住宅建筑被动式节能设计研究

摘  要：随着城市现代化进程的加快，城市人口与建筑急剧增加，科技的發展与普及使得能源的消耗逐渐上升，这为资源环境带来巨大压力。研究表明将被动式节能设计应用到住宅建筑设计中，能够有效缓解不可再生能源的消耗。基于此，本文探讨了被动式节能设计与住宅建筑，研究了被动式节能设计在住宅建筑中的应用，以供参考。

关键词：住宅建筑;被动式;节能设计

中图分类号：TU241.91    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）04-0000-00

1 被动式节能设计与住宅建筑概述

1.1 被动式节能概念

被动式节能是在对周围环境与气候进行调整时，不使用外在的辅助设备，而是充分调动大自然的能源进行温度、光源等的调节。被动式节能设计与普通的建筑设计不同，由于不需要外在的辅助设备，所以设计较为简单并且在使用时也无需复杂的调度，使用易入手，方便住户的日常使用。被动式节能设计主要内容是在完成对整体建筑设计的基础上，对建筑的门窗、墙体的朝向或者是建筑本身的朝向等方面进行相应的设计，达到最大化的利用自然能源，减轻环境方面的负担。由于在使用方面提供了极大的便利，并且降低能源与材料的消耗，所以被动式节能设计逐渐进入公众视野。

1.2 被动式节能设计优势

被动式节能设计相对于传统的设计有其独特的优势，主要包括以下几点：首先，被动式节能设计简单、灵活，因其所需要的主要能源是风能、太阳能等大自然所赋予人类的能源，在充分了解设计地点所具备的这些能源的基础之上就能进行设计方案的优化与提升，设计者对此类设计较为容易入手，所以更为简单灵活。其次，此项设计的前提就是尽量不使用外在设备来调节周围环境，所以在进行设计时不用对这些设备的配置空间以及配置路线进行另外的设计，减少外在机械设备的使用，有效降低了建筑使用时的成本，同样也降低了对环境的压力。最后，被动式节能设计具有更强的可塑性，由于在对周围环境以及各种自然资源的合理利用的基础是对环境的了解，因甲方的设计地区的不同，或者是建筑使用群体的不同，或者是周围环境的不同等各种差异，造成在进行被动式设计时需更具有可塑性来满足不同的需求。

1.3 住宅建筑的建筑要求

被动式节能设计住宅的主要特点就是通过利用自然资源来达到节能的标准，虽然现在被动式节能设计尚未成熟，但是建筑设计师为了达到理想的节能状态也一直在进行相应的研究和设计。最理想的被动式节能建筑设计的方式为：室内温度冬天不低于20℃，室内夏天的温度不高于25℃，室内的空气相对湿度维持在40%到60%，且建筑的门窗都无结霜冻的现象。为了达到这种理想的建筑设计的状态，应该对门窗、采光、取暖等元素进行全方面的科学节能设计。

2 被动式节能设计在住宅建筑中的应用

2.1 科学的住宅建筑选址

被动式节能在住宅建筑设计的应用上对住宅建筑的选址是决定节能效果的关键因素，也是关系着入住人员日常生活舒适性的重要条件。在进行住宅建设设计前应该对周围的地形进行充分的考察，结合专业知识选择能达到被动式节能最佳效果的住宅位置。在住宅建设位置的选择上一般遵循以下原则：不选择在自然保护区附近，包括文化景观、湿地以及国家文物等附近，并且最好尽量远离这些地区，防止在建设或者使用时对周围的生物造成一定危害。另外，在进行选址时也应该远离一些光源、声源污染较为严重的区域（高速路旁、火车轨道附近）或者其他较危险因素富集的地区[1]。

