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试论被动式超低能耗建筑设计基础与应用

2020-12-11赵文婷

居业 2020年10期
关键词:被动式建筑设计基础

赵文婷

摘 要:随着我国城市化进程的持续推进,极大的拉动了社会能源需求总量,而人类在享受能源所带来的经济发展和科技进步等变化的同时,也面临能源短缺、过度使用等一系列威胁人类生存与发展的问题。在此背景下,被动式超低能耗等新型建筑应运而生,该建筑设计形式不但与国家所提倡的“绿色环保”理念相契合,且有助于推动人类社会绿色、健康发展,成为建筑设计施工领域广受好评的节能降耗方式。本文通过分析被动式超低能耗建筑自身所具备特点,并从设计基础和具体应用两方面展开深入分析,为我国建筑领域未来可持续发展奠定坚实的基础。

关键词:被动式;超低能耗;建筑设计;基础;应用

文章编号:2095-4085(2020)10-0056-02

1 被动式超低能耗建筑与其特点

1.1 被动式超低能耗建筑

上世纪60年代,被动式超低能耗建筑进入人类视野,各国纷纷将能源消耗、全球污染等纳入建筑设计所思考范围。西德于70年代正式将其列入研究规划行列,并开展了大量试验,最终结果显示被动式超低能建筑尽管与普通单层建筑无较大差异,且建筑外观较差,但整体能耗明显优于普通建筑,并在欧洲各国得到全面推广[1]。我国引入被动式超低能耗建筑形式可追溯至20世纪末,应用之初主要集中在上海、北京、广州等发达城市,截止目前,被动式超低能耗建筑已在全国范围内广泛普及,整体呈稳中向好发展态势。

1.2 被动式超低能耗建筑的特点

相关资料显示,我国建筑能耗占社会总能耗的60%左右,并且呈持续生长趋势,通过对2019年度相关调查结果的分析发现,被动式超低能耗建筑理论与被动式超低能耗建筑在投入使用和推行后,建筑整体与单位能耗呈明显下降态势。而从另一角度来看,将建筑拆迁开支排除在外,被动式超低能耗建筑剩余环节平均支出约为传统建筑的60%~70%,表明该形式在成本方面也同样具有明显优势。

2 被动式超低能耗建筑设计的基础问题

2.1 外部环境差异

一般情况下,建筑物舒适度在某种程度上与外部环境和气候条件存在较为直接联系,不同气候类型条件下,被动式超低能耗建筑所发挥作用也不尽相同。例如,我国北方冬季气温较低,平均温度为-30℃~20℃,供暖时间较长。而南方地区平均温度普遍高于0℃,未给予供暖政策,在被动式超低能耗建筑设计过程则需将南北差异因素纳入其中。

2.2 具备可实现性

被动式超低能耗建筑在实际设计过程中需注重对本土特征的吸收,通过与地域自然、社会环境等因素的有效结合,制定科学合理的节能降耗措施。与此同时,该设计形式还具有一定的推广价值。以“绿屋”设计为例,其主要是通过对绿色植物的培育,通过植物形成对室内温度的有效调节。

2.3 建筑群能耗高

从某种程度上来看,气候、环境等自然因素对建筑能耗有着较为直接的影响,但与其他国家相比,我国建筑能耗总量偏高,造成这一局面的主要原因是国内建筑大多属于高能耗建筑类型,无论是保温性、隔热性,还是门窗空气密闭性等均有较大提升空间,无形中增加了建筑对供暖、冷气、空调等的需求量。

3 被动式超低能耗建筑设计的应用

3.1 自然能源利用设计

在被动式超低能耗建筑设计中,太阳能、地热、雨水回收系统以及风能等自然能源的利用,是该建筑形式的一大特点。目前应用最为广泛的自然能源是太阳能资源,作为一种清洁型能源,太阳能具有零污染、持续再生的自然特性,在建筑物顶部设计中采用太阳能电池板,可形成光伏发电,其原理主要是通过太阳能和电能的有效转换,将电能传输至建筑内部,满足降低建筑对常规电能的消耗[2]。图1为太阳能光伏发电系统。

