何建平

（身份證號(hào)：440802198610180454）

綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略思考

何建平

（身份證號(hào)：440802198610180454）

現(xiàn)階段所設(shè)計(jì)的建筑主要是通過(guò)主動(dòng)式系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)的溫度以及濕度指標(biāo)，以此使得人們感到舒適，所謂主動(dòng)式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是指利用機(jī)械設(shè)備或者是使用無(wú)法再生的資源來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，所以現(xiàn)代建筑能源消耗非常大?；诖朔治觯疚慕Y(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)其綠色建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了思考。

綠色建筑；被動(dòng)式；設(shè)計(jì)策略

引言

綠色建筑被動(dòng)式系統(tǒng)與主動(dòng)式系統(tǒng)相比，正好相反，并不需要使用機(jī)械設(shè)備，也不需要應(yīng)用外部能源，其主要要求就是建筑設(shè)計(jì)人員在掌握周邊環(huán)境情況的前提下來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)全面的建筑設(shè)計(jì)，主要依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的具體情況，比如地形、地勢(shì)以及溫度、風(fēng)向等，為此實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，達(dá)到綠色建筑的要求。

1　被動(dòng)式綠色建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)特征

1.1場(chǎng)地設(shè)計(jì)

場(chǎng)地是建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性要素，沒(méi)有場(chǎng)地也就無(wú)所謂建筑設(shè)計(jì)，場(chǎng)地的選擇與設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單，尤其是被動(dòng)式綠色建筑的場(chǎng)地需要考慮的因素眾多，比如滲透性以及光照環(huán)境等。為此，綠色建筑場(chǎng)地選擇具備要綜合全面考慮，做出整體的規(guī)劃方案。場(chǎng)地設(shè)計(jì)需要與當(dāng)?shù)氐牡匦尉o密結(jié)合，主要是能夠合理利用風(fēng)向，以使建筑通風(fēng)良好。綠色建筑的小氣候環(huán)境，受到位置、風(fēng)向以及周圍水體的影響，為了能夠建造出適宜的小氣候環(huán)境，設(shè)計(jì)人員需要充分的考慮上述因素。

1.2建筑單體設(shè)計(jì)

建筑單體設(shè)計(jì)也有方方面的內(nèi)容需要設(shè)計(jì)人員考慮，重點(diǎn)有如下內(nèi)容：

（1）合理選擇建筑體型，這其中涉及到一個(gè)概念是建筑體型系數(shù)，一般而言，建筑體型系統(tǒng)越小，其節(jié)能效果也就越好，而與其相關(guān)的因素主要有兩個(gè)：①體量大小；②規(guī)整程度，這因素與建筑體型系數(shù)之間主要呈反比例關(guān)系，所以設(shè)計(jì)人員可以適當(dāng)?shù)脑黾咏ㄖ捏w量或者是提高建筑規(guī)整程度，來(lái)達(dá)到建筑體型系數(shù)小的目的。

（2）注重建筑朝向，建筑朝向問(wèn)題直接影響著建筑后續(xù)的使用，適當(dāng)?shù)某蚣从兄诰幼。瑫r(shí)也有助于被動(dòng)式系統(tǒng)的運(yùn)用。風(fēng)壓是選擇建筑朝向一個(gè)關(guān)鍵性的因素，有風(fēng)壓的朝向會(huì)對(duì)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的侵襲，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將建筑外輪廓與該最后，采取分區(qū)法將建筑內(nèi)空間溫度進(jìn)行有效的劃分，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照建筑各個(gè)房間的使用情況以及居住者對(duì)環(huán)境的具體要求來(lái)進(jìn)行分區(qū)，合理的分區(qū)會(huì)使得建筑環(huán)境更為舒適，更適合人們居住。比如如果建筑的某一部位對(duì)熱環(huán)境要求并不高，可以將其設(shè)計(jì)在溫度相對(duì)比較低的地區(qū)，比如廁所以及廚房等；而對(duì)熱環(huán)境要求比較高，可以即將臥式等布置在向陽(yáng)的地方，這符合人們的日常生活習(xí)慣，有助于人們的身心健康，設(shè)計(jì)人員還需要在依據(jù)建筑應(yīng)用者的使用習(xí)慣，門斗等區(qū)域設(shè)計(jì)為過(guò)渡區(qū)域，因此減少傳熱損失量。