在进行选址时具体的参考方式如：（1）光源对对住宅建筑位置的选择影响很大。光对大多生物的都有重要的作用，对人类也有较大的影响，在进行住宅位置的选择时应该充分考虑建筑建成后的采光程度，这是被动式节能设计重要的参与元素。自然光能够保障住户的日常活动需求，自然光中的紫外线还能提供杀菌作用，也能为周围的绿植提供光合作用。除了光的这些基本功能外，通过人类的合理设计与利用，光能为建筑本身提供热能，直接影响着建筑本身的温度与舒适性。（2）在对住宅建筑进行被动式节能设计中建筑位置的选择也很重要。风在住宅建筑中的主要作用是进行降温以及除湿，在进行降温时主要原则是在不同的风向主导下进行选址。在考虑风因素进行选择建筑位置时也应该考虑地形对风的影响，例如首先尽量不要选择风顶以及山脊，也尽量避免选择山谷低洼的位置，山谷低洼位置的风能获取较少，容易提供一个沉闷压抑的覆盖气层。也尽量不要隘口的地形，这种地形风会富集在此地形成风口，造成风速过大，影响舒适性。

2.2 建筑群体合理的规划布局

在对建筑群体进行规划布局时应该充分考虑建筑本身的自然环境因素，例如风的强度以及各个季节的方向，光照时间以及光照强度，雨水的季节以及年降雨量等各种因素，综合各种地理以及自然因素进行合理的规划布局[2]。

规划布局一般分为几种类型：行列式、封闭式以及自由式等，这些方式的布局设计是在不同状况下发挥不同的作用。行列式是在住宅建筑群体的规划布局应用最多的方式，这种方式就是规律的整齐排列，通常都是一排一排的布局，虽然这种整齐排列的空间过于单一，但是能够为建筑群体的建筑争取到最大的光能利用率，以及保证了零号的通风，最大可能的保证了住户的舒适度。封闭式是建筑群体为了迁就街道并且沿着街边进行布局的一种方式，又叫做周边式布局设计。这种方式是在街道建设的基础上进行建筑设计，一般无法满足充足的日光，并且不能提供良好的通风，更加适合冬天不要求足够的驱寒避风，夏天不要求充分通风的建筑群体。自由式是对群体建筑进行前后左右交错的排布，这种排布方式的最大的优势是能够节约土地资源，并且能够提供充足的光照与通风，还能改变单一的空间布局，将建筑与环境有效的融为一体。这种布局能够在相同的建筑面积建设相同的建筑群体，但是自由式能够规划更多的土地进行绿化建设，有效提高生活环境质量。不同的布局方式都应该最大化的利用自然资源，达到最高的节能标准。

2.3 建筑单体的节能设计

（1）体形系数的设计。建筑体形系数是指单体建筑本身與外界直接接触的表面积，一般建筑体形系数的大小与建筑本身保暖有很大联系，建筑体形系数越大表明建筑与外界环境接触的面积越多，较大的接触面积导致建筑散热的面积较大不利于建筑的保暖。降低建筑的体形系数主要有：建筑的深度以及长度增加;在其他条件允许的情况下尽量增加层高给非单层面积，并且建筑形状设计时尽量选择较为简单的造型;避免过多的凹凸变化以及繁杂的轮廓，最大程度降低体形系数[3]。（2）户型设计。住宅建筑的被动式节能设计中合理的进行户型的设计，能够带来更好的节能效果。主要分区为采光分区、光照分区、通风设计以及其他分区等。光照分区由于不同的房间的使用功能以及使用时间不同，造成对光的需求不同，所以在进行分区设计时对主卧或者是书房的房间设置能够最长时间接受光的照射设计，对其他房间可以适当填充应有的位置。在进行采光分区时，由于不同的房间对采光的需求也不同，将相同采光需求的房间设置在南面，将不需要采光的房间如卫生间、厨房等设置在北面。对通风设计时，一些较小的住宅由于设计问题没有足够的自然通风，影响居住舒适感。应该对住宅建筑设置合理的通风口，对进风口与出风口的大小、占用面积、方向等依据住宅的情况进行合理的规划，尽量保证风路的平行，避免流向的迂回转向影响通风的使用效果。玄关设置后，不仅可以起到隔绝隐私的效果，也可以起到保温保冷并且隔音的效果，在住宅建筑允许的条件下可以增加玄关的设计。另外，也可以进行动静的分区规划，对厨房、卫生间等房间的动静比较大的地区可以规划入统一区域，对声音要求严格的其他房间可以设置不同的区域。

