于“被動(dòng)式住房”通俗易懂的解釋就是實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能,建筑物在不主動(dòng)進(jìn)行或者盡量減少能量消耗的情況下實(shí)現(xiàn)建筑物功能最大化。

“被動(dòng)房”原理并不復(fù)雜,通過(guò)提高建筑保溫、隔熱和氣密性能,再通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)熱冷進(jìn)行循環(huán)回收,打造出典型的舒適“夢(mèng)想房”,并實(shí)現(xiàn)熱循環(huán)回收、建筑節(jié)能的環(huán)保節(jié)能效果。[1]它的核心思想與綠色建筑是一致的,綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度節(jié)約資源,節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境和減少污染,提供健康適用、高效使用,與自然和諧共生的建筑。

被動(dòng)式建筑是綠色建筑設(shè)計(jì)在具體實(shí)施過(guò)程中的優(yōu)化典型。綠色建筑以人、建筑和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo),在利用天然條件和人工手段創(chuàng)造良好、健康的居住環(huán)境的同時(shí),盡可能地控制和減少對(duì)自然環(huán)境的使用和破壞,充分體現(xiàn)向大自然的索取和回報(bào)之間的平衡。被動(dòng)式建筑是現(xiàn)代綠色建筑順應(yīng)自然的典范,也是目前建筑領(lǐng)域節(jié)能理念和各種技術(shù)產(chǎn)品的集大成者,它也將是人類(lèi)未來(lái)居住建筑的趨勢(shì)。

德國(guó)早在19世紀(jì)70年代就開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室研究被動(dòng)式建筑,到2010年為止國(guó)內(nèi)有大量的建筑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式,占到整個(gè)世界被動(dòng)式建筑的三分之一。而在中國(guó)被動(dòng)式建筑尚處于初級(jí)發(fā)展階段,在這樣的背景下,研究被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)具有劃時(shí)代的意義。

二、被動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)理念

被動(dòng)式建筑的核心就是能效,從建筑的根源上分析,建筑是利用建筑材料進(jìn)行建筑施工活動(dòng)實(shí)現(xiàn)建筑空間,滿(mǎn)足人的使用功能和精神需求,實(shí)現(xiàn)高能效,可以從建筑材料、建筑施工技術(shù)、建筑空間設(shè)計(jì)等建筑最基本的要素出發(fā),研究分析實(shí)現(xiàn)建筑更節(jié)能更舒適的目的。

當(dāng)研究建筑史的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)在不同歷史時(shí)期,不同國(guó)家不同地區(qū)使用著不同的建筑材料,土、石、木、鋼、玻璃、蘆葦、塑料，甚至是冰塊等一切可以利用的材料,因地制宜成為不變的原則。被動(dòng)式建筑也不例外。被動(dòng)式建筑理念適用于世界各個(gè)地方,只是每個(gè)國(guó)家每個(gè)地區(qū)要根據(jù)氣候環(huán)境的具體分析規(guī)劃出適合本地的被動(dòng)式建筑原則。例如德國(guó)被動(dòng)式建筑的一些參數(shù)應(yīng)用到中國(guó)就需要調(diào)整,而中國(guó)的北方嚴(yán)寒地區(qū)和南方的多雨地帶實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式建筑又不用。但是一條基本理念是因地制宜地盡可能利用自然條件和環(huán)境,減少或不用化石能源,通過(guò)采用高效的節(jié)能措施,增強(qiáng)建筑物的保溫性和氣密性,同時(shí)減少室內(nèi)熱(冷)量的散失,并利用可再生能源實(shí)行采暖和制冷。

