建筑设计中被动式节能的探讨

2016-07-15刘茜

大科技 2016年12期

关键词：可控性被动式风流

刘茜

（昆明亿力源建筑勘察设计院有限公司云南昆明 650031）

建筑设计中被动式节能的探讨

刘茜

（昆明亿力源建筑勘察设计院有限公司云南昆明 650031）

被动式节能建筑设计的思想对于降低建筑能耗，改善建筑环境有着重要的意义，本文先简述了节能建筑特征，接着重点对被动式节能建筑设计进行了深入的研究，以供参考。

建筑设计；被动式节能

1 节能建筑特征

“节能建筑有两个重要特征：①地区差异性；②过程控制性。地区差异性是指不同地域由于气候、生活习惯和建筑形式的差别，造成建筑节能技术因地区而不同；过程控制性是指同一地域的建筑物也可能因一年中季节的不同、一天中时间的不同而遇到不同的温度、湿度、气流、光照，因而建筑物的能耗随时间出现变化，节能建筑设计应当使建筑的变化根据人的需要加以控制，这主要体现在三个方面：总体环境布局、建筑空间、建筑围护结构。

1.1 总体布局的可控性

应用高新技术能够改变建筑朝向，欧洲就已经存在计算机控制的太阳跟踪住宅，使之根据季节及风向变化而调整。例如德国建筑师塞多·特霍尔根据向日葵的生态原理，把住宅设计建造得如同向日葵一样，始终向着太阳，以充分利用太阳能。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%。所吸收的太阳能相当于固定太阳房的2倍。这座旋转住宅在建筑外部布局的可控性方法给人们以启示。然而，对于体量庞大的公共建筑而言，上述方法是不适合的，应当寻找更为合适的控制途径。在公共建筑的节能建筑规划设计中，从外界环境因素进行考虑，建筑总体布局应以适应四季气候变化为原则，根据本地气候条件（主导风向、日照、雨量等）合理确定建筑朝向、体量、周围绿化布局等因素，考虑利于夏季通风遮阳、减少太阳辐射热。

1.2 建筑空间的可控性

根据时间及气候的变化来控制建筑空间，可最大程度地利用气候资源的风能、光能等，节省用于空调或采光的建筑能耗。例如，我国南方炎热地区传统民居的天井空间，在夏季保持开敞加强通风，在冬季用透光材料加以覆盖，防止冷空气侵入，这些措施改善室内热环境达到了较好的效果，是利用建筑空间可控性营造舒适环境的实例。

1.3 建筑围护结构的可控性

建筑围护结构及其构件对室内环境及建筑能耗会产生较大影响。围护结构的可控性是指对太阳辐射、室外空气温度综合作用产生的热过程是可控制的。例如传统的建筑外墙，主要通过窗户的开启与关闭对冷热气候进行一定程度的调控，这种方法体现了围护结构的控制作用.现代建筑外围护结构得到发展，设置为双层或多层的立面系统，其中可以开启或关闭某个层次以适应不同的气候。

2 被动式节能的建筑设计

在建筑节能设计中，其实存在着另一个方面的趋势——低技术化。即通过建筑学的方式，在总平面、平面、剖面以及细部节点上的设计，合理地引导通过自然通风以及太阳能等可再生能源的应用，来达到有效地降低建筑使用能耗的目的。

2.1 建筑设计中保证自然通风建筑的自然通风可从总平面设计、室内空间设计两个方面来考虑。在总平面设计上，可着重考虑从建筑体型的方向性和室外环境的设计来合理引导风流。

（1）建筑体型设计。

巧妙设计扭曲平面，使朝向夏季主导风向的外表面积增大，改善吸风面的风环境。因势利导设计尖劈平面，用“尖劈”的形体朝向冬季主导风向，避免与冬季主导风向的垂直关系，以削弱冬季不利风流的影响。合理设计通透空间，在建筑的每层的适当高度设置开窗，可大大疏通室外风流，有利于夏季通风。在建筑中设置掏空的空间，以利于疏导以及释放过大的室外风流。

（2）室外环境设计。

把握南向开敞空间，争取较多的冬季日照和夏季通风。充分利用自然空调，建筑南侧可设置水面植被等，依赖水体蒸发来改善微环境的炎热条件，并可在冬季强化太阳辐射的反射作用。设计植被导风。通过设置合理的灌木乔木位置，南侧引导风流进入建筑室内，而北侧则起到屏障的作用。利用构筑物挡风墙和导风板的灵活组合，并可结合绿化整体设计，引导夏季风流，阻挡冬季恶性风流。

2.2 被动式太阳能利用

区别于太阳能板等的主动式太阳能利用，被动式太阳能利用以合理构造为基础，通过巧妙的构造设计实现太阳能的直接利用，具有低技术、低成本的特点，有利于节能技术的普及和推广。

（1）直接受益式系统。

通过合理设置的导光板，将更多的光线反射进入室内，以利于建筑的采暖和采光。蓄热墙体常用混凝土、砖、夯土等制成，可以在白天储存大量的太阳能，通过蓄热墙体的时滞效应在夜间放热，为室内供暖。

（2）对流环路式系统。

将维护构件部位设计成双层壁面，形成封闭的空气层，并将各部位的空气层相连成循环，在太阳辐射产生的热力作用下，依靠“热虹吸”作用产生对流环路。在这个过程中，依靠贮热体加热空气，流动的空气来加热室内的墙体，以保持室内温度的稳定。

（3）附加日光间系统。

在建筑南向缓冲区（阳台、廊、小门厅等）增加透明玻璃成为透明空间，其中再设置一定的贮热体，在太阳辐射的作用下，缓冲区迅速升温，一部分贮存，一部分则进入室内，从而改善室内的舒适条件。

2.3 外墙与屋顶的被动式节能设计

在外墙的隔热中，有效而环保的方法是将建筑的墙体埋入地下，或者将外墙的三面用土壤包裹，当然这种方法并不适用于大多数建筑的功能需求，再就是将建筑外墙或者接近外墙的地方增加植被遮挡和覆盖。另外，还有一种有效的方法是采用百叶包裹外墙，在需要接受光时打开百叶，夏季在白天则可以关闭，这样外墙就不会被加热，但这样做的缺点是影响建筑外观造型。

直接接受阳光暴晒时间最长的是屋顶。传统的做法是采用保温层覆盖屋顶，再就是用盖板架空。但种做法并不是最节能的，最好的方法是在上面用植被覆盖，既可以很好地利用太阳能，又可以美化环境。如果是节能的别墅型建筑，这样就可以建成一个屋顶花园，可谓是一举多得。对于夏季多雨的地方，还有一种节能的做法是在屋顶上储水，但屋顶要做好防水。