被动式超低能耗建筑设计

古文涛

古文涛

临沂市建筑设计研究院有限责任公司山东省临沂市276000

摘要：被动式超低能耗绿色建筑，起源于德国，是国际认可的一种集高舒适度、低能耗、经济性于一体的节能建筑技术。通过充分利用建筑自身设计及周边物理环境，以设计为手段，因地制宜，优化材料配置及后期合理的运行管理等达到满足室内舒适环境的目的，以达到建筑物自身节能环保的新理念。由于被动房具有超低能耗、超微排放、超高舒适度的特点，对于解决我国建筑行业能耗高、碳排放大及解决我国供暖能耗高等问题意义重大。

关键词：被动式超低能耗建筑；设计基础；应用解析；

一、被动式超低能耗建筑工程在设计工作中的难点

当前来看，我国非常重视被动式超低能耗建筑的发展，其不仅仅可以改造建筑围护所占据的空间，并且还能合理分配能源，不仅提高了能源供给效果，避免了能源的浪费，减少了消耗总量。但是目前来看，我国在被动式超低能耗建筑的设计工作中仍然有很多不完善之处有待于解决，其中的不足之处有以下几点：

1.1环境要素

我国地域广阔，在气候上，虽然季风气候的特点十分明显，但仍然有着较大的区别，并且区域经济发展目前也仍然不平衡。在建筑设计过程中，保暖和通风他条件都是非常重要的内容，保证建筑具有足够的通透性同时也应该采用和机械通风的手段，这样才能保证室内外的空气能够正常流通。对于我国居民来说，最主要的通风方式就是开窗通风了，夏季温度较高，这种方式比较常见，但是在冬季我国北方气温较低，所以想要开窗通风是非常困难的，如果通风不良的话会在很大程度上影响到人们的使用体验。

1.2气候要素

前文已经总结到，我国南北和东西气候差异很大，处于不同气候区生活的人们也往往会对居住环境提出不同的要求，这也会在不同程度上影响到建筑行业的发展。所以我们不能在全国划定一个统一的标准来进行被动超低能耗建筑工程的设计。例如我国北方地区温度较低，具有较高的采暖需求，另一方面来看，我国北方地区气温年较差较大，不仅需要考虑冬季的保温和采暖，夏季的通风也是非常重要的一项内容，所以在被动超低能耗建筑的设计工作中应该做到因地制宜，这样才能让这项设计内容发挥应有的作用。

二、被动式超低能耗建筑设计基础及应用探究

2.1环境气候分析

能源与建筑之间有着十分紧密关联。被动式超低能耗建筑设计过程中，需要将气候环境对建筑物所造成的影响进行分析研究，这样才能够有效降低建筑物在运行过程中的能耗。被动式超低能耗建筑设计前提条件为，正确认识室内气候与室外气候之间的关联。从现阶段建筑设计情况来说，大多数设计人员都需要对环境气候知识十分了解，但是在实际设计过程中，由于受到计算手段和工具的影响，环境气候所起到的效果并不理想。

目前，环境气候分析方法主要可以分为两种，分别为图像影响分析方法、表格分析方法。这两种环境气候分析方法是从多个角对人体舒适度进行研究，但是需要格外关注的是，我国国土面积广泛，不同地区在气候上存在显著差异，所以被动式超低能耗建筑设计需要构建与我国环境气候特点相吻合的分析机制。

环境气候分析最为关键的环节，就是对室内环境气候与室外环境气候之间的关联正确认知，但是被动式超低能耗建筑设计与主动式建筑设计相比较，被动式超低能耗建筑设计在对室内外气候预判上还存在一定不足，需要按照室外气候变化特征进行整调。