2　典型項(xiàng)目案例

某一建筑設(shè)計(jì)其具體指標(biāo)如下：①室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)。室內(nèi)溫度20～26℃；超溫頻率≤10%；室內(nèi)二氧化碳含量=1000ppm；圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的溫差不得超過(guò)3℃；門窗的室內(nèi)一側(cè)無(wú)結(jié)露現(xiàn)象；噪音限值：機(jī)房=35dB、功能房=30dB、起居室=30dB、臥室= 30dB。②能耗指標(biāo)。采暖需求=15kWh/（m2·a）、采暖負(fù)荷=10W/m2；制冷需求=15kWh/（m2·a）、制冷負(fù)荷=15W/m2；房屋總一次能源= 120kWh/（m2·a）。

3　建模及模擬

3.1軟件介紹

Dest（designer′s simulation toolkits）是清華大學(xué)從20世紀(jì)80年代末開始研究，歷經(jīng)十余年逐步開發(fā)出來(lái)的面向設(shè)計(jì)院人員的一款建筑環(huán)境設(shè)計(jì)模擬軟件。它可以用于建筑能耗模擬以及建筑環(huán)境系列的分析設(shè)計(jì)。使建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量、可靠性得到提升，并在一定程度上對(duì)減低建筑能耗起到促進(jìn)作用。

3.2建模

根據(jù)中德被動(dòng)式低能耗建筑示范房平面圖，在軟件中建立建筑模型（見圖1）。建筑空調(diào)房間參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相同，內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。此被動(dòng)式建筑位于石家莊，石家莊屬于寒冷地區(qū)，將采暖季分為11月15日～次年3月15日，空調(diào)季設(shè)為6月1日～9月1日，空調(diào)運(yùn)行時(shí)間為7：00～20：00。

圖1　被動(dòng)房模擬效果圖

表1　空調(diào)房間內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)

3.3模擬結(jié)果及分析

實(shí)際設(shè)計(jì)冷負(fù)荷首先按理論不保證時(shí)數(shù)超過(guò)50h，則按全年不保證50h數(shù)，通過(guò)模擬計(jì)算可知建筑最大需求冷負(fù)荷為676.28kW。實(shí)際設(shè)計(jì)熱負(fù)荷按理論不保證1d的日平均溫度計(jì)算，通過(guò)模擬計(jì)算可知建筑最大需求熱負(fù)荷為369.97kW，具體參數(shù)見圖2。

圖2　建筑全年逐時(shí)空調(diào)需求負(fù)荷

通過(guò)計(jì)算，此被動(dòng)式建筑全年最大需求熱負(fù)荷為369.97kW，全年最大需求冷負(fù)荷為676.28kW，采暖季平均需求熱負(fù)荷指標(biāo)為5.93W/m2，空調(diào)季平均需求冷負(fù)荷指標(biāo)為23.54W/m2。由《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性參考值，此被動(dòng)式建筑體現(xiàn)出低能耗被動(dòng)式建筑節(jié)能效果。

由圖3典型天建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)逐時(shí)變化曲線得知：夜晚室外溫度較低，沒(méi)有太陽(yáng)輻射，相應(yīng)建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)偏低，早上8：00本建筑開始辦公，室外溫度增高，太陽(yáng)輻射量增大，建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)增大，12：00指標(biāo)降低，之后逐步增加，16：00再次達(dá)到極大值，之后逐步下降。其中8月1日20：00時(shí)該建筑冷負(fù)荷指標(biāo)為52.46W/m2，16：00建筑冷負(fù)荷指標(biāo)達(dá)到7.99W/m2，該建筑1d之內(nèi)需求冷負(fù)荷波動(dòng)較大，最大負(fù)荷指標(biāo)是其最小負(fù)荷指標(biāo)的6.56倍。

圖3　典型天建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)逐時(shí)變化曲線

由典型天建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)變化曲線分析得知：在中午11：00～12：00，建筑需求冷負(fù)荷指標(biāo)會(huì)下降，在12：00～16：00冷負(fù)荷指標(biāo)會(huì)上升，建筑立面墻的直接照射面積大于屋頂直接照射面積，東、南、西、北墻的窗戶面積大于中庭天窗面積，太陽(yáng)高度角的變化影響到太陽(yáng)輻射帶來(lái)建筑負(fù)荷變化。

4　節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）無(wú)熱橋的高效外保溫系統(tǒng)。屋頂、外墻和地下室頂板的傳熱系數(shù)要滿足K≤0.15W/（m2·K）。非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要用較厚的保溫材料完整包覆，不得出現(xiàn)由梁、板、柱等形成的結(jié)構(gòu)性熱橋，不得出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象。對(duì)于不可避免的由金屬連接件造成的熱橋要采取阻斷熱橋設(shè)施。這種構(gòu)造措施使得整個(gè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)起到冬季保溫、夏季隔熱的作用。