荷蘭一名建筑師公布了就他看來(lái)的世上第一個(gè)100%綠色的小城市,而這和我們現(xiàn)在所居住的相去甚遠(yuǎn)。在設(shè)計(jì)師眼中的未來(lái)城市中,人們生活在由回收的木頭搭成的樓房中,其表面還幾乎被綠葉植物所完全覆蓋,以達(dá)到冬暖夏涼節(jié)約能源的目的。這座綠色的烏托邦小城被建在一個(gè)城市的林地中(圖1),因此這附近沒(méi)有絲毫汽車(chē)的蹤跡,也沒(méi)有架在空中的各種電線,但其卻能在這種情況下保證能源與水源完全地自給自足。這種高大、修長(zhǎng)且可拆卸的房屋有著6m×6m×12m的樹(shù)狀結(jié)構(gòu),使用了三層玻璃窗和太陽(yáng)能電池板,其擁有壯觀的植被立面。該建筑基本上就是阿拉伯?dāng)?shù)字“1”的形狀,但在其內(nèi)部卻設(shè)有玻璃大廳、天窗、大窗戶(hù)和法式大陽(yáng)臺(tái)。[2]這一概念普遍適用于現(xiàn)在多數(shù)城市以及大自然的設(shè)定。

圖1　100%綠色城市

政府作為整個(gè)社會(huì)發(fā)展的規(guī)劃者,應(yīng)該扮演主要推動(dòng)者的角色,如果政府出臺(tái)政策要求嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的被動(dòng)式建筑規(guī)范,明確指出被動(dòng)式建筑采用的具體施工標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)一系列經(jīng)濟(jì)扶持政策跟上,那么對(duì)于地方被動(dòng)式建筑的發(fā)展將起到積極作用。建議政府能夠提供相關(guān)咨詢(xún)指導(dǎo),更重要的是政府提供更優(yōu)惠的低息利率政策, 以吸引開(kāi)發(fā)商等對(duì)被動(dòng)式建筑進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

三、被動(dòng)式建筑實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)

理解被動(dòng)式建筑關(guān)鍵技術(shù)可以用下面一個(gè)小例子解釋。一只不銹鋼的水杯和一只紫砂水杯,同時(shí)放進(jìn)同樣溫度的熱水,在一定時(shí)間后,測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩個(gè)杯子水溫不同,即外部材料的保溫能力決定了散熱情況的不同,如果讓溫度較低的水杯提高溫度那么需要繼續(xù)加熱,這就是主動(dòng)式了,而利用材料本身降低散熱就是被動(dòng)式。再接著這個(gè)例子繼續(xù),如果兩個(gè)水杯材料相同,但是一個(gè)杯子的蓋子很?chē)?yán)密,而另一個(gè)口徑則有空隙,也決定了散熱的不同。用這個(gè)例子就很容易理解被動(dòng)式建筑的關(guān)鍵技術(shù)是杰出的保溫墻體、創(chuàng)新的門(mén)窗技術(shù)、高效的建筑通風(fēng)、電器節(jié)能。

例如在斯德哥爾摩以北80公里地區(qū)建造的被動(dòng)式房屋,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能達(dá)到了相當(dāng)高的水平。在保溫方面,被動(dòng)式節(jié)能房匹配了一系列的技術(shù)和材料系統(tǒng),其外墻外保溫鋪裝厚度超過(guò)20cm,屋頂保溫層是超過(guò)30cm,并且兩層之間樓板均鋪設(shè)有保溫板,陽(yáng)臺(tái)與外墻之間也進(jìn)行了保溫分隔。由此可見(jiàn),當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到如此優(yōu)異的性能后,室內(nèi)外的熱交換被降到最低。[3]

對(duì)于門(mén)窗技術(shù),首先是窗框材料的選擇,窗框體采用超級(jí)保溫復(fù)合框體,而窗戶(hù)采用的玻璃,被動(dòng)式建筑也有明確要求。玻璃采用三玻兩腔結(jié)構(gòu)使其具有超強(qiáng)的保溫性能。值得慶幸的是,目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)與德國(guó)相關(guān)行業(yè)聯(lián)合研制出符合國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑發(fā)展需要的房屋用窗標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品——森鷹PASSIVE120。

在中國(guó)青島的建筑項(xiàng)目“在水一方”15#樓可以說(shuō)是在中國(guó)的首個(gè)被動(dòng)式建筑案例,該項(xiàng)目玻璃采用復(fù)合真空玻璃和三層雙中空充氬氣的結(jié)構(gòu),它的傳熱系數(shù)0.65～0.88W·(m2K)-1, g=0.5;外窗框采用多腔塑料型材,傳熱系數(shù)1.5W·(m2K)-1,整窗K=1.00W·(m2K)-1。[4]

