关键词：夏热冬冷；被动式建筑；设计策略
1 被动建筑设计
面对日益稀缺的自然资源，自然环境恶化的现状，建筑师在高技术帮助的同时，也开始探索建筑的智慧发展，比如“被动房”。“被动房”三个字是从德语“Passivhaus”直译过来的，德国被动房的认证体系已经在国内被广泛接受和运用。但是德国的被动房不是最严格意义上的被动式建筑，它是采取了一些主动措施来保证室内热舒适的一种超低能耗的房子。由此，就涉及“被动建筑设计”，其更多的采用“累积能量”的低材料和适应技术，为人类创造健康、舒适的工作环境和节能低碳的生活环境。被动式建筑设计策略旨在抑制室内环境的波动变化与外部世界，创造一个舒适的建筑室内热环境。
2 夏热冬冷地区
夏热冬冷地区是指累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数为60天至89天，以及累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数不足60天，但累年日平均温度稳定低于或等于8℃的日数大于或等于75天。其气候特点是夏季酷热，冬季湿冷，空气湿度较大，当室外温度5℃以下时，如没有供暖设施，室内温度低、舒适度差。根据地区气候特点和住建部的相关文件要求，安徽省被划分为夏热冬冷地区，执行该类型的节能设计标准。
3 我国被动式建筑现状
我国被动式超低能耗建筑技术尚不成熟，对于被动式建筑的判定仅限于单个构件或技术设备的独立能耗为基础,缺少对整个建筑的一次能源消耗量的定义和限值,并且对于增量成本和增量效益目前都只能进行粗略估测,因此无法客观评价被动式建筑节能技术体系的能效水平以及其增量成本和所带来的增量成本经济效益。鉴于夏热冬冷地区气象条件、设计理念等诸多方面较国内其他气候区存在较大差异,我们应该充分考虑夏热冬冷气候区建筑保温、隔热和能耗控制的复杂需求。比如综合运用理论探讨、模拟研究等方式,对影响夏热冬冷气候被动式建筑能源节约水平的各分项因素进行评价,对适宜性技术策略的优劣进行定量化分析。然后通过BP神经网络、正交试验方法将各项技术进行组合,分别模拟采用各项技术集成方案后的被动式建筑整体节能水平,建立一套适合夏热冬冷地区被动式建筑能耗预测模型,比较不同被动式控制技术集成方案的优劣,指导被动式建筑建筑的设计。
4 被动式建筑冬季设计策略
建筑被动式设计重点始终离不开建筑的体形系数以及围护结构的隔热保温和集热处理。体型系数越小，建筑节能效果越好。设计方正规整，在构建较小体型系数的基础上，着重研究单体建筑的围护结构隔热保温和集热性能。下面以某项目为例，结合计算机模拟仿真数据的运用，进行策略分析。
4.1立面围护结构窗墙处理
某项目依据计算机的精确模拟仿真数据与设计手法的相结合，在窗墙处理方面权衡利弊关系，进行了协调的被动式设计处理。基于场地规划设计，建筑的主体朝向的立面设计西晒处理成为了重要问题。主要体现三个方面:一是通过对于建筑受热较多的两面墙体进行主要的侧墙太阳辐射量模拟，根据数据分析显示辐射量较高的一面要做防晒墙设计。二是采光房间均要在满足日照条件下，采用大面积墙体和若干小窗并排处理，并配以浅色墙体表皮处理以保证其采光和隔热性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三是建筑可以采用U形外廊的形式，能够较好的缓解西晒影响。
4.2呼吸式幕墙
建筑单体U形外廊全部设置呼吸式幕墙体系，并在内外玻璃之间的空间通道内局部增设百叶遮阳装置和配以低反射玻璃，在享受呼吸式幕墙带来的被动式节能优越条件的同时，可实现全年采光与遮阳隔热需求的全天候可控状态。遮阳装置和配以低反射玻璃，在享受呼吸式幕墙带来的被动式节能优越条件的同时，可实现全年采光与遮阳隔热需求的全天候可控状态。建筑立面遮阳窗的设计也是建筑被动式设计和自然环境结合的优秀的表现手法之一。在结合场地布局和自然气候的计算机模拟数据分析之下，南面主要房间遮阳窗上檐向下形成一个37°的倾角，出挑0.6m，并在上檐设置太阳能光电板，在太阳高度角较大的炎热夏季有效利用太阳能被动式集热的同时能确保太阳高度角较小的冬季室内有足够的直射阳光以保证冬天的室内温度。
4.3屋面被动式集热与隔热处理
屋顶被动式集热与隔热是被动式建筑设计的重要环节之一，而对于在能源需求日益紧张的今天，太阳能作为清洁能源在普及推广和运用过程中有过很多卓越的应用表现。结合当地气候环境，采用太阳能光电系统和局部绿化措施，经过计算机精确的模拟仿真，来设计屋顶的集热隔热系统以达到被动式建筑节能设计的目的。该项目属于夏热冬冷地区，夏季时间长，太阳年平均辐射总量可达4×109J/m2，太阳能资源丰富。通过对于U形主体建筑的屋面太阳能热辐射量的模拟数据的分析处理，建筑主体南北屋面每小时太阳辐射能在230W/m2～550W/m2之间，并且分布均匀。在进行屋面设计之初，在遵循建筑设计相关规定的基础上，较终确定30.7°的屋面倾角以保证获取较大的辐射效果。架空的坡屋顶下层空间在安置相关设备的同时由于通风效果良好从而起到了很好的屋顶隔热效果。会议室屋顶由于层高较小，受到一定的遮挡，辐射相对较小，同时考虑到建筑设计美观和炫光等因素，采用集中式屋面绿化来处理隔热效果。
4.4提高部分玻璃隔热能力
窗户是建筑围护结构的重要组成部分，是最活跃、最敏感的部分建筑传热，热损失是墙的5到6倍。在窗户能耗约占总能耗的40%，因此传热的控制玻璃门窗的建筑节能具有重要意义。主要从以下几个方面考虑：
（1）选择合适的窗墙比；根据不同的方向选择合适的窗墙比，而不是盲目地与现代更美丽的玻璃面积，或为了减少热传递窗墙比，需要根据定位、功能、景观等因素综合考虑。
（2）选择门窗结构；增加窗外的层，利用气隙热阻，提高窗口的隔热效果，认为在传热方面，每加一层玻璃，可以减少大约40%的相应的传热。
（3）使用节能玻璃。玻璃的热性能可以分为太阳辐射的传输性能（热）通过性能和绝缘性能。
5 结束语
建筑的本质实质上是人们对于大自然的改造工程。其充分有效的利用大自然的环境，趋利避害以达到人们舒适性的需求。在使用各种高技术设备来武装建筑以达到节能和舒适的目的同时，应该理性回归建筑设计与自然环境的结合，呼吁被动式的建筑节能策略发展，发挥出其低技、低价、低碳的设计优势。被动式建筑设计应在整个方案规划设计过程中，充分利用当前技术手段合理分析场地环境和自然气候条件，回归建筑结合自然的设计本质，真正的营造出契合当地环境条件、地域气候的节能建筑。
参考文献:
[1]黄晓平.被动式住宅小区建筑设计实践[J].现代物业(中旬刊),2019(04):116.
[2]李东升.被动式超低能耗建筑设计与应用研究[J].建材与装饰,2019(03):117-118.
论文作者:韩殿峰
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷17期
论文发表时间:2019/12/4
标签：被动式论文; 建筑论文; 建筑设计论文; 气候论文; 屋面论文; 玻璃论文; 遮阳论文; 《建筑实践》2019年第38卷17期论文;