（2）采用雙Low-E高性能保溫隔熱外窗。外窗具有良好的采光、隔熱和保溫性能。外窗要滿足傳熱系數(shù)K≤0.8W/（m2·K）、玻璃的太陽(yáng)能總透射比g≥0.35、玻璃選擇性系數(shù)S≥1.25的性能要求。這種性能的窗可以對(duì)不同波長(zhǎng)的光線進(jìn)行選擇性透過(guò)。同時(shí)其氣密性等級(jí)不應(yīng)低于8級(jí)、水密性等級(jí)不應(yīng)低于6級(jí)和抗風(fēng)壓性能等級(jí)不應(yīng)低于9級(jí)。

（3）高效熱回收新風(fēng)系統(tǒng)。被動(dòng)房配有通風(fēng)效率≥75%的熱回收新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)經(jīng)過(guò)濾等級(jí)不低于G4進(jìn)入室內(nèi)。空氣質(zhì)量要滿足CO2≤1000ppm的要求，并能全年自動(dòng)運(yùn)行。這樣的新風(fēng)系統(tǒng)在每次換氣時(shí)將能量損失控制到25%以內(nèi)。

（4）房屋良好氣密性。房屋應(yīng)具有包繞整個(gè)采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層；每一居住單元應(yīng)具有包繞整個(gè)采暖體積的、連續(xù)完整的氣密層。房屋的氣密性必須滿足在室內(nèi)外壓差為50Pa的條件下，每小時(shí)的換氣次數(shù)不超過(guò)0.6次，即滿足n50=0.6要求。為了使氣密能夠達(dá)到規(guī)定要求，需要采取一系列技術(shù)措施處理外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)。

（5）充分利用太陽(yáng)能和其它可再生能源中國(guó)絕大部分地區(qū)夏季太陽(yáng)角高，陽(yáng)光不易曬入室內(nèi)，冬季太陽(yáng)角低，陽(yáng)光可以很容易照射進(jìn)室內(nèi)，使室內(nèi)得到來(lái)自太陽(yáng)輻射帶來(lái)的熱量。利用太陽(yáng)光照射滿足采光和日間照明要求。利用光導(dǎo)裝置將陽(yáng)光導(dǎo)入地下車庫(kù)滿足照明需求，完全節(jié)省了車庫(kù)的照明用電。利用太陽(yáng)能解決生活熱水需求。如利用房屋的日照時(shí)間長(zhǎng)且太陽(yáng)光充足的建筑表面，安裝太陽(yáng)能熱水器。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文以某一被動(dòng)式公共建筑為研究對(duì)象，分析出建筑全年的負(fù)荷特征，針對(duì)空調(diào)季負(fù)荷特點(diǎn)，采取建筑遮陽(yáng)與同時(shí)開燈采光策略，分析研究建筑的節(jié)能潛力，所得主要結(jié)論總結(jié)如下：①被動(dòng)式建筑窗戶遮陽(yáng)是建筑節(jié)能的有效措施，對(duì)于此被動(dòng)式建筑，在相同時(shí)間內(nèi)遮陽(yáng)，13：00～15：00遮陽(yáng)效果明顯，在整個(gè)空調(diào)季建筑需求累計(jì)冷負(fù)荷減少12934kW·h。②對(duì)于此被動(dòng)式建筑，如果采用建筑遮陽(yáng)及開啟室內(nèi)照明策略節(jié)能運(yùn)行，在13：00～15：00時(shí)段運(yùn)行優(yōu)化節(jié)能為3.53%，建筑遮陽(yáng)也在一定程度上減少機(jī)組能耗，也可減緩室內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)。

[1]張東.高層建筑節(jié)能改造技術(shù)研究[J].山西建筑，2011，37（6）：172～174.

[2]王玲，田穩(wěn)苓，王麗潔.被動(dòng)式太陽(yáng)能生態(tài)住宅設(shè)計(jì)研究[J].工業(yè)建筑，2011，41（5）：53～57.

[3]張群，朱軼韻，劉加平，等.西北鄉(xiāng)村民居被動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)實(shí)踐與實(shí)測(cè)分析[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26（4）：477～481.

TU201.5

A

1673-0038（2015）25-0030-02

2015-5-10

何建平（1986-），男，本科，主要從事建筑設(shè)計(jì)工作。