摘要：建筑业是能源消耗大户。在我国资源和能源日益严重短缺的形势下，发展节能型建筑势在必行。在我国大力推广节能建筑和绿色建筑的背景下，被动式节能设计技术引起了我国建筑工作者的重视。被动节能低能耗的设计，其核心主要是基于其低技术，低成本，以减少对能源的需求，建筑本身可以合理利用各种设计方法实现有效降低建筑能耗的目的使用，是一种有效的节能技术，适合应用于节能建筑的建设。
关键词：被动式节能策略；住宅建筑设计；应用
1、前言
在以往的建筑节能设计中，通常依赖于机械电子等电气设备来实现建筑能耗的控制。这种手段虽然在节能效果上有着突出的优势，但是十分依赖于前期的投入，后期运行维护中也需要投入大量的时间和精力，给建筑节能设计造成了巨大的成本。而被动式节能设计，就是利用布局、遮阳、隔热等技术来改善住宅的能耗问题。而且这种技术在成本上更低，受到了建筑行业以及客户的广泛青睐。由此可见，对住宅建筑设计中被动节能技术进行研究，已经是行业发展的大趋势。
2、被动式节能策略的具体应用
2.1住宅建筑布局
在住宅建筑设计中，首先要制定出建筑整体的布局计划，并绘制成施工图作为建设的依据。这就需要设计人员根据建设地点的纬度，来设计合理的布局满足居民的采光需求。在北方，部分地区分布在中高纬度位置，在冬季就会出现昼短夜长的现象。这样以来不仅室内的光线照明受到了极大的阻碍，同时冬季长时间缺乏阳光的照射也会使室内温度逐渐下降。根据建筑行业约定成俗的规范以及居民的正常光照需求，住宅的平均日采光时长不得低于2小时。而且在项目的规划设计中，考虑到太阳照射仰角和俯角的问题，也需要保障建筑的间隔在合理的区间内。最后值得一提的是，在住宅建筑布局中为了适应北方的自然条件，还应该进行集中建设来实现节能技术的集群效应。
2.2门窗结构设计
在住宅建筑被动式节能设计中，门窗结构的优化与调整也是一种常见的手段。门窗结构不仅是建筑中的一种装饰点缀，也具有极强的实用性，在采暖隔热中发挥着重要的作用。首先，北方的住宅建筑通常都是南向户型，让户门紧闭时建筑内的光线通道就被阻断。而门窗结构的优化就是要改善这一问题，使住宅建筑时刻保持高效的节能表现。因此，在建筑设计过程中就应该根据具体的户型来设计门窗数量和位置。比如在门窗玻璃的使用上采购一些具有保温隔热性能的产品，以较低的热传导系数来保证室内的宜居温度。同时在门窗的结构设计上也可以采用双层复式结构，利用空气的隔离不仅保持了干燥的环境，同时也能起到较好的保温作用；其次，在窗框的连接处应该广泛地进行节点处理，通过密封等手段来提高整体的气密性，减少热量的流失；最后，门窗结构的设计也需要注意到采光的问题。
2.3自然通风设计
住宅建筑的通风设计涵盖范围较广，不仅受到当地季风气候的干扰，同时建筑主体造成的风向也参与到空气循环中。比如，在部分建筑中内部的自然通风与气候季风垂直干扰，而使空气流通不充分，影响了居民的生活质量。在设计的过程中，就需要尽量使用弯曲和多节段的平面设计，减少空气流通造成的不良影响。设计人员可以根据当地的自然季风，将建筑设计成错落有致的形状，来实现迎风坡和背风坡的压力差。当压力差出现时就会促进空气的快速流通，给室内带来新鲜的空气。同时还可以利用烟囱等设计来实现内部的通风，在屋顶的设计过程中利用天窗的设置来提高室内的温度。当内外温差较为明显时，空气在热胀冷缩的作用下也会出现气压差，从而使内外部空气通过烟囱实现交流。住宅建筑还可以利用地道设施来实现通风。地下风道造价低廉，对新风进行预热预冷的处理，夏季可以降温2～8℃，冬季升温2～4℃，降低冬季的采暖与夏季的空调能耗。
3、被动式建筑节能应用技术实例
