摘要：建筑物在运行中耗能巨大，为保护地球环境、节约能耗，推进绿色节能建筑实施势在必行。在绿色节能建筑设计中应更多采用被动式节能方式，以有效减少建筑运行能耗。建筑设计师需要不断探索研究，积极寻找被动式节能建筑设计策略，以采取有效措施，最大力度降低建筑物运行中的能耗，同时尽可能降低绿色节能建筑的建造成本。本文从建筑工程的总图规划、单体设计、材料选用、构造处理等方面着手分析阐述了被动式节能建筑的设计策略，希望在绿色节能建筑设计中能起到一些作用，为促进我国建筑领域可持续发展共同努力。
关键词：绿色建筑；被动式节能；设计策略
引言：建筑行业属于高耗能行业，每年建筑行业的能源消耗总量占据了我国总能耗的百分之三十以上。我国正在积极落实建筑行业的可持续发展战略，推行绿色节能建筑是我国建筑行业发展的必然趋势。在绿色节能建筑设计中应更多应用被动式设计方式，以有效减少建筑运行能耗。所谓“被动式节能建筑”是指适应气候特征和自然条件，通过保温隔热性能和气密性能更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，最大程度地降低建筑供暖供冷需求，并充分利用可再生能源，以更少的能源提供舒适的室内环境并能满足绿色建筑基本要求的建筑。由于各地区的气候条件不同，建筑师在被动式节能建筑设计中必须根据建筑工程所在地的气候条件和自然环境，因地制宜，因势利导，从建筑工程的总体规划着手，进行合理的单体布局，选用合适的建筑材料及构造处理手法，并充分利用地区可再生能源，使设计的建筑空间在满足舒适性同时，最大化降低能耗。被动式节能建筑设计涉及的面非常广，本文从建筑工程的总图规划、单体布局、建筑材料及构造设计和再生能源利用四个主要方面来分析阐述被动式节能建筑的设计策略。
一、合理的总平面规划是被动式节能建筑设计的基础保障
具有良好的日照和自然通风环境是被动式节能建筑的基础，为实现这个目标，建筑工程总平面规划中须从建筑物所处区域的气候条件以及当地的夏季、冬季的风向图出发，使建筑物的朝向布置尽可能在冬季获得充足的太阳辐射，达到日照设计标准要求，同时又有利于夏季通风。为实现这个目标，在建筑总平面规划中，除了应合理确定建筑物的朝向，还应考虑设计建筑物所处的场地环境对其的影响。这儿所说的“场地环境影响”不仅仅包括建筑场地的地形、地貌对其的影响，还包括场地周边建筑物对其的影响。场地周边其它建筑物和设计建筑物的距离、建筑物的布局情况都可能对设计建筑物造成影响。如视线遮挡、太阳辐射遮挡、区域形成的风环境影响以及其它可能存在的噪声、眩光等影响，设计建筑物应通过客观环境分析后尽量布置在受影响范围之外。
当设计对象为建筑组群或住宅小区时，总图规划中应合理布置各单体建筑，避免相互影响，场地条件允许情况下建筑物应尽可能错位布置，确保相互之间的间距满足当地规划部门的建筑间距控制值及冬至日日照时间要求。当设计对象为高层建筑群时，还应注意高层建筑群形成的小区域风环境变化，设计应通过风环境模拟软件进行分析、比较，选择合理的布置方式，创造舒适的室外环境，为实现被动式节能建筑创造条件。同时，设计建筑物长度也应不宜过长，过长的建筑物对区域内其它建筑物的日照、通风产生的影响较大。
二、单体建筑物合理布局是被动式节能建筑设计的关键
单体建筑物的体型系数控制毫无疑问是节能建筑设计的重点，无论是《公共建筑节能设计标准》还是《居住建筑节能设计标准》中都对建筑物的体形系数限值进行了严格控制，并列为设计强制性执行条文。因此，建筑物设计时必须严格控制建筑物外表面面积，尽可能减少建筑物外轮廓的凹凸变化，更应该避免大尺度的凹凸。大尺度的凹凸在增加建筑物体型系数的同时还会造成建筑物部分用房的日照、采光、通风被自身建筑物遮挡，使其室内舒适度受到较大影响。
