淺析被動式超低能耗建筑設計及其應用

張宇

（黑龍江省建設集團建筑設計研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

淺析被動式超低能耗建筑設計及其應用

張宇

（黑龍江省建設集團建筑設計研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

建筑環境質量、節能減排等問題的妥善解決才能促進人居環境的可持續發展，而應用被動式建筑設計技術建立與地域氣候與資源環境相適應的超低耗能建筑是一個有效途徑。本文基于對被動式設計原理的而研究，分析了超低耗能建筑設計的關鍵技術，建立了表征室內熱舒適需求及室外典型氣候的一種精細化方法，提出熱工設計被動式太陽能采暖與蓄熱通風降溫技術的計算方法，并應用于我國西部地區，對于促進地域建筑的可持續發展具有一定的借鑒意義。

被動式；超低耗能；應用效果

我國地域遼闊，但具有世界最多的人口。基于此人均能源與資源嚴重不足，脆弱的生態環境，不高的經濟發展水平，在城鎮化進程中，只采用傳統建造方式，或利用城市建筑設計規范，都難以對建筑環境質量、節能減排及文化傳承的綜合需求等問題進行有效解決。城鎮建筑亟需采用對地域及社會經濟文化背景有針對性地超低能耗建筑設計方法體系，以確保舒適的建筑室內環境、地域風貌及傳承傳統生態經驗，并有效利用太陽能等自然能源，達到節約能源的目的，這被稱為被動式超低能耗建筑設計方法。

1 被動式低能耗建筑設計方法

該設計方法是對建筑設計進行研究運用而不是采用對環境進行人工控制的方法與技術提高室內熱舒適，研究建筑與室內外氣候相互作用，在室內熱環境設計中嚴格按照穩態熱平衡理論，通過采暖、通風等主動式環境控制技術對室內熱環境進行保持并調節，使其狀態達到均勻舒適及相對穩定，而室內微氣候全部隔離室外自然氣候耗能也不健康。

因18—26攝氏度是人體熱舒適度最佳的常溫狀態，很多地區是室外氣候都能夠達到該范圍，所以，若采用太陽能采暖等被動式技術進行建筑設計，對自然冷熱量進行充分利用，就能使建筑設備明顯降低能耗，達到超低能耗甚至零能耗的效果，這是被動式建筑設計的原理，通常將建筑能耗近乎于0的建筑稱為超低能耗建筑。

被動式設計關鍵在于利用氣候資源的可行性及采用的建筑設計方法，盡可能縮小人體熱舒適需求與室外氣候的差異，設計目標是采用建筑被動式技術將氣候的可調控區間盡可能擴大，使建筑對人工環境設備的需求明顯降低。在設計建筑方案的過程中，提高建筑節能效果應基于氣候影響各設計環節的程度，氣候分析的關鍵在于對室外氣候與人體熱感、室內微氣候之間關系的準確確定。

雖然建筑設計人員具有一定的氣候設計知識，但缺少實踐能力，其原因在于對氣候進行定量計算的分析方法及工具不足。國際上目前在建筑氣候分析方面有圖形與表格兩大類常用的分析方法，都是基于人體熱舒適角度采用被動式技術選擇原則對當地氣候特征進行分析。因各國及我國部分地區的氣候都存在一定的差異，應結合氣候特點探討建立建筑氣候分析方法。

2 表征室外氣候的精細化方法

對室外氣候特征基于建筑熱環境及熱舒適角度，建筑氣候分析技術建立的基礎問題應采用準確的數學描述，也是優化低能耗設計的重要條件。建筑節能方面的基礎氣象參數研究相對于理論分析與數值模擬研究，我國還與發達國家具有一定的差距。對室外氣象參數的需求以前還處于穩態計算層面，為精細化的建筑能耗模擬服務逐時數據研究一直沒有開展，對建筑節能行業的發展具有制約作用。隨著精確計算逐時能耗的動態設計方法在2005年被確立為國家標準，建筑節能中對室外典型氣候逐時變化特征的氣象年數據準確描述的研發就成為一個重要問題。

國內學者基于此開展了很多基礎研究工作，提出典型氣象年為基本生成方法，綜合氣象數據及建筑熱環境需求，研發適宜我國的典型氣象年的研究方法。典型氣象年能夠將建筑能耗的逐時變化進行準確反映，還能利用最少的氣象數據表明典型的氣候變化，技術難點在于精細化模擬與計算量減少之間的平衡。

3 室內微氣候與人體熱舒適

室內空氣溫濕度、周圍表面輻射溫度能夠構成室內微氣候，對熱舒適的小氣候環境產生一定程度的影響。室內微氣候與體表換熱之間的平衡對于環境舒適度具有決定性作用，在建筑創造的室內微氣候與熱舒適需求比較接近時，建筑的舒適性就越高，節能效果也最明顯。具有關測試結果顯示，熱舒適溫度在建成環境中普遍高于設定的恒定溫度標準，人體在舒適臨界范圍，接受自然變化的“動態”環境程度顯著優于主動式控制環境。設計的建筑熱環境和空調系統基于調節建筑性能及主動適應的設計理念產生重要變革，對恒溫環境采用機械調節的設計思維進行改變。

4 被動式設計技術

該技術核心是采用建筑空間布局及細部處理等方法調節室內氣候達到良好的舒適度，冬季利用太陽能輻射采暖，被動式技術中的兩種常用方法就是夏季蓄熱及夜間降溫，也是實現常規能源節約的有效途徑。為不斷推廣該技術，在氣候分區及設計計算方法方面深入開展相關研究工作。

5 被動式超低能耗建筑設計的應用

在城鎮化進程中，我國西部地區普遍存在日益惡化的建筑環境、耗能較大的建筑逐漸增多，在建筑設計方面應用被動式技術，對于提高地域特征、實現節能環保等都具有重要作用，可有效促進人居環境的可持續發展。如在陜西、寧夏等地區建設的超低能耗示范工程，具有結構安全、節能環保等明顯優勢，還能充分表現出地域風貌。

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TU201.5

A

1003-5168（2015）11-135-01

張宇（1983—），女，黑龍江省牡丹江市人，大學專科學歷，研究方向：建筑設計。