3.2 保温系统的设计

(1)保温系统材料 在选择建筑保温材料时,需基于建筑设计需求,尽可能的选择具有绿色性、环保性、节能性的材料。对于保温隔热系统设计而言,基础材料可选择新型保温材料,如,无机保温砂浆、保温装饰一体化板、纳米隔热板、泡沫玻璃、EPS泡沫板等等,并科学合理的控制和设计保温层的厚度。

(2)外墙保温系统的设计 被动式超低能耗建筑实际设计过程中,围护结构的优化设计覆盖两个方面,一是隔热散热设计;二是保温设计。其中,对于隔热设计而言,受区域技术差异影响,比如南方外墙的隔热设计主要采取以下措施:墙面垂直绿化、无机保温砂浆内保温、通风墙、干挂通风幕墙以及淋水被动蒸发墙面等等。而从保温设计层面来看,主要针对的是我国北方冬季建筑物室内热量散失问题,将苯板复合材料作为墙体夹层应用于建筑设计,相较于其他混凝土或者砖瓦材料,苯板复合材料可最大限度避免室内热量的过度流失。

(3)屋面、地板保温系统的设计 绿色建筑理念下,传统绝热急速聚苯板、泡沫玻璃等常用保温材料已无法达到环保、节能标准,更多的提倡以通风隔热屋面作为屋面保温,常见类型主要有:①蓄水、种植屋面;②带通风空气层的金属夹芯隔热屋面;③带老虎窗的通气阁楼的坡屋面。其中,以种植屋面为例,通过在屋面覆盖相应种植厚度的土层,可省去屋面保温层设置环节,并且绿色植物在屋面的种植,不但可改善空气质量、减少灰尘、缓解热岛效应,且通过系统的绿化改造与设计,打造出具有特色化的屋顶花园,营造出极具丰富性、层次性、观赏性的城市空中景观。此外,屋面种植还可对雨水形成截留,可形成对城市雨洪压力的有效环节。在北方保温系统中,板保温系统是一种极为基础的组成部分,在对其材料进行选择过程中,多以保温板、保温砂浆为主,并且在保温材料上设细石混凝土保护层,相较于传统保温板,这种保温系统的保温效果更为显著[3]。

3.3 节能一体化设计

未来锁定节能措施的一体化设计将成为被动式场地能耗建筑设计的主流趋势,在开展节能一体化设计时,需对技术综合品质进行有效整合,最大限度的避免出现“高性能、低品质”现象。被动式超低能耗建筑设计中积极引入节能一体化,不但可促使建筑整体寿命的有效延长,还可推动低碳生态化城市建设步伐。

3.4 无热桥的设计

热桥在被动式超低能耗建筑设计中的应用主要包含以下几个方面,有几种热流所形成的热桥与几何热桥。相关设计时在实际设计过程中,通过将阳台主体结构与主板的有效分离,并以挑梁作为阳台板的支撑条件,填充适量的保温材料,通过大面积保温材料的有效覆盖,实现对热桥阻断的有效设计。

4 结 语

综上所述,在进行建筑设计时,相关设计人员除了要考虑建筑自身安全性、实用性等内容,还应将人们对城市建筑和人居环境的绿色要求纳入考虑范围,通过对当地建筑环境的深入研究与分析,对建筑环境资源和空间进行合理化应用,为室内良好环境的营造奠定基础。而被动式超低能耗建筑设计在有效传承建筑物文化时,还在建筑领域内积极引入“绿色、节能、环保”等新型理念,对城市人居环境的建设与可持续发展起到了积极的推动作用。

参考文献:

[1]王选,孙峙峰,袁静,等.被动式超低能耗居住建筑太阳能新风系统的应用分析及其优化设计[J].建筑科学,2017,4(12):313-314.

[2]曲磊,柏云.被動式超低能耗绿色建筑节能系统与技术应用分析——以济南市某公建项目为例[J].建筑节能,2018,46(03):31-39.

[3]邹芳睿,宋昆,郭而郛,等.基于天津地区的被动式超低能耗建筑指标体系研究[J].建筑科学,2018,3(6):49-55.

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