建筑物设计中须将人员主要使用的功能用房布置在有良好的日照、采光、通风一侧，而将交通空间、辅助用房等人员短暂停留的空间布置在相对较差的一侧。特别对于住宅建筑、老年人、儿童使用的建筑物，更应将主要用房朝南向布置，尽量避免西向布置，使主要用房在冬季能够最大限度地获得太阳辐射，并避开冬季主导风向，减少建筑外表面热损失。夏季又能够较大限度地减少太阳辐射得热，并有利于自然通风。
单体建筑开窗设计应合理控制窗墙比及窗户通风面积比，既保证建筑物室内有充足的光照，又避免开窗面积过大带来的能耗浪费。不同功能的建筑物应满足各自的窗地面积比，使各用房具有良好的采光条件，同时也须合理控制建筑物各朝向的平均窗墙比。特别需控制好建筑物的东、西朝向开窗面积，避免在西侧开设大面积的窗户。同时还须合理选择窗框及窗玻璃的材料。
设计建筑物应尽量实现空气对流，避免设置不利于通风的用房。建筑空间设计中应结合地域特点以及当地的气候条件，通过合理的手法，在创造丰富的建筑空间环境的同时兼顾其节能作用。如建筑物在合适的位置设置天井，并配合有效的开窗设计，夏季可将窗户打开，有助于空气对流，起到较好的通风效果，改善热环境；冬季关闭窗户，利用太阳辐射，提高建筑物的舒适性。除了天井，建筑物的露台、中庭、架空层、门廊、门斗等特色空间均应根据当地气候条件，布置在合适的位置，并合理设计。如在夏热冬暖地区可以在建筑物出入口处设置“冷巷”，营造舒适的通风环境。但是在夏热冬冷地区这种做法就不合适了，“冷巷”会形成冬季寒冷的穿堂风，极不舒适，就需要设置一些遮挡措施，形成半开敞式的门斗，以避免形成穿堂风，提高建筑物入口处空间环境的舒适性。因此，单体建筑物的合理布局是节能建筑设计的关键。
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三、建筑精细化设计为建筑节能、营造良好的室内环境创造条件
在建筑物合理布局的基础上，建筑物外围护结构的精细化设计仿佛是为建筑物穿上合适的外衣，使建筑物使用空间即保持良好的舒适性，冬暖夏凉，又最大化降低建筑运行能耗。我们可以从以下几方面着手开展建筑物外围护结构的精细化设计：
1、外围护结构材料选用与构造处理
在外围护结构中外墙结构占据的面积最大，能源消耗占据了总能消耗的百分之四十左右。因此，节能外墙材料的选用对建筑节能起到了很大的作用。随着我国节能建筑的推广，新型节能外墙材料以及外墙保温材料不断推出，市场上材料种类令人眼花缭乱，有自保温外墙材料、也有内、外保温材料、有机或无机保温材料等等。各种材料各有其优缺点，保温性能及耐久性、防水性、耐火等级也各不相同。因此，建筑师须从建筑工程所在地的具体情况出发，深入掌握材料的特性，尽可能选用地方性材料。外墙构造设计也须兼顾地域的气候条件和节能目标，特别在外墙保温材料的选择时，要全面考虑材料的物理性能、施工特点、及耐久性、安全性，合理控制保温层厚度。随着建筑工业化的推广和成熟，建筑师也可以选用建筑外墙保温一体化墙材，即可降低施工难度，又提高了耐久性。
建筑外墙节能设计还须根据不同地域气候情况，正确处理冷热桥部位的构造，有效解决外墙冷热桥处的结露现象。外墙尽量选用外墙外保温，在结构梁柱和墙体交界处、设备管道穿墙处等位置设置有效的保温材料和构造，确保这些部位得到有效的保温处理。
除了外围护墙体，外围护结构中另一大类就是外墙上的窗。建筑设计在严格控制窗墙比同时，须合理选用窗型材、窗玻璃材料，合理控制外窗的气密性。设计建筑外窗气密性等级须符合现行国家标准《建筑外窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106的规定。
