被动式节能在住宅建筑设计中的应用分析

张 珺

（太原理工大学现代科技学院， 山西 太原 030024；山西工学院， 山西 朔州 038500）

0 引言

被动式节能技术在当前的住宅建筑设计中需要考虑到多个因素，以便可以根据建筑区域的实际情况以及建筑的实际需求选择最适宜、最佳的建筑朝向以及最科学的群体布局等等。

1 被动式节能技术

1.1 优化自然能利用率的被动式建筑设计

平面被动式设计、竖向热环境被动式设计等可以使建筑通过被动采暖、采光、通风等充分利用自然资源。采光窗、天窗、天井等设计也大大降低了能源的消耗。

1.2 优良节能的围护结构体系

围护结构包括外墙、屋面、分户楼板、外窗等。在被动式节能技术的应用中，合理的围护结构体系，其安全性、经济性、耐候性等优势更加明显，各结构的能源浪费问题也得以解决。

1.3 充分利用可再生能源

1.3.1 太阳能光热利用

在住宅建筑设计中采用分散集热－分散供热太阳能热水系统，一个太阳能集热器连接一个储热水箱，并且储热水箱中可以通过设置辅助电加热装置的方式来满足卫生间、厨房热水需求。

1.3.2 地源热泵利用

当项目位于夏热冬冷地区时，夏季冷负荷高于冬季热负荷，地源热泵系统的使用可以更好的发挥作用，并有效的降低能源消耗。

2 被动式节能住宅建筑的现实意义

2.1 紧跟时代的发展变化，保护环境

我国是人口大国，虽然地域广阔、资源丰富，但是持续增长的人口还是给我国造成巨大的压力。各类不可再生资源迅速减少、生态环境恶化加剧，人们在享受现代生活带来的便利的同时，更是经受着自然环境变化带来的不良影响，在这种情况下，环境保护已经成为现代人们最重要的任务。住宅建筑作为我国主要的建筑类型，其建筑规模与数量都极为庞大，造成的能源康浪费更是巨大，必须要加强被动式节能设计技术的应用，通过改善房屋结构和布局来降低住宅使用中产生的能耗问题，减少其对自然环境造成的不利影响，这也是时代发展变化的要求，是保护环境的现实需要。

2.2 合理发挥各类资源的最大价值，降低建设成本

住宅建筑施工中要消耗各种建筑材料，因此合理选择建筑材料与施工方式，发挥各类资源的最大价值也能够降低建设成本，实现节能降耗的目的。设计人员应该根据创建资源节约型社会要求合理的利用大自然中的各种资源，在各施工环节中合理的配置各种资源的使用，从而降低房屋的建造成本，业主的房屋使用成本，并且减少后期运营使用环节的能耗问题。

2.3 符合民众的生活居住要求，提高生活质量

现代人们的思想观念有了极大的改变，针对住宅建筑的使用要求也更高。在住宅建筑设计中最重要的也是要结合业主的实际需要进行室内环境的功能设计等方面。除此以外，还应该将一些健康合理的生活方式引入其中。而被动式节能技术的应用要求设计人员可以结合自然环境和住宅建筑设计要素和要求制订出最佳的节能建筑设计方案，并合理控制建筑物朝向、形式布置等等多个方面，在满足居民生活要求的同时实现节能降耗的目的，提高居民的生活质量。

3 被动式节能在住宅建筑设计中的具体应用

3.1 在建筑空间规划设计上的应用

3.1.1 建筑物选址设计

在住宅建筑的设计中，首先需要保证人们的生活需要、居住的安全等。因此对建筑的地质条件、周围环境都要求较高。同时，被动式节能技术的应用要求其尽可能的节约资源，因此在选址上还应该降低其施工难度，选择地质条件好、施工便利的地带，以此减少工程的投入，从而起到节能的作用。

3.1.2 建筑朝向设计

建筑的朝向一般需要按照阳光照射的高度和风向来确定。就我国的气候环境来说，一般建筑的朝向都首推坐北朝南，这样可以与冬季的主风向分离，且与夏季主风向之间的角度不超过45°。通过这一设计可以在夏季的时候利用建筑物进行遮阳，减少空调等制冷设备的能源消耗；而在冬季可以加强日照，保持室内温度的舒适等。

3.1.3 建筑地下区域的采光设计

目前大多数住宅建筑都会开辟地下空间作为储藏室以及停车场，关于地下区域的采光设计也成为设计人员的主要关注问题。在被动式节能理念的影响下，可以通过设置下沉庭院、采光窗井或采光天窗实现地下室的天然采光。在具体设计中还需要按照《建筑采光设计标准》（GB/T50033）第 5.0.2款进行采光系数计算，以此核算地下一层的天然采光面积比例。之后再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，从而满足其光照条件，并且配合使用智能照明控制系统也可以最大程度上降低能源的消耗。