在2010年上海世博會(huì)上,中國(guó)館以低碳為核心,采用了LOW-E雙層中空鋼化玻璃。這是一種新型節(jié)能安全玻璃,可以阻擋陽(yáng)光中的大部分熱能和紫外線,可見(jiàn)光的透射率則高達(dá)80%。在炎熱的夏天,既降低了制冷能耗,又保證了充足陽(yáng)光(圖2)。

圖2　2010年上海世博會(huì)中國(guó)館

上述給建筑物穿“衣服”的做法是保持室內(nèi)自然恒定氣溫的一種方式,而在建筑中有意設(shè)置“通風(fēng)廊道”也是一種保持冬暖夏涼的重要方法。不論是北京的僑福芳草地還是杭州的低碳科技館,它們都在大樓內(nèi)部保持高挑寬大的中庭,安排流線型的通風(fēng)走廊與通風(fēng)豎井,從而引導(dǎo)自然風(fēng),減少空調(diào)能耗。

地道通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用也普及開(kāi)來(lái),這一綠色建筑技術(shù)在貴安新區(qū)清控人居科技示范樓中也有所應(yīng)用?；诮ㄖ錈嶝?fù)荷分析和能耗模擬軟件以及地道通風(fēng)模擬程序,設(shè)計(jì)和模擬了該地道通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效果,該建筑設(shè)計(jì)地道采用長(zhǎng)度為150m、內(nèi)徑為1m的高密度聚乙烯通風(fēng)圓管,最高風(fēng)量設(shè)計(jì)為5000m3·h-1,管內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速為1.77m·s-1。關(guān)于地道通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行,冬季采用定風(fēng)量,即最小新風(fēng)量(項(xiàng)目設(shè)計(jì)為50人,1500m3·h-1),夏季采用3檔變速。夏季的運(yùn)行策略為:根據(jù)當(dāng)日預(yù)報(bào)最高氣溫和前一天地道出風(fēng)溫度進(jìn)行高、中、低檔風(fēng)量調(diào)節(jié)。該策略的物理意義在于:當(dāng)日預(yù)報(bào)最高氣溫預(yù)測(cè)當(dāng)日的負(fù)荷,預(yù)測(cè)的最高氣溫越高,當(dāng)日負(fù)荷越大,需要增加新風(fēng)量,從而增加供冷量;前一天地道出風(fēng)溫度描述了地道的制冷能力,前一天地道出風(fēng)溫度越高,說(shuō)明地道制冷能力越弱,需要增加新風(fēng)量,從而保證項(xiàng)目需要的供冷量。[5]

這些被動(dòng)式建筑運(yùn)用通風(fēng)換氣系統(tǒng)的原理。為了保持室內(nèi)的新鮮空氣,要求及時(shí)與廢舊空氣進(jìn)行交換,同時(shí)保證新鮮空氣的溫度與室內(nèi)相適應(yīng),被動(dòng)式建筑的能量回收通風(fēng)系統(tǒng),將廢氣中的大部分熱量留住,加熱進(jìn)入室內(nèi)的新鮮空氣。預(yù)熱的新鮮空氣,通過(guò)管道線路,送到各個(gè)房間，熱量回收之后的廢氣,通過(guò)管道線路排到室外，用建筑自身的能量為建筑本身提供支持。

四、被動(dòng)式建筑關(guān)注新能源利用

2015年米蘭世博會(huì),中國(guó)館展出的“中國(guó)夢(mèng)花園”里呈現(xiàn)這樣一個(gè)場(chǎng)景:園里有集水裝置將雨水轉(zhuǎn)化為飲用水，水流沖刷而下呈現(xiàn)水幕電影……而這美妙圖景的呈現(xiàn)并不需要額外供電。屋頂上的那一層薄膜能持續(xù)吸收光,轉(zhuǎn)化為電能為花園里各項(xiàng)設(shè)備供電。花園里采用的就是太陽(yáng)能薄膜,其厚度只有數(shù)微米,而轉(zhuǎn)化為電能的比例則高達(dá)13%。比起傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板,它重量輕、可塑性強(qiáng)、成本低、轉(zhuǎn)換率高(圖3)。[6]

