住宅建筑被动式节能设计研究

郭小青（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南　长沙　410011）



住宅建筑被动式节能设计研究

郭小青（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410011）

在住宅建筑节能设计中，被动式节能设计是一项非常复杂的系统工程，它关注的主要是自然通风以及隔热遮阳设计方面的问题。在被动式节能设计中，应该对建筑周围的环境以及其他各种因素进行全面的考虑和综合，保证被动式节能设计的最大化效益。本文主要阐述了住宅建筑被动式节能设计方面的内容。

住宅；建筑；被动式；节能；自然通风；隔热遮阳

引言

目前能源短缺以及环境污染已经成为全世界面临的重要问题，建筑行业作为一个消耗巨大的行业，进行建筑节能设计是十分重要和必要的，进行建筑节能设计能够有效的减少对环境的污染和节约能源。其中住宅建筑被动式节能设计应该充分的贯彻节能的理念，减少对环境的污染和能源的消耗。

1　被动式建筑节能特点

被动式建筑节能指以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。主要具有密封性好、讲朝向、通风性好以及低水耗四个方面的特点：

1.1密封性好

相比于普通住宅建筑，被动式住宅技术通常不需要暖气设备。要想对室内温度进行保持，首先就是要对房子的密封性以及良好的保温层进行依靠，对住宅建筑进行高效保温设计，对门窗进行特殊的保温隔热处理。

1.2讲朝向

为了对能源损失进行减少，被动式住宅建筑在设计中会对外墙面积进行尽量的减少，所以住宅建筑的房屋南北朝向是非常重要的，这与是否能够更好的对太阳能进行利用具有十分重要的关系。东西向很少开窗，如果想大面积开窗必须有相应的自然或人工遮阳设施（树木、百页、遮阳篷）。

1.3通风性好

因为被动式住宅建筑具有较高的密封性，所以被动式节能住宅的通风显得更为重要，以防止霉变。但是通风会损失大部分能量，所以出现新一代的通风设备：新鲜空气被吸入首先进入主卧和起居等房间，污浊空气被从卫生间和厨房排出，同时通过热循环交换器，使新风被旧风加热，尽可能减少通风热损失。

1.4低水耗

为了减少水消耗，雨水被收集起来用于冲刷厕所、花园和冲洗其他。水通过屋顶太阳能加热器被加热，如果热水需求较高，会补充天然气加热。在这个消耗量上，传统房子一年需要天然气1500～2500L，而被动式节能住宅只需150～250L。

2　被动式住宅建筑节能设计

2.1规划布局

规划布局应采用有利于接收或遮挡太阳辐射的被动节能规划，利用规划有利于夏季主导风向通风或防止冬季住宅外表面散热过快，增加或降低温湿度。建筑规划布局被动节能应考虑以下几个方面：

（1）规划布局是否有利于夏季自然通风。定性分析主要包括以下几个方面：居住区建筑物的规划布局是否考虑采用错列式或斜列式布局，并使建筑与夏季主导风向的投射角不大于45°。公共绿地规划是否符合 《城市居住区规划设计规范》GB50180中有关公共绿地布置的相关规定，以及公共绿地的空间形态布局是否有利于夏季主导风的气流通风组织。是否符合不同气候条件地区所规定的住宅楼间距，以及住宅楼体单元组合长度等相关规定。

（2）要求居住建筑南北朝向布置或多数主要房间朝南向布置，尽量避免夏季西向日晒，主要是由于太阳高度角和方位角的变化规律，使住宅在冬季能够最大限度地利用日照，增加太阳辐射得热量，并避开冬季主导风向，减少住宅外表面热损失。同时，居住建筑物南北朝向布置，在夏季能够最大限度地减少太阳辐射得热，并可利用自然通风降温冷却，以达到节能的目的。居住区气流通风组织不畅还会严重地阻碍空气的流动，对于室外散热和污染物消散非常不利，会严重影响居民在室外活动时的舒适感。同时采用有利于夏季、过渡季自然通风和降低热岛效应的建筑规划布局，对于住区建筑节能也十分重要，可以减少夏季的空调能耗，提高空调设备的工作效率。

（3）夏季西向日晒的太阳辐射通过窗体进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因，遮阳设施遮挡太阳辐射热量的效果，除取决于遮阳形式外，还与遮阳设施的构造措施、安装位置、材料及颜色等多因素有关。遮阳设施可设置为水平式外遮阳、垂直式外遮阳、挡板式外遮阳等固定或活动式遮阳方式。

2.2建筑形体

严格控制建筑体型系数，避免凹缝和过多外凸。建筑体型系数对单位建筑面积采暖耗热及空调能耗，影响很大，体型系数越小，耗热量越小，严寒、寒冷地区体型系数应控制在 0.3以下。

2.3自然通风与引导通风

通过在设计时对建筑形体及外门窗位置的考虑，使建筑两侧产生正负气压，有利于建筑的自然通风。通过对室内空间布局及门与通道的考虑，在建筑内部形成空气对流，使入室气流能流向生活区及人体高度的范围。利用天井、楼梯间等增加建筑内部开口面积，便于引导自然通风。利用热压原理，用通风塔（井）、中庭等产生烟囱效应实现通风换气。利用楼电梯间使住宅中间户型形成引导通风。利用太阳能热压通风井的厨卫防串味通风。