2.2室外环境气候精细化表征方法

被动式超低能耗建筑设计在对室外气候特点描述上，是以人体最佳舒适度与建筑环境作为前提条件，我国在对室外气候特征研究法与发达国家之间还存在差异，建筑节能气候数据研究还不够完善。我国在2005年之前对室外气候参数研究上主要还停留在稳态核算上面，对建筑精细化有关数据研究数量较少，部分领域还存在空白情况。在2005年之后，我国才逐渐将动态规范方法归纳在我国建筑设计标准上，并且应用精细化数据对室外环境气候精细化进行分析，保证被动式超低能耗建筑顺利设计。我国研究人员在对被动式超低能耗建筑设计分析研究过程中，是以我国典型气候作为研究对象，按照气候有关数据与热环境要求，提出针对性我国室外气候表征方法，进而对室外环境气候表征分析。

2.3、室内微气候与人体热舒适

室内微气候是由室内空气的温度、湿度、风速和周围表面辐射温度构成的，影响人体热舒适的小气候环境。环境的舒适与否由室内微气候与人体表面的换热平衡所决定，当由建筑创造的室内微气候越接近人体热舒适需求时，建筑就越舒适，同时也最节能。然而，大样本量实地测试结果表明：建成环境的实际热舒适温度比标准设定的恒定温度值要宽广得多；当人体处于舒适临界区时，人体对自然变化的“动态”环境的接受度明显高于主动式控制环境。

20世纪70年代末期，以Humphrey为代表的国际学者提出了新的“热适应”理论，认为人体对环境的变化具有“主动的”适应能力，并且通过行为、心理和生理等各种调节方式对变化的环境产生热适应，使人体实际的热舒适范围比现行标准的预测结果宽广。随后对大量现场测试结果的统计分析，发现了室内舒适温度随室外平均温度变化的适应关系模型，奠定了“热适应理论”的基础。从而将建筑热环境设计从“稳定、均匀、控制、耗能”的不可持续的“空调”设计方向，引向建筑应尊重人体对“适度变化”环境的基本需求的“自然通风”设计方向，进一步从热舒适理论层面，支持了被动式超低能耗建筑设计理论。这种同时考虑建筑的调节性能和人的主动适应能力的设计理念为建筑热环境和空调系统设计带来革命性的变革，改变了基于机械调节的恒温环境的设计思维，促进了建筑的可持续发展。

2.4被动式气候分区

被动式技术的选用首先取决于室外的气候条件。为了明确特定地区是否适于采用被动式技术以及采用何种技术，需要对气候的共性与差异进行科学区划研究、被动式采暖与降温区划。气候区划的重点是区划指标的选取，而对于不同的被动式技术，其室外气候的影响因素不同，涉及的建筑设计参数也不同。对于太阳能采暖来说，影响太阳能利用率的主要气候因素为室外空气温度和建筑的实际辐射得热量。过低的室外空气温度亦或是不充足的太阳辐射量均会导致偏低的太阳能利用率。对于夏季蓄热通风技术，除建筑的蓄热性外，其降温效率还取决于夜间室外空气是否足够清凉，以及是否有足够的风量与建筑蓄热材料进行充分的热交换。

对于被动式太阳能采暖区划，选取了最冷月平均温度和综合辐射百分比分别作为一级和二级区划指标。依据最冷月平均温度把全国分为Ⅰ～Ⅵ6个一级分区。综合辐射百分比是指南向垂直面日总辐射量大于实际建筑模型南向垂直面所需的日总辐射量的天数与该月天数的比值。该指标能同时反映室外气候和建筑性能的综合影响，根据此指标将我国在6个分区的基础上细分为二级分区。对我国被动式太阳能采暖设计具有直接的指导意义。

结论

社会经济发展的速度很快，要想保证人类居住环境的可持续发展，那么就需要不断的提升人们居住环境的质量，实现建筑的节能减排。被动式超低能耗建筑设计为实现此内容提供了重要的保障，相关的技术人员对于设计基础还需要不断地加强研究力度，使得我国建筑行业能够逐渐发展到一个新的高度。

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