摘要
从被动式设计的源起、基本概念气候等方面入手，对被动式建筑的设计原则及目标、内容及基本方法进行系统研究。接下来根据不同气候条件论述了相应的设计策略。又较为详细的阐释了建筑单体设计过程中如何使用被动式节能技术，以及结合了清华大学超低能耗楼这个案例事实进行解释，包括了建筑的体形设计、外立面设计、内部空间设计、围护结构以及材料等方面，使得对被动式建筑设计的研究从碎片化走向系统和融合。最后总结了当下被动化存在的约束条件以及面对的诸多困难。关键词被动式节能；建筑能耗；节能1.被动式建筑设计及其理念1.1被动式建筑设计源起被动式建筑最早源于瑞典和德国，通过大量研究以及政府资助，被动建筑的概念逐渐完善。1990年，世界第一幢被动式居住建筑在德国达姆施塔特市开始建造，并于1991年投入运行，其年能耗量比普通建筑降低了约78%。1996年，被动房屋协会在达姆施塔特成立，致力于推广被动式建筑技术并规范被动式建筑标准。随后被动式建筑在世界各地被推广。我国对于被动式建筑的研究起步较晚，早在20世纪80年代我国便已经开展了节能建筑的相关研究，如王德芳、李元哲等对我国太阳能建筑的发展、利用做出了突出贡献。1.2被动式建筑设计的基本概念所谓被动式建筑设计，就是相当于主动式建筑设计提出的。主动式建筑设计节能解决方案是指通过技术创新来降低能源消耗需求或提高设备能效的方式。被动式建筑设计是指在满足室内舒适度要求的前提下，针对建筑节能的目标，利用自然方式来降低能源消耗的设计方法让建筑在四季中均能保持人体舒适温度的低能耗建筑。被动式建筑是舒适、低能耗的生活方式的一种代表。2建筑设计中常用的被动式节能技术2.1建筑单体设计方法建筑设计应遵循按照被动优先的原则，围绕着“四节一环保”的设计理念展开设计，充分利用现场条件，减少建筑能耗，利用自然条件采光、通风、保温、隔热等以提高室内的舒适度。2.2体型设计通常用体形系数来表征建筑体型，体形系数与建筑外围护结构面积成正比。体形系数不仅影响外围护结构的传热损失，还与建筑造型、建筑高度、平面布局、采光通风等相关。随着建筑体形系数的增加，采暖能耗升高较为明显，空调能耗变化微弱，总能耗有明显的递增趋势。当建筑体形过大时通常采用内凹式来增大采光面如，或者将顶部天窗做成向南倾斜。2.3外立面设计通常用窗墙面积比来表示，除了厨卫等非空调屋的窗墙比对能耗影响不大，其他房间都是窗墙比越大，采暖空调能耗越大。其次，不同朝向的窗墙比变化对建筑能耗的影响也不一样。其中，东西向的建筑能耗的窗墙比变化最敏感，北向次之，南向的窗墙比变化对建筑能耗的影响并不大。传统外遮阳形式大致为四种水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳、挡板遮阳。水平遮阳适用于南、北朝向，它可以遮挡高度角较大的阳光；垂直遮阳适用于从东西两侧斜射过来而高度角不大的阳光；综合遮阳适用于南偏东或南偏西朝向；挡板遮阳适用于东、西朝向的窗口，挡住高度角较低而正射窗口的阳光。立体绿化能有效地减除各种自然灾害的危害和影响,增加建筑的艺术效果,使之与环境更加协调统一。2.4内部空间设计中庭设计在建筑中设置中庭，加强建筑的热压与风压拔风，从而改善建筑的自然通风能力。为周边空间提供采光；顶部一般设平玻璃顶，采用点抓式、桁架式，尽量扩大玻璃的透光效果。下沉空间主要适用于地下层有通风采光需求的建筑，或者前面有较为开场空间的项目，不适宜在人流量较大的繁华地带使用。底层架空可增强建筑周边环境的通风，另一方面可以将风引入建筑中，加强室内的自然通风。2.5围护结构节能设计公建考虑保温效果、冷热桥、使用面积、持续用能等因素，以外保温为主。根据气候条件来分严寒、寒冷、夏热冬冷地区首选外保温；夏热冬暖地区以自保温为主；外保温为辅；内保温主要适用于改造项目。外墙构造公共建筑中常见的基层墙体包括钢筋混凝土、加气混凝土砌块、蒸压加气混凝土砌块、粉煤灰小型空心砌块等；还有各种靠墙系统如各种金属板、石材幕墙等。屋顶构造倒置式保温屋面、正置式保温屋面3被动式节能技术在建筑中的应用3.1建筑与环境深入分析周围环境和气候的特征，采用微型园林、人工湿地、植被屋面等技术，改善微气候，平衡生态环境。3.2结构体系选用钢结构，自重轻，排放CO2，便于材料的回收再利用。由于功能需要设置设备夹层，钢桁架也有利于夹层间的管道穿行。3.3围护结构南向高性能真空玻璃幕墙，外置自控水平百叶遮阳；窄通道双层皮通风玻璃幕墙，窗上下间设置光伏电池板。东向，高性能真空玻璃幕墙，外置自控垂直百叶遮阳。建筑的北向和西向，采用高保温隔热墙体。3.4能源系统示范楼采用燃气热电冷联产系统，液体除湿技术与烟气冷凝技术相互配合。太阳能真空管太阳能集热器，为溶液再生器提供能源；太阳能光伏电池板，用于窄通道双层皮玻璃幕墙通道内为微型排风机提供动力；太阳光收集传输系统，为地下室提供自然光照明；生态舱，是被动式太阳房与空中花园的结合。3.5室内环境控制自然通风建筑的北半部外部有风压，采用风压通风方式，组织穿堂风；南半部无风压，则采用热压通风方式，发挥烟囱效应。自然采光应用了采光井、采光板以及太阳能光导管进行天然采光。遮阳内遮阳与外遮阳并用。室内照明装设了可根据房间照度要求自动控制的照明系统和可调光节能灯。空调系统空调末端采用毛细血管辐射吊顶和贯流型干式风机盘管控制温度。3.6结构与材料该建筑采用结构材料可再利用、可再循环的钢结构体系，建筑中综合应用了绿色防水、防火、防腐以及绿色装饰装修材料等。4结论与展望被动式建筑设计还处于发展阶段，其研究还不够深入和全面。应针对不同气候区，给出相应的被动式建筑设计标准、设计策略及评价体系；着力关注被动式建筑的经济分析；建立全面的被动式建筑评价体系。参考文献1江亿.中国建筑能耗现状及节能途径分析J.新建筑,2008(2)4-7.2上海现代建筑设计有限公司技术中心.被动式建筑设计技术与应用M.上海科学技术出版社,2014.，上海现代建筑设计（集团）有限公司技术中心3王丽颖，丘雨佳.对德国被动式居住建筑节能技术的考察J.长春工程学院学报（自然科学版），2013，14（3）38-40.4周正楠.对欧洲“被动房”建筑的介绍与思考J.建筑学报，2009（5）10-13.5宋琪.被动式建筑设计基础理论与方法研究D.西安建筑科技大学,2015.6魏园园,秦洛峰.论被动式节能技术在建筑改造中的应用J.建筑与文化,2015(01)156-157.7蒋毅,黄中.建筑外遮阳与节能J.建筑节能,2007(05)32-33.8桂呈芳.浅谈城市立体绿化的发展前景J.绿色科技,2010(08)42-45.
出版日期
2019年01月11日（中国期刊网平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
