寒冷地區綠色公共建筑被動式節能設計研究

張昊天

（長春建筑學院 吉林長春 130607）

被動式節能設計是住宅建筑有效降低能耗一種有效手段，該設計放棄了傳統通過電子設備或機械運作達到節能目的的設計理念，通過新型被動式節能設計概念實現對建筑物的整體和局部能耗降低。尤其在寒冷地區，可以通過被動式節能設計充分利用建筑物的自然資源，在降低能耗的同時也為市民帶來舒適環境的體驗。

1 公共建筑被動式節能設計的意義

被動式設計公共建筑中應用體現很多優點，能為城市公共建筑設計帶來更多積極效用，被動式節能設計具有便于實施和推廣且靈活簡便的優勢與特點，設計中通過對植物、地形、風力、陽光等自然因素進行直接利用下實現建筑物的節能設計來進一步優公共建筑總體設計方案；使用被動式節能設計的公共建筑僅需要使用很少量的機械設備就能實現能耗的有效降低，因此在達成節能效用的同時，也大大降低了公共建筑建設的成本；同時采用被動式節能設計的公共建筑具有很強的環境適應性，它通過考慮使用人群的地域特點、人群特征等通過對空間的合理規劃分割可以被運用于各種類型公共建筑。

2 被動式節能建筑的主要特征

（1）可再生資源被普遍運用于寒冷地區綠色公共建筑使用的建材和能耗設施利用中，這可以在節約公共建筑建造成本的同時實現生態可持續發展，避免在建筑物上的無效裝飾控制經濟投入上的浪費。

（2）被動式節能建筑的設計理念是實現建筑能耗從低能耗到零能耗最后達到負能耗的演變過程，成熟的建筑物節能被動式設計方案的應用在一定程度上能夠降低建筑物運用對周邊環境的影響，而且在某種特定環境下，還能通過對周邊環境的利用來彌補自身能耗的損失。

（3）寒冷地區的公共建筑基于其特定的地理環境和自然因素處于一個動態過程中，在進行節能設計時，要充分考慮與周邊環境進行融合后采取合適方案。

3 被動式節能建筑的主要作用

傳統的建筑工程通過使用大量的混凝土、水泥、磚等建筑材料建造，此外為滿足建筑物的使用需求，冰箱、電視、空調等電氣設備在建筑物中的大量使用也會造成能源消耗。被動式節能建筑設計理念的推廣運用，通過對傳統建筑模式的變革，同步結合當地氣候環境特征，充分利用地熱太陽能等可再生的新能源的效用從而使得建筑能耗大大降低。

公共建筑被動式節能建筑設計的運用還能提升環境效益。被動式節能設計通過采用環保材料，有效改善建筑物內部的各項指標：包括溫度、濕度、采光、空氣循環等，這些指標的改善大大提高了建筑物的使用舒適性和使用人群的體驗，同樣建筑中最大程度使用的節能材料也可以減少有害煙塵氣體的排放，對環境保護起到積極作用。

4 寒冷地區綠色公共建筑被動式節能設計要點分析

4.1 被動式節能設計公共建筑的布局

對建筑物內的各個功能區進行合理的設置和布局，包括在通公共建筑物走道兩側高出設置窗戶引用自然風通風確保空氣流通；公共建筑物的選址應當盡量選擇無遮擋物的地勢平坦的向陽基地，確保每幢相鄰建筑之間通過適當的保留間距以獲得充足的太陽光照射從而提高溫度較低時室內的溫度。寒冷地區因為特殊日照及氣候條件的限制對公共建筑物設計朝向也提出了特殊需求，根據專業研究寒冷地區建筑物日照的最佳方向為是正南東西偏向十度以內范圍，在此范圍內能滿足建筑物得到足夠光照的要求。

4.2 被動式節能設計公共建筑的選址

寒冷地區公共建筑要達到后期的節能效應首先需要對選址要做出科學考慮。我們知道建筑周邊及內在環境是影響人們體驗度舒適重要因素，作為市民公共活動場所，公共建筑的選址要充分考慮周邊自然環境與建筑使用之間的關聯，選址工作的成功是實現建筑物節能降耗的第一步。綜合考慮氣候地貌等自然因素的影響，我們認為如果建筑物所處位置的西北方向有茂盛樹林或者天然山坡是比較理想的選擇，因為該種地貌可以實現御寒屏障功能，是公共建筑選址的理想場所，此外，建筑物的東南方向如果有坡或者河流，可以有效的保障建筑物內的空氣濕度，避免建筑物溫度驟升驟降對公共建筑環境舒適度造成影響。

