被動式超低能耗建筑設計基礎與應用探討

夏兵 王雪蓮

摘要：隨著建筑工程數量與規模的擴大，建筑業對能源的消耗也越來越大，若仍然按照傳統的理念來進行建筑設計，勢必會造成能源的浪費與環境的污染。面對如此嚴峻的形勢，如何降低能耗，減輕環境污染成為了一個重要的問題。被動式超低能耗建筑設計是以綠色節能為核心，服務于社會大眾，讓百姓體驗經濟實惠的建筑產品，它符合我國的可持續發展理念。

關鍵詞：被動式超低能耗建筑;設計基礎;應用

隨著經濟的發展，人們愈發注重生活環境的改善和生存質量的提升。但仍存在著能源短缺的問題，而我國是一個能源消耗大國，其中20%- 25%的能源都是建筑能耗。在這樣的情況下被動式超低能耗建筑的出現不僅滿足了建筑業發展的要求，也滿足了人們對建筑舒適度的要求，更滿足了環保的要求。故被動式設計以不同于主動設計的自然理念結合本地的發展因地制宜應該得到更多的重視和研究。

一、被動式超低能耗建筑的相關知識簡介

（一）被動式超低能耗建筑的基本概念

被動式超低能耗建筑是指建筑能夠適應氣候特征和自然條件，冬暖夏涼，不懼風吹日曬，具有良好的透氣性和隔熱性，通風良好，并應用環保、可持續循環利用的建筑材料。其最突出的特點是可以用最小的能源消耗來調節室內溫度。與傳統建筑不同，被動式建筑不需要像傳統建筑一樣加熱或降溫，它是利用新型建筑材料在一定基礎上進行的室內溫度調節。

（二）被動式超低能耗建筑的設計原則

被動式超低能耗建筑在設計過程中遵循可持續發展、安全環保等原則進行設計。它在設計過程中以低能源消耗為設計目標，并在此基礎上和氣候、環境等外在條件實現完美搭配。在不同氣候區，設計師為了實現可持續發展、節約能源、減輕消耗的目標，在進行設計前就先對現場以及當地氣候條件、自然條件等進行考察，并根據不同的地點、氣候等“因地制宜”進行合理規劃和設計。與此同時，設計者還要考慮建筑風格，使建筑在兼具美感的基礎上實現節能減排的目標。除此之外，設計師還要考慮建筑成本等預算，將預算控制在合理范圍之內，最終實現可持續發展的目標。

二、被動式超低能耗建筑的意義

隨著我國經濟和社會的不斷進步，人們的生活質量也得到了提高，如果用傳統的建筑材料，不僅會造成資源浪費，而且不利于保護環境。被動式設計策略主要是建筑設計所采用合適朝向、蓄熱材料、遮陽裝置、自然通風等，這些策略盡可能地被動接受或直接利用可再生能源。因此，如果運用被動式超低能耗建筑進行設計，不僅能夠節約能源，而且還有利于人體健康，更有助于保護環境，合理利用能源。同時，被動式超低能耗建筑的使用，也帶動了科技的進步，推動了科學技術的發展。

三、被動式超低能耗建筑設計的基礎

（一）因地制宜

因地制宜是被動式超低能耗建筑設計的基礎之一，是指在設計的過程中，充分與當地實際環境相結合，而非刻意追求能耗控制。如德國慕尼黑的超低能耗建筑，強調利用當地地勢平坦、光照充足的特點降低電能消耗，利用太陽能作為補充。20世紀末期，羅馬尼亞曾嘗試模仿德國慕尼黑的思路進行被動式超低能耗建筑建設，但所選地區多山區、多霧，建設完成后，由于光照不足，太陽能設備難以發揮作用，設計實際上是失敗的。

（二）具備可實現性

可實現性，是指被動式超低能耗建筑的設計思路具有價值，且能夠在當前條件下實現。美國學者曾于20世紀90年代提出“零能耗”計劃，該計劃內，建筑中一切能源可以循環使用，外界只向建筑提供少量補充即可。當時的美國學者維爾納（Werner）和威廉姆斯（Williams）以特斯拉（Tesla）的永動機為基礎，進行了設計嘗試，結果上看，建筑內部熱能可在完全理想的環境下保存40～60%，以集熱板進行存儲，使用時集中釋放。但在實驗的過程中，一方面集熱板以高分子材料制備，耗費大量資金，另一方面由于建筑熱能存在持續散失的問題，實際得到存儲的只有16～22%，缺乏可實現性。

四、被動式超低能耗建筑設計的應用

（一）自然能源利用設計

被動式超低能耗建筑設計的應用主要體現在自然能源利用。早在20世紀70年代的德國，科學家已經嘗試太陽能發電，經過40年的技術發展，太陽能發電已經得到廣泛應用。在該框架下，建筑頂部的太陽能板可以進行光伏發電，將太陽能轉變為電能，并進行存儲，建筑內部的用電通過儲能器提供，以降低對常規電能的需要。太陽能屬于潔凈能源，該設計幾乎零污染且能持續再生，因此得到了各國的廣泛重視，我國各地的多數被動式超低能耗建筑也采用該設計。

（二）保溫隔熱設計

對于一個被動式超低能耗建筑物而言，最重要的就是保溫隔熱方面的設計，只要把建筑物的保溫隔熱設計好了，就能節約大部分資源，所以，在設計時應該最大程度的提高建筑物自身保溫隔熱性能。首先，外墻保溫設計時，選擇滿足被動式超低能耗建筑要求且綠色環保的保溫材料，既能保證人們舒適生活，又能節約資源。其次，外門窗設計時，要選擇能夠滿足被動式超低能耗建筑對其隔熱性、氣密性、隔聲性和水密性要求的產品，且外門窗與建筑結構連接方式采用無熱巧設計。

（三）傳統能耗項目優化設計

被動式超低能耗建筑的能耗項目實際上與傳統建筑十分類似，設計人員也會強調優化傳統能耗項目，較為典型的如地道風空調、閉路水循環空調等。閉路水循環空調是借助水循環進行室內輔助降溫，能夠優化傳統空調的耗電問題。該技術可應用于大部分類型建筑中，在建筑頂部、兩層之間的夾層中，放置閉路水循環系統，啟動空調的同時，向閉路水循環系統提供少量動力，水開始在水管內流動，持續吸收來自室內的溫度，輔助進行降溫。我國廣東省等地的建筑目前較多采用該設計，其能耗較傳統空調略有降低，約為后者85～95%，一般室內空間越大，降溫效果越理想。地道風空調強調冷熱交換，在建筑下部放置連通室內金屬管道，利用室內溫度和地下溫度差異形成的壓差，進行空氣交換，當室內溫度較高時，地下冷空氣可進入室內，當室內溫度較低時，地下熱空氣可進入室內，輔助進行溫度調節。不過地道風空調功能較差，只能降低5%左右的消耗，應用范圍也不夠廣泛。

五、結語：

在新時期，建筑工程設計想要實現進一步的發展，一定要重視節能理念，要將綠色環保作為核心思想，主動引入被動式超低能耗建筑設計，實現建筑與自然的結合，解決建筑工程中粗放式設計造成的能源浪費問題，形成全面系統的節能發展理念。

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