住宅建筑被动式节能设计研究

冯俊

（北京天润建设有限公司，北京100000）

1 引言

在城乡一体化进程不断加快的背景下，我国住宅建筑的数量和规模迅速增长，数据显示，最近10年间，我国住宅建筑面积增加了2.3倍以上，而单位面积的能耗增加了27%，在这种情况下，住宅建筑节能设计受到了越来越多的关注。对比常规建筑节能设计模式，被动式节能设计的成本更低，节能效果也更好，因此，逐渐被广泛应用到住宅建筑中。

2 被动式节能的概念

被动式节能主要是针对配备各类节能设备的主动式节能而言，强调通过对各种自然元素的合理利用，降低建筑对能源的损耗，减轻运行负载。住宅建筑被动式节能设计的核心，是借助相应的技术手段，对建筑所处区域的微环境气候进行调节，换言之，被动式节能设计能够使住宅建筑更好地适应周围的环境和气候，在不增加外部辅助设施的情况下，借助阳光、风力、地形等因素，完成对建筑室内环境的有效调节。被动式节能设计不需要设置外部辅助设施，因此，设计相对简单，在建筑使用过程中，对先进技术没有很强的依赖性，而且能够显著降低建筑需要承受的负载，有效减少能源消耗[1]。

被动式节能设计的优势体现在以下3个方面：（1）可以对阳光、植被等自然资源进行直接利用，配合相应的节能设计优化建筑设计方案，无论是实施还是推广，都有很强的便利性；（2）借助被动式节能设计，能够减少对各类机械设备的需求，保证节能效果的同时，还可以有效降低建筑的设计成本；（3）被动式节能设计在住宅建筑中适用性极强，能够很好地满足不同人群对建筑的个性化需求。

3 住宅建筑被动式节能设计

3.1 科学选址

科学选址是住宅建筑被动式节能设计中一个非常重要的环节，因为建筑周边环境直接关系着居民的日常生活。在建筑选址的过程中，设计人员需要到现场做好现场地形条件的考察，对地形中存在的有利因素进行合理利用，同时确保建筑能够远离自然景观、农田和湿地等区域。具体来讲，被动式节能设计中，住宅的选址应考虑2个比较核心的问题：

1）光照的影响。光照对建筑节能的影响巨大，阳光中的红外线可以为建筑提供外部热源，建筑接受光照的时间以及强度不同，内部环境的温度也会有所不同。因此，在建筑选址中，应考虑光照的影响。

2）风的影响。夏季天气炎热，太阳辐射剧烈，建筑在长时间光照的情况下，内部温度会大幅度升高，影响居住的舒适性，在传统设计中，往往只能借助空调等设备进行降温。但是，这样必然导致能耗的增大，而良好的通风条件可以起到一定的降温作用。因此，在被动式住宅建筑设计中，应根据当地的气候特点，合理考虑建筑的朝向，充分利用自然风。但需要注意，建筑选址应避开灰尘过多的风环境以及风口区域[2]。

3.2 关注绿化设计

在被动式节能设计中，住宅建筑的绿化设计十分重要，一般是将垂直墙面作为绿化载体，通过较小的占地获得较大的生态效益，将建筑能耗降低。比较常见的墙面绿化形式是种植藤蔓植物。但是，对于设计人员而言，在实际操作中需要注意的问题有很多，如应做好绿化植物的合理选择，不能选择常绿植被，否则，会阻挡冬季阳光的照射，应选择枝叶茂盛、叶面宽大的落叶植物，充分发挥其热量调节的作用。植被和墙体之间应保持一定的距离，确保空间畅通。也可以在建筑屋顶进行绿化设计，实现被动节能的同时，迎合绿色建筑的要求。

3.3 关注建筑布局

在对建筑群的布局进行设计时，设计人员需要充分考虑建筑所处区域的环境和气候条件，制订科学合理的规划方案。建筑布局会对建筑区域微气候的形成产生显著影响，合理的建筑布局能够对微气候进行优化，实现良好的节能效果。例如，借助统一朝向的建筑群，可以实现布局的有序性，增加光照面积的同时，保证建筑通风的流畅性，这样的布局方式在住宅小区中十分常见。很多沿街道设置的住宅建筑很容易出现光照不足的情况，并且建筑之间的通风不畅，这样的布局形式在北方寒冷地区具有一定的适用性，有助于冬季建筑保暖。而借助前后交错的排列布局方式，能够有效节约土地资源，增大光照面积，同时也可以增加户外活动的空间[3]。

3.4 建筑节能设计

3.4.1 体形系数设计

建筑形体对于能耗影响巨大，通过对建筑体形系数的合理设计，能够实现对能耗尤其是供暖能耗的有效控制。结合实际情况分析，当建筑体形系数增加1%时，采暖能耗指标会增加2.5%。因此，在针对单体住宅建筑进行设计时，需要做好体形系数的优化设计。

3.4.2 建筑户型设计

户型设计同样是被动式节能设计中需要关注的重要问题之一。从实际操作的角度，在针对住宅建筑的居住空间进行规划设计时，应充分考虑不同房间对热环境的需求，从采光以及太阳辐射的角度，对各房间的布局进行合理安排。从实现最佳通风效果的角度，在实施户型整体平面布局的过程中，应尽量减少气流的迂回路线，确保进风口与出风口对位，可以通过在卧室等位置设置活动门的方式，使住宅建筑在夏季能够形成相应的风道，保证通风效果，冬季则可以减少寒冷气流引发的热量损失[4]。

3.4.3 围护结构设计

围护结构设计应注意以下2个方面。

1）做好墙体保温设计，可以采用2种方式：外墙内保温和外保温。在一些经济欠发达地区，可以选择外墙内保温系统，这种保温系统的建设成本和维护成本相对较低，外墙外保温体系则更适用于高层住宅建筑，二者都具备较为理想的保温效果。

2）做好窗体节能设计：一方面，应合理确定窗墙比，相对而言，较大的窗户采光和通风效果好，但同时室内热量消耗大；较小的窗户采光通风效果差，但是散失的热量小，设计人员应在充分考虑区域气候以及用户需求的情况下，确定最佳窗墙比，另一方面，应关注窗体节能设计，通过选择双层中空玻璃、强化气密性等方式保证窗户的节能效果，同时也应根据实际情况选择开窗的方式（推拉、内开、外开）[5]。

4 结语

住宅建筑被动式节能设计是节能设计中一种非常有效的形式，能够减少各类辅助设备的使用，通过建筑的选址、布局、绿化等方式实现被动式节能，还要结合区域气候条件，充分考虑建筑采光、通风等设计，为居民提供舒适的居住环境。