除了常规设计的外围护墙加外窗体系，很多公共建筑采用了建筑玻璃幕墙体系。玻璃幕墙体系建筑在节能方面确实存在着一定的弊端，但是，建筑不可能千篇一律，一个面孔，玻璃幕墙体系建筑在整个建筑市场上总会占有一席之地。为解决玻璃幕墙体系建筑节能问题，在该类建筑设计中已逐渐出现了“双层呼吸幕墙”的做法。“双层呼吸式幕墙”是由内外两层玻璃幕墙组成，与传统幕墙相比，其技术核心为设置了“热通道幕墙”，它的最大特点是由内外两层幕墙之间形成一个通风换气层。由于此换气层中空气的流通或循环，使内层幕墙的温度接近室内温度，减小温差。双层幕墙运用了“烟囱效应”、“温室效应”“空气对流”的原理，是从幕墙的功能上解决节能问题，因而它比传统的幕墙在制冷或采暖时节约能源近50%左右。而通常单层幕墙则只是从材料的选用上，通过材料本身的特性来达到一定的节能效果。双层幕墙设计还可以将遮阳百叶置于换气层中，这样即能有效地防止日晒又不影响立面效果。
2、运用绿化种植手段降低建筑能耗
屋面作为建筑的第五立面，直接接受着强烈的太阳辐射作用，屋面绿化既能兼顾建筑景观，同时又能为建筑物起到保温、隔热作用，能有效改善建筑物室内空间环境，降低建筑能耗。同时墙体绿化也能有效改善建筑物墙体的隔热效果，特别对于建筑物东、西山墙，墙面可以种植爬藤植物，以起到良好的遮阳效果。同时，在建筑物周边，应根据太阳辐射模拟分析、风环境模拟分析，合理种植乔木、灌木，以有效改善建筑物周边环境，达到夏季遮挡强烈的太阳辐射，冬季遮挡寒风的效果。因此，建筑师在设计中可合理运用绿化种植手段来改善建筑物周边环境，同时也为改善城市生态环境起到一定的作用。
3、合理设计外遮阳：
夏季西向的太阳辐射通过窗体、墙体进入室内的热量是造成夏季室内过热的一个主要原因，除了前面已提到的绿化种植遮阳，其它遮阳设施设计也很为重要。遮阳设施种类也是多样的，有水平式遮阳、垂直式遮阳、挡板式遮阳。这些遮阳设施还分为固定式和活动式。通常水平遮阳能够遮挡从窗口上方射来的阳光，适用于南向外窗；垂直遮阳能够遮挡从窗口两侧射来的阳光，适用于东西向外窗；挡板遮阳能够遮挡平射的阳光。常见遮阳措施有：固定遮阳板遮阳、固定百叶遮阳、花格遮阳、活动百叶遮阳、活动遮阳卷帘、活动遮阳篷、活动遮阳纱幕等。建筑师在设计中应根据不同朝向不同建筑功能综合采用合理的遮阳方法。
四、可再生资源利用为建筑物有效降低能耗起到积极作用
建筑在其使用周期中需消耗大量的能源，并对环境产生不利影响。因此，可再生能源的利用已成为建筑行业可持续发展的必要手段。太阳能集成系统、太阳能热水系统、光伏发电、光导照明、地源热泵等等技术已深入建筑设计中。建筑师应与相关专业的设计人员一起，积极探索并充分应用新型能源。如常规的太阳能集成系统设计中，往往只在屋面设置太阳能设备，而实际上建筑物除了屋面外，墙面也受到较强的太阳辐射，建筑师只要运用合理的立面设计处理手法，在墙面的合适部位安装太阳能集成板，就能更大化地利用太阳能。如在水资源保护中，建筑师应充分利用场地、屋面雨水进行中水收集回用，在场地内设置一定体积的水池，经过处理的雨水可用于绿化灌溉、场地清洗等；场地设计中还应积极采用海绵设计原理，通过下凹式绿地、生态树池、透水铺装等有效手法，提高场地内雨水年径流量控制率。为保护地球环境，节约能源，建筑设计中必须减少常规能源利用，积极利用可再生能源。
参考文献：
[1]洪悦 《双层换气幕墙的典型类别与节能效益分析》
[2]中华人民共和国住房与城乡建设部 《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）》（居住建筑）
论文作者:刘刚蓉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/4
标签：建筑物论文; 建筑论文; 节能论文; 遮阳论文; 被动式论文; 建筑设计论文; 幕墙论文; 《基层建设》2017年第25期论文;