4.3 公共建筑被動式節能設計的內容

建筑物被動式節能設計的主要內容包含外戶設計、建筑物朝向選擇、建筑整體布局構建、建筑物的體型以及建筑物室內戶型等，此外建筑物的采光通風以及遮陽設計等都是設計的主要內容；在進行公共建筑節能設計的時候，還要綜合考慮周邊地區環境和建筑物的整體布局并結合當地日照和自然通風情況選擇最佳的建筑朝向，通過引入充足的日照通風條件保障公共建筑的使用功能；建筑場地的選擇中，應當綜合考慮植被、水體、噪聲源、冬季防風保溫以及地質結構的影響[1]。此外，建筑物的選材，包括墻體材料、門窗傳熱系數、保溫材料種類的選擇以及斷橋熱的處理等。

4.4 公共建筑的建筑形態及功能應用

地處寒冷區域的公共建筑的建筑形態，會直接影響到建筑物節能性能，我們在建造公共建筑的時候，為了實現節能的效應必須考慮包括建筑形態在內的各方面因素，比如要盡量降低建筑物的外形系數帶來的影響達到降低表面熱量損失，從而保持室內維持溫度；在寒冷地區的冷空氣通常來自于建筑物東北以及西北方向，因此要嚴格控制建筑物開窗位置和開窗面積，開窗可以遵循以下原則：選用較大的南窗在西北東三面的窗則應該比較小以應對冷風影響；對于建筑物的屋頂盡量采用規整的形態，通過增加南面屋頂的面積減少北面屋頂的面積方法通過調整建筑物結構使之接收到更多的太陽能輻射熱量。

5 公共建筑被動式節能設計的技術要點

5.1 建筑屋面保溫層防水層位置置換

建筑屋面的倒置是指通過改變傳統建筑屋面構造達到節能目的。在傳統屋面的建造中，保溫層位于防水層的下部，但經過研究表明，將兩層的位置進行倒置對節能效果是一個很大的推進，但是此種設計對保溫層的材料透水性提出了更高的要求。

5.2 門窗節能設計

建筑物的門窗是能耗損失的重要路徑，因此我們在寒冷地區公共建筑設計中應該盡量降低窗墻比，減少窗戶比重，當然這是在確保建筑物使用功能的前提下；我們也可以通過采用高性能玻璃替代傳統中空玻璃以提高建筑物的保溫隔熱性能；在制作窗戶選材上通過在窗框與窗洞口形成的熱橋處結合外墻結構選用高性能斷橋鋁材料，加強對該細節的節點處理，提高窗戶的制作工藝；通過對窗戶安裝密封條以及提高窗戶安裝的精度有效提高窗戶的密封性，隔絕室內外空氣滲透路徑。

5.3 住宅外墻的節能設計

基于外墻面積占到建筑物面積的60%以上，外墻上的能耗損失占到建筑物總能耗損失的40%以上，因此控制公共建筑外墻體系的保溫隔熱系數非常重要。采取的技術手段可以通過在建筑墻體結構層的外側設置保溫層現對外界諸如濕度溫度等因素的有效隔，通過構建有效保溫層減少熱橋的產生。同時保溫層與外飾面形成空氣層結構也能對保溫層形成更好的保護。

5.4 公共建筑的周邊綠化設計

被動式節能設計還有一種重要的應用是在建筑上使用墻體綠化，這是一種具有占地面積小，以建筑的垂直立面為載體的新型綠化形式。這種綠化形式的生態效能非常高，對公共建筑的能耗降低有著重大的推進作用。常見的綠化方式包括墻體綠化形式，例如在墻面嵌入裝有植物的綠色容器以及在墻體種植藤蔓類植物，實際運用中可以選擇葉面較大，枝葉茂盛的藤蔓類植物以發揮較強的吸熱能力；此外，藤蔓類植物乙選擇夏季長葉冬季凋落品種，保證植物在墻體種植上留有一定距離確保空氣流通順暢。還可以在建筑物的屋頂通過選用適當的泥土作為保溫層同時還可以種植植物。

5.5 公共建筑的自然通風設計

公共建筑的被動式節能設計中保證通風條件是重要因素。我們在場地設計中，通過各種技術手段避免冬季風向形成90°夾角，削減不利風向對建筑物的影響程度。此外，通過立面風壓分布情況同步設計開啟扇機構運用；控制建筑物進深尺度不大于15m，以確保可以通過開窗就可以達成室內外空氣可以實現自由交換的目的，同時結合豎井通風，地道通風等手段達到節能目標。

6 結語

低碳環保概念已經深入到我們生活的各個方面，對于寒冷地區公共建筑建設而言，采用被動式節能技術能夠更好的滿足生態節能的需求和廣大市民對生活品質的要求，因此，開展該項工作的研究具有至關重要的意義。

[1]曲磊，柏云.被動式超低能耗綠色建筑節能系統與技術應用分析——以濟南市某公建項目為例[J].建筑節能，2018（3）：31～39.