圖3　2015年米蘭世博會(huì),中國(guó)館展出的“中國(guó)夢(mèng)花園”

國(guó)外也有優(yōu)秀案例: 總部位于倫敦的sbotic建筑事務(wù)所在建筑集成聚光太陽(yáng)能發(fā)電方面取得了進(jìn)展,提出了“六大城市太陽(yáng)能高層建筑”方案。這種零排放的都市塔樓采用一種透明的球形太陽(yáng)能聚光鏡與串聯(lián)的微型的光熱接收器來(lái)生成供住宅使用的能源。根據(jù)建筑所處的地理位置,這一能源總額只需要25年就能夠完全抵消掉這個(gè)初期建設(shè)成本。這個(gè)有著太陽(yáng)能發(fā)電裝置的建筑外墻創(chuàng)造了很大的收益,同時(shí)使建設(shè)總成本降低了40%(圖4)。

圖4　球形太陽(yáng)能聚光鏡

在實(shí)施被動(dòng)式建筑的關(guān)鍵技術(shù)中提到了太陽(yáng)能的利用,中國(guó)也已經(jīng)發(fā)展到一定階段。特別值得一提的是揚(yáng)州地區(qū),揚(yáng)州是太陽(yáng)能晶硅生產(chǎn)基地,例如揚(yáng)州大學(xué)附屬中學(xué)0.45808MW太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目,揚(yáng)州市級(jí)機(jī)關(guān)事務(wù)管理局973.5KW太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目,揚(yáng)州市體育館1034.6KW太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目等。揚(yáng)州太陽(yáng)能的研發(fā)制造已形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),為江蘇乃至全國(guó)的被動(dòng)式建筑發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

由世博會(huì)引入的德國(guó)漢堡之家是中國(guó)第一座經(jīng)過(guò)認(rèn)證的被動(dòng)式建筑,對(duì)于推動(dòng)國(guó)內(nèi)節(jié)能建筑發(fā)展,包括能源標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和市場(chǎng)政策的導(dǎo)向,也具有一定的示范作用。我國(guó)的被動(dòng)式低能耗建筑還在起步階段,目前,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出:“加強(qiáng)中德超低能耗綠色建筑技術(shù)研究和試點(diǎn)示范,促進(jìn)建筑節(jié)能與綠色建筑深入發(fā)展?？偨Y(jié)中德秦皇島和哈爾濱示范工程經(jīng)驗(yàn),有序擴(kuò)大試點(diǎn)范圍和試點(diǎn)建筑種類(lèi)”。擴(kuò)大更高水平節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施范圍,研究啟動(dòng)“建筑能效提升工程”。 因此,秉承現(xiàn)階段中國(guó)建筑可持續(xù)性發(fā)展的理念,在建筑設(shè)計(jì)和建筑施工技術(shù)應(yīng)用方法進(jìn)行積極探索,研究出被動(dòng)式建筑實(shí)現(xiàn)的可能性。這是新時(shí)期對(duì)建筑行業(yè)發(fā)展的新要求與必然趨勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

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(責(zé)任編輯：楊潔)

On the Passive-form Architectural Design

ZHAO Li-hua, WANG Qin

(Yangzhou Polytechnic College, Yangzhou 225009, China)

Abstract:The passive-form architectural design lies in the people-centered essence, striving to improve the quality of people’s lives by changing the architectural design, achieve natural energy protection as well as architectural functions and comprehensively promote the sustainable development of human society. In this paper, the emergence and the development of passive-form buildings are analyzed by taking passive-form houses in urban construction at home and abroad as the research target, with focus on the building development. Combined with the actual situation of urban development, the authors’own understandings and opinions are proposed on the emergence and development of the passive construction, hoping to be helpful for the research into passive-form architectural design.

Key words:passive-form; architectural design; concept; technology upgrading

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 201.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1008-6536(2015)04-0027-04

作者簡(jiǎn)介：趙麗華(1978—) 女,揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院講師,碩士。

收稿日期：2015-09-01