被动式超低能耗建筑设计基础与应用探讨

夏兵 王雪莲

摘要：随着建筑工程数量与规模的扩大，建筑业对能源的消耗也越来越大，若仍然按照传统的理念来进行建筑设计，势必会造成能源的浪费与环境的污染。面对如此严峻的形势，如何降低能耗，减轻环境污染成为了一个重要的问题。被动式超低能耗建筑设计是以绿色节能为核心，服务于社会大众，让百姓体验经济实惠的建筑产品，它符合我国的可持续发展理念。

关键词：被动式超低能耗建筑;设计基础;应用

随着经济的发展，人们愈发注重生活环境的改善和生存质量的提升。但仍存在着能源短缺的问题，而我国是一个能源消耗大国，其中20%- 25%的能源都是建筑能耗。在这样的情况下被动式超低能耗建筑的出现不仅满足了建筑业发展的要求，也满足了人们对建筑舒适度的要求，更满足了环保的要求。故被动式设计以不同于主动设计的自然理念结合本地的发展因地制宜应该得到更多的重视和研究。

一、被动式超低能耗建筑的相关知识简介

（一）被动式超低能耗建筑的基本概念

被动式超低能耗建筑是指建筑能够适应气候特征和自然条件，冬暖夏凉，不惧风吹日晒，具有良好的透气性和隔热性，通风良好，并应用环保、可持续循环利用的建筑材料。其最突出的特点是可以用最小的能源消耗来调节室内温度。与传统建筑不同，被动式建筑不需要像传统建筑一样加热或降温，它是利用新型建筑材料在一定基础上进行的室内温度调节。

（二）被动式超低能耗建筑的设计原则

被动式超低能耗建筑在设计过程中遵循可持续发展、安全环保等原则进行设计。它在设计过程中以低能源消耗为设计目标，并在此基础上和气候、环境等外在条件实现完美搭配。在不同气候区，设计师为了实现可持续发展、节约能源、减轻消耗的目标，在进行设计前就先对现场以及当地气候条件、自然条件等进行考察，并根据不同的地点、气候等“因地制宜”进行合理规划和设计。与此同时，设计者还要考虑建筑风格，使建筑在兼具美感的基础上实现节能减排的目标。除此之外，设计师还要考虑建筑成本等预算，将预算控制在合理范围之内，最终实现可持续发展的目标。

二、被动式超低能耗建筑的意义

随着我国经济和社会的不断进步，人们的生活质量也得到了提高，如果用传统的建筑材料，不仅会造成资源浪费，而且不利于保护环境。被动式设计策略主要是建筑设计所采用合适朝向、蓄热材料、遮阳装置、自然通风等，这些策略尽可能地被动接受或直接利用可再生能源。因此，如果运用被动式超低能耗建筑进行设计，不仅能够节约能源，而且还有利于人体健康，更有助于保护环境，合理利用能源。同时，被动式超低能耗建筑的使用，也带动了科技的进步，推动了科学技术的发展。

三、被动式超低能耗建筑设计的基础

（一）因地制宜

因地制宜是被动式超低能耗建筑设计的基础之一，是指在设计的过程中，充分与当地实际环境相结合，而非刻意追求能耗控制。如德国慕尼黑的超低能耗建筑，强调利用当地地势平坦、光照充足的特点降低电能消耗，利用太阳能作为补充。20世纪末期，罗马尼亚曾尝试模仿德国慕尼黑的思路进行被动式超低能耗建筑建设，但所选地区多山区、多雾，建设完成后，由于光照不足，太阳能设备难以发挥作用，设计实际上是失败的。

（二）具备可实现性

可实现性，是指被动式超低能耗建筑的设计思路具有价值，且能够在当前条件下实现。美国学者曾于20世纪90年代提出“零能耗”计划，该计划内，建筑中一切能源可以循环使用，外界只向建筑提供少量补充即可。当时的美国学者维尔纳（Werner）和威廉姆斯（Williams）以特斯拉（Tesla）的永动机为基础，进行了设计尝试，结果上看，建筑内部热能可在完全理想的环境下保存40～60%，以集热板进行存储，使用时集中释放。但在实验的过程中，一方面集热板以高分子材料制备，耗费大量资金，另一方面由于建筑热能存在持续散失的问题，实际得到存储的只有16～22%，缺乏可实现性。

四、被动式超低能耗建筑设计的应用

（一）自然能源利用设计

被动式超低能耗建筑设计的应用主要体现在自然能源利用。早在20世纪70年代的德国，科学家已经尝试太阳能发电，经过40年的技术发展，太阳能发电已经得到广泛应用。在该框架下，建筑顶部的太阳能板可以进行光伏发电，将太阳能转变为电能，并进行存储，建筑内部的用电通过储能器提供，以降低对常规电能的需要。太阳能属于洁净能源，该设计几乎零污染且能持续再生，因此得到了各国的广泛重视，我国各地的多数被动式超低能耗建筑也采用该设计。

（二）保温隔热设计

对于一个被动式超低能耗建筑物而言，最重要的就是保温隔热方面的设计，只要把建筑物的保温隔热设计好了，就能节约大部分资源，所以，在设计时应该最大程度的提高建筑物自身保温隔热性能。首先，外墙保温设计时，选择满足被动式超低能耗建筑要求且绿色环保的保温材料，既能保证人们舒适生活，又能节约资源。其次，外门窗设计时，要选择能够满足被动式超低能耗建筑对其隔热性、气密性、隔声性和水密性要求的产品，且外门窗与建筑结构连接方式采用无热巧设计。

（三）传统能耗项目优化设计

被动式超低能耗建筑的能耗项目实际上与传统建筑十分类似，设计人员也会强调优化传统能耗项目，较为典型的如地道风空调、闭路水循环空调等。闭路水循环空调是借助水循环进行室内辅助降温，能够优化传统空调的耗电问题。该技术可应用于大部分类型建筑中，在建筑顶部、两层之间的夹层中，放置闭路水循环系统，启动空调的同时，向闭路水循环系统提供少量动力，水开始在水管内流动，持续吸收来自室内的温度，辅助进行降温。我国广东省等地的建筑目前较多采用该设计，其能耗较传统空调略有降低，约为后者85～95%，一般室内空间越大，降温效果越理想。地道风空调强调冷热交换，在建筑下部放置连通室内金属管道，利用室内温度和地下温度差异形成的壓差，进行空气交换，当室内温度较高时，地下冷空气可进入室内，当室内温度较低时，地下热空气可进入室内，辅助进行温度调节。不过地道风空调功能较差，只能降低5%左右的消耗，应用范围也不够广泛。

五、结语：

在新时期，建筑工程设计想要实现进一步的发展，一定要重视节能理念，要将绿色环保作为核心思想，主动引入被动式超低能耗建筑设计，实现建筑与自然的结合，解决建筑工程中粗放式设计造成的能源浪费问题，形成全面系统的节能发展理念。

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