以传统民居—竹杆厝为例，以序列天井和通廊为公共通风通道串起各间居室，组织穿堂风保证居室的通风对流，以良好的室内通风获得室内舒适性。有效设置建筑外遮阳可减少室内太阳辐射热30％～50％；室外绿化及绿地可降低地面温度约10℃；屋顶绿化可降低室内表面温度约7℃；外墙面绿化可降低室内温度3～5℃；通过外遮阳和提高围护结构热工性能，降低室内的温度亦可有效改善室内舒适性。
板式高层住宅户型，因其采光通风良好具备室内舒适性，在夏热冬暖地区倍受欢迎，但由于面宽大不利于土地利用，同时总平面布置长条形单体不利于环境通风。为兼顾土地利用，同时改善总平面通风环境，我们在某项目中，尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面（详图1）。该平面特点在于为每户配置的入户花园，在核心筒周边形成公共通风道，得以改善一梯多户住宅的南北通风对流。
为验证塔式住宅平面的通风性能，采用Phoenics软件进行通风模拟评估。方案一采用风向偏东27°，B户型由于处于迎风向，除其中一个北房间因入门通道狭长导致通风不良外，其余厅房均通风良好，风速在1.0～5.0m／s舒适范围；C户型因风向偏角过大，位于西南角主房间北侧出风口不畅造成通风不良，其余厅房均通风良好，风速处于舒适范围；A户型因阻挡作用，处于穿过入户花园的两股主导风向形成弱风区域，除客厅外其余厅房基本处于风速低于1.0m／s区域，人感觉不到风。方案一户型内通风条件优劣不均，但公共通道对后排建筑的通风有积极作用。
方案二采用风向偏东20°，除A户型北房与餐厅外，A、B、C户型内各厅室均拥有良好的通风条件，风速均处于1.0～5.0m／s舒适范围；C户型的敞开式花园为处于背风面的A户型创造了通风通道，同时A、B、C户型的开敞花园成为穿过本幢建筑的通风道，为总平面通风提供有利条件。A户型的北房与餐厅应加大北窗的开启面积，增大出风口，以改善通风条件。
方案三采用风向偏西20°，除B户型东北角卧室的中心区域风速低于舒适范围外，A、B、C户型室内均获得良好的通风环境，同时入户花园亦成为后排住户的良好通风道。B户型的东北角房间，可通过加大北向窗出风口开启面积或增设开向北露台的窗作出风口，以改善房间通风。经过风环境模拟评估，证明水晶森林塔式通风住宅，由于设置开敞式入户花园形成的公共通风道，有效地改善各户的室内通风条件，使各户的室内通风达到人体舒适性要求，改变塔式住宅自身通风不良的缺陷，同时为后排住宅留出通风道，有利于总平面通风环境，尤其当多单元拼接时，对住宅总平面的通风环境起积极作用，达到户型设计的预期效果。
风环境模拟结果表明：除方案一外，方案二与方案三均适用，即偏东20°与偏西20°为良好主导风向。按方案二及方案三通风模拟结果，建筑采用南偏西2.5°至南偏东70°时，对应建筑风向为偏东20°至偏西20°，均为建筑的通风适宜朝向，由于节能要求日照朝向不应大于南偏东及偏西30°，确定本项目最佳建筑朝向为南偏西2.5°至南偏东30°范围，作为总平面布置的依据，总平面单体均采用最佳朝向布置，能同时获得较好的单体通风和总平面风环境条件，同时避开太阳辐射不利朝向。
4、结束语
被动式建筑节能，并不一定是高科技高投入的，只要设计得当，常规的甚至简单的技术应用，不需增加投资或增加不多投资即可获得很好的节能效果。实践证明，被动式建筑节能的实现，重在树立设计理念，以及对设计原理、应用技术的正确理解与运用。
参考文献
[1]邓勇.浅析被动式节能策略在公共建筑设计中的应用[J].浙江建筑，2010年05期
[2]张辉.被动式节能建筑设计的探讨[J].科技风.2010年08期
论文作者:李羽丰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/15
标签：建筑论文; 被动式论文; 住宅论文; 户型论文; 室内论文; 节能论文; 通风道论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;