2.4自然采光和导光的被动节能

单栋建筑或居住小区公共区域天然采光在满足功能区照度的前提下，建筑地上部分，公共区域的天然采光面积大于一定比例；有地下室的建筑，地下一层公共区域的天然采光面积大于一定比例。住宅的楼电梯间和公共走道。为满足居民心理和生理的健康需求，并节约住宅公共区域人工照明的能耗，应使更多的住宅楼地上公共区域能够天然采光。

（1）住宅楼地上公共区域天然采光面积比例的核定较为复杂。《住宅设计规范》（GB50096）规定当楼梯间设置采光窗时，采光窗洞口的窗地面积比不应小于1/12，采光系数不应低于0.5%，室内天然光临界照度为25（LX）。且采光窗下沿离楼面或地面高度低于0.50m的窗洞口面积不应计入采光面积内。但住宅楼电梯间或公共走道处通常会设置较多的外装饰构件，《建筑采光设计标准》（GB/T50033）规定：侧面采光口上部有宽度超过1m以上的外挑结构遮挡时，其采光系数乘以0.7的挡光折减系数。所以，评价公共区域天然采光面积比例时，应按以上标准核算天然采光的面积比例。

（2）地下一层公共区域所指为住宅地下室楼电梯间、公共走道、地下车库和设备用房。当通过设置下沉庭院、采光窗井或采光天窗实现地下室的天然采光时。其窗井挡墙对窗体采光口的光线遮挡，可按 《建筑采光设计标准》（GB/T50033）第5.0.2款进行采光系数计算后，可按以上标准核算地下一层的天然采光面积比例。利用导光管和反光装置将天然光引入地下停车场或设备房，在满足该功能区照度的条件下，天然采光的区域不小于地下室一层建筑面积的一定比例。

利用导光管和反光装置将天然光引入地下室或设备房时，应根据工程的地理位置、日照情况进行经济、技术比较，合理地选择导光或反光装置。可采用主动式或被动式导光系统，主动式导光系统采光部分实时跟踪太阳，以获得更好的采光效果，该系统效率较高，但机械、控制较复杂，造价较高。被动式导光系统采光部分固定不动，不需跟踪太阳，其特点为：系统效率不如主动式系统高，但结构、控制较简单，造价低廉。当采用导光管或反光装置时，宜采用照明控制系统对人工照明进行自动控制。有条件时，可采用智能照明控制系统对人工照明进行调光控制。当天然光对室内照明达不到照度要求时，控制系统自动开启人工照明，直到满足照度要求。如图1为导光管利用示意图。

图1　导光管利用示意图

2.5遮避与利用太阳热能的被动节能

硬质地面采用遮荫措施或铺设太阳辐射吸收率低的浅色表面材料可有效降低地面的表面温度，减少热岛效应，提高行人室外活动的热舒适度。遮荫措施包括绿化遮荫、构筑物遮荫、建筑自遮挡，其中：绿化遮荫面积按照成年乔木的树冠投影面积计算；构筑物遮荫按照遮荫投影面积计算；建筑自遮挡面积按照夏至日8：00～16：00内有4h处于建筑阴影区域的硬质场地面积计算。坡屋面采用太阳辐射吸收率小于0.7的浅色饰面，平屋面采用太阳辐射吸收率小于0.5的浅色饰面，或同时采用太阳辐射吸收率低的屋面材料和绿化屋面，可降低建筑屋面表面温度，减少建筑能耗。建筑外墙采用太阳辐射吸收率小于0.6的浅面饰面，可减少外围护结构吸收得热，有利于空调系统节能。设置有顶盖的遮荫停车棚（库）或将停车位设置在地下车库。都可按比例认定为停车位有遮荫措施。

2.6屋面绿化节能

屋面绿化是指满足当地人工绿地覆土种植要求，并能够保证植物良好成活率的的永久绿化。屋面绿化应根据屋顶荷载和使用要求，利用耐旱草坪、地被、藤蔓植物、低矮灌木或小型乔木等进行屋面绿化的植物配置，并可设置花坛、棚架、花墙、水池和亭子等园林设施。屋面绿化应注意做好防水、阻根、排水、过滤等构造层，保证屋面绿化的安全性和实用性。屋面绿化可使屋面具有更好的保温隔热能力，并增加相应的绿植面积，减少城市热岛效应。

3　结语

在建筑节能设计中，应该做到首先考虑进行被动式节能设计，根据工程实际情况采取合理的被动式节能技术，设计出符合环境品质优良的节能建筑。在今后的住宅建筑被动式节能设计中，还需要不断的加强研究，综合各种因素进行考虑，运用更多先进的设计理念，做好建筑被动式节能设计。

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郭小青（1982-），女，工程师，本科，主要从事建筑设计工作。

TU241.91

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2095-2066（2016）12-0137-02

2016-4-7