甘南三维建筑设计事务所 黑龙江省齐齐哈尔市 161000
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设计分析
1.1我国被动式气候的分区
由于目前被动式技术的应用主要是对太阳能和蓄热的应用，因此被动式技术和建筑外部环境有很大的关系。在对我国被动式超低能建筑设计进行分析的时候，首先要进行的就是被动式设计分区工作。
1）被动式采暖和温度降低的区别
在进行气候划区的时候，最重要的工作就是对区划指标的选择，而区划指标通常和被动式技术、室外气候的不同情况有很大的关系。太阳能采暖技术是应用比较广泛的技术，目前影响太阳能采暖技术的主要因素有两点，一是建筑的外部温度，一是建筑自身的辐射热量。如果室外的温度较低或者太阳辐射量达不到要求都会造成太阳能采暖率的不足。而对于另一种被动式技术，夏季蓄热通风技术来说，需要对建筑自身的蓄热率进行掌握，同时还要注意考量夜晚建筑外部空气的温度，风量和建筑进行热交换的情况等。
2）气候分区的划分
被动式分区的目的是通过科学合理的划分，为建筑人员提供我国各个地区实施被动式技术的理论依据，从而获得更加合适的室内环境。我国气候分区通常采用一级和二级区划方式，其中一级区划主要是考虑冬天的影响，太阳能采暖率为其指标，二级区划主要考虑的是夏天的影响。二级区划和一级区划相比更加复杂，要考虑蓄热通风、蒸发冷却等一系列指标。
1.2被动式太阳能采暖分析
被动式太阳能技术是目前实施建筑节能技术的主要途径。在我国西部地区，太阳能资源比较丰富，但由于技术不够成熟，导致太阳能的利用率较低，从而造成被动式低能耗建筑的发展还比较落后。
1）太阳能建筑耗热量的计算基础
为了更好地发展被动式太阳能技术，在相应地区内设立对应的建筑节能目标是非常必要的。现在的节能目标制定主要关注的是人工环境设备的耗能情况，这种方法很容易忽略掉冬季阴天时的辐射影响。根据研究发现，被动式太阳能建筑的热量指标和太阳辐射、室外温差都有很大的关系。根据这种影响提出的耗热量指标为：
2）太阳能建筑节能率的计算分析
被动式太阳能建筑节能率的计算方法在我国太阳能资源比较丰富的地区有着较大的应用。普遍认为，建筑的节能率较大时，耗热量就较小。在被动式太阳能建筑中，如果太阳能提供的热量越多，人工设备提供的热量就较少，从而越符合节能式建筑的设计理念。通过大量的试验研究和动态模拟方法，计算出的太阳能建筑辅助耗热量公式为：
其中，A0是建筑面积，tn和te分别是室内和室外温度，Ag是集热窗面积，C表示的是污垢的遮挡系数。
1.3被动式蓄热通风降温分析
被动式蓄热通风技术对于降低空调使用率，减少碳排放具有一定的帮助。在节能式建筑中，通过蓄热通风降温技术，可以有效储存夜晚风中的冷能量，从而起到减小建筑室内平均气温的目的。
1）蓄热通风计算基础分析
在进行蓄热通风节能建筑设计的时候，设计人员要将能够快速分析同时又保持准确率的计算方法进行推敲，并将其作为计算的基础。蓄热通风的实质是建筑室内的热环境和室外风中冷能量进行耦合的过程，通常影响计算的因素主要有建筑外部天气条件，节能式建筑布局以及维护栏的蓄热性能等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当前，通过应用流体力学和传热学的相关知识可以完成这种模拟。节能建筑计算降温通风和需热量的简化计算公式为：
其中，T0和TI为进入和排出空气的温度，Amass和Hmass为蓄热体面积和体表换热系数。
2）影响蓄热通风的因素
蓄热体是影响蓄热通风的主要因素，因此做好蓄热体的设计工作至关重要，在设计中要注意对蓄热体的位置、布置情况、数目等进行具体分析。蓄热体内部面积x和室内保持适宜温度的时间比y公式为：Y=0.0877lnx+0.603。
二、室外气候逐时变化表征方法
国内学者进行了大量基础研究，提出以美国Sandia国家实验室提出的典型气象年（TMY）为基本生成方法，考虑我国气象数据背景和建筑热环境需求，研发本土化的典型气象年的研究思路。典型气象年是一个既要准确反映建筑能耗的逐时变化，又要能够以最少量的气象数据代表气候的典型变化，即做到精细化模拟与减少计算量的平衡是其技术难点。它是由12个均具有气候代表性的典型月（TMM）组成的一个“假想”的气象年。每一个典型月由逐时变化，且是真实纪录的干球温度、露点温度、风速和水平面总辐射、直射辐射等若干影响能耗的关键气象要素构成，每个要素因对能耗和热环境的影响程度的不同而被赋予不同的权重。针对我国原始气象数据特征，需要解决系列数据处理问题：逐日和定时观测数据的逐时化插值方法；针对关键数据，如辐射、风速等，因缺测带来的建立各类气象数据的预测模型问题；不同地区气象因子对能耗影响权重的选择问题；为分析气候变化与建筑能耗的耦合关系，需要建立未来典型年的生成方法等。
三、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。2004年以前，国际建筑热环境设计标准一直遵循的是稳态热舒适理论，是由著名学者Fanger教授在20世纪60年代所建立的。其核心是在冬季和夏季，建筑室内分别采用恒定的温度控制指标。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。
四、被动式超低能耗建筑设计理论发展
4.1在我国具有相应条件的地区，建设被动式超低能耗建筑具有很强的可行性，可以有效改善居民的生活环境，降低经济成本，同时也是保护我国地域文化的一种有效办法。
4.2低能耗建筑未来的发展趋势是高效率、零能耗。我国应该牢牢抓住我国具有的气候资源特点，在低能耗建筑方面积极开展研究工作。
4.3低能耗建筑的研究工作比较复杂，研究人员在进行相关方面研究时，要充分考虑地区气候条件和人体舒适度之间的关系，同时要对当地的文化传承、生态发展以及经济成本和技术条件进行考量，通过被动式采暖、被动式通风蓄热降温等技术为我国低能耗建筑的发展提供理论支持。
五、被动式超低能耗建筑设计实践
我国西部地区的环境比较恶劣，在该地区有效应用被动式超低能耗建筑是非常适合的。近年来，我国被动式低能耗研究团队对西部地区的陕西、四川等地建设了有效的被动式超低能耗建筑示范案例。示范建筑工程有效改善了当地居民的居住条件，为我国被动式超低能耗建筑的发展提供了理论依据。
结束语：
随着对环境保护重视程度的越来越高，被动式超低能耗建筑的研究越来越受到关注。建筑设计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。
参考文献：
[1]徐伟，孙德宇.中国被动式超低能耗建筑能耗指标研究.动感（生态城市与绿色建筑），2015，01：37-41.
[2]杨柳，杨晶晶，宋冰，朱新荣.被动式超低能耗建筑设计基础与应用.科学通报，2015，18：1698-1710.
论文作者:徐楠楠
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/29
标签：被动式论文; 建筑论文; 蓄热论文; 太阳能论文; 超低论文; 技术论文; 我国论文; 《防护工程》2019年12期论文;