3.2 在建筑布局设计上的应用

3.2.1 户型设计

户型设计与业主的居住体验感息息相关。在被动式节能技术的应用中，户型设计上最重要的就是满足采暖和通风要求，因此设计期间需要结合当地的风环境和太阳辐射等因素，并按照不同房间的实际需要进行优化设计，以便可以合理的使用太阳光。比如在房屋内的走廊设计上应该与房间窗户的进出口对应，节约建筑面积的同时确保通风良好；再就是入户门的设计也需要尽可能的避免冬季寒风侵入。由此可见，科学的户型设计也可以达到冬暖夏凉的被动式节能设计效果，从而提高居民的居住体验感。

3.2.2 住宅建筑形式设计

关于住宅建筑形式的设计一般需要了解该地的气候条件以及不同布局形式的特点。一般情况下采用的自由式布局，即前后错列排布，增加通风效果。但是行列式布局通常较为有序和规则。设计人员还需要考虑建筑的安全性、能源利用率等各个方面，确保建筑的形式设计能够更好的满足建筑物的采光通风要求。

3.3 在建筑功能设计上的应用

在建筑功能设计上应用被动式节能设计主要指的就是自然通风和太阳光照设计。比如在卧室、厨房和卫生间的位置设计上需要根据当地季风气候的影响，合理的调整建筑功能和门窗位置等等，从而产生不同的气压变化来保证室内的受风均匀。同时还可以选择弯曲、多节段平面设计方式可有效控制建筑迎风坡以及背风坡的压力差，或者根据太阳高度角和住宅建筑设计高度来控制日照时间，或使用坡屋顶设计等等；在一些建筑中还可以设置天窗引导自然风的流向，增强空气对流的同时还可以增加阳光映射面积。

3.4 在建筑围护结构设计中的应用

3.4.1 屋面节能设计

就当前住宅建筑中的屋面结构形式来说，一般倒置式屋面具有更好的节能效果。再加上具有较好防水性的保温材料可以起到防水隔热效果，且保温层在防水层上部又能够大大延长防水层的使用寿命，减少居民居住期间顶楼漏水的情况，也可以提高建筑的价值。在被动式节能技术的应用中也开始广泛使用节能金属屋面，其主要是利用钢结构、玻璃棉、石棉以及金属底板等材料构建屋面金属板、防水透气膜以及防潮隔汽层，从而提高防渗漏效果和隔热保温性，使用寿命也相对较长；屋顶绿化设计也是提高建筑保温隔热能力的重要手段，只需要加强防水设计标准即可。除此以外，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（如下图1所示），可降低建筑屋面表面温度，减少建筑能耗。

图1 屋面绿化节能设计

3.4.2 门窗节能设计

门窗是住宅建筑的重要组成部分，其主要就是实现建筑的采光通风。目前在住宅建筑中比较流行的有大落地窗、异型窗等，窗户面积与数量都有较大的提升。但是由于玻璃的热交换比较活跃，导致室内的热量消散的也比较快。而且窗框与窗洞口的连接位置容易产生热桥，这就需要加强对门窗的节能设计。设计过程中需要合理控制门窗数量和大小，优选玻璃材料，确保门窗的气密性，为了减少热桥问题还可以使用断桥铝合金窗框（如下图2所示），断桥铝型材可实现门窗的三道密封结构，合理分离水汽腔，成功实现气水等压平衡，显著提高门窗的水密性和气密性，达到窗净明亮的效果。

图2 断桥铝合金窗框示意图

3.4.3 外墙节能设计

建筑外墙由于占据的比例较大，因此也是住宅建筑中能耗较大的部分，可达40%左右。尤其是在北方较为寒冷的地区，外墙的保温设计至关重要，通常会通过外墙外保温、内保温或自保温等几种形式来提高外墙的保温效果。在被动式节能技术的应用中，需要加强保温材料的使用，并对其进行严格的加密处理。除此以外也可以通过墙面种植或攀附绿植来提升住宅建筑的空间绿化率，有效降低因建筑室内空气净化、温度调节等产生的能耗等。

4 结语

综上所述，被动式节能技术在当前的住宅建筑设计中应用越来越广泛，一些成功建筑案例也为当前的建筑行业起到了示范作用。但是整体应用成效还存在一定的问题，这些需要我国建筑行业在发展过程中提高对被动式节能技术的重视，加强该技术的推广应用。在建筑设计中严格按照建筑物的空间布局、结构体型、人们对建筑物的使用要求和建筑材料的节能环保指标等方面的要求来进行可靠的设计，从而落实被动式节能技术的应用，实现我国建筑行业的进一步发展。