2.4 窗的节能设计

窗户的合理设计在节能设计中起到至关重要的作用，建筑本身的通风以及采光等都需要通过窗户来实现。

（1）窗墙比。窗户是建筑使用时消耗热源最大的部位，但是也不能将其设计的太小影响通风需求，所以在进行设计时考虑各方面的因素，最终获得最佳的窗墙比例。南面窗户主要的功能是进行光源获取，所以在进行设计时应该提高窗墙比来实现最高采光率。在对北面的墙进行门窗比的设定上，由于北面墙最大的功能是与南墙的窗互通达到最佳的通风效果，所以在进行设计时应该对北面的墙满足基本的通风需求即可。而东西的窗应该尽量少开或者降低墙窗比[4]。（2）窗的节能设计。窗户的保温效果较差的主要原因是窗户框以及玻璃等的热阻较小，以及窗户安装的连接缝隙造成漏风。提高窗户的气密性减少散热，在对窗户进行安装时，根据相关的国家标准进行窗户安装，在达到基本的气密性标准后进行相应的气密性提升设计。窗户本身材料的气密性，以及窗框的材质都选择符合甚至超过国家标准的配件，在对缝隙进行填补时，不能直接使用砂浆进行填充，需要使用国家规定的保温材料进行灌注。窗户的开启方向也影响窗户室内的通风效果，根据不同的开启方式由不同的窗户类型，包括平开窗、上悬窗、中悬窗、下悬窗以及水平推拉窗等，不同的窗户的类型造成导风以及气密性的差别。水平推窗是在通风效果以及气密性最差的窗户开启方式，在住宅建筑的节能设计中尽量减少使用。在这些窗户的类型中立体转窗的导风性能是最优的，可以使不同方向的风导入到室内，可推广此类型窗户的使用，并且在所有窗户的开窗方式中，外开式的通风效果都相对于内开式较差，影响部分风的导向。（3）墙体以及屋顶的绿化。墙体的绿化是指对建筑的垂直或者接近垂直的墙面进行绿化处理。墙体的绿化能达到节能效果的原因主要包括以下几个方面，一方面绿化植物的叶片可以阻挡部分太阳对墙体的照射，降低墙面温度。另一方面墙体的绿色植物会消耗一部分辐射热进行自身的光合作用，并且植物具有蓄水的功能，水分也能对墙体起到降温作用。在进行墙体以及屋顶绿化时应该遵循以下原则，尽量选择叶片较大的生命力较为旺盛的植物，叶片比较繁茂的植物一般的光合作用的能力较强，能够充分利用它的光合作用的太阳能的消耗来达到降温的效果。在选择植物时应该选择冬天凋零、夏天繁茂的植物，这种植物在对墙体以及屋顶进行绿化时都能够保障在夏天的降温，同时冬天又不影响对太阳能的利用[5]。另外，选择植物的种植要与建筑留有一定的距离，一些生长较为旺盛，根系较为发达的植物在生长时可能会破坏一些建筑的基础结构，并且较合适的距离可以增加植物与墙面的空气流动，调高植物的光合作用。但是在进行屋顶的绿化时一定要作好防水设计，避免对建筑本身造成伤害。

3 结语

综上所述，将被动式节能应用到住宅建筑设计当时，要结合当地的环境气候等自然与社会因素。通过对建筑群体的合理布局，对建筑本身体形系数、格局的严格设计以及窗户的科学规划与选择等，达到对自然资源的合理利用并且最大程度的降低能源消耗，为我国建筑的绿色可持续发展作出贡献。

参考文献

[1] 郭小青.住宅建筑被动式节能设计研究[J].低碳世界，2016（12）：137-138.

[2] 刘晓凤.保障性住房被动式节能技术研究：以寒冷地区的经济适用房为例[D].北京：北京建筑大学，2014.

[3] 刘禹辰.住宅建筑被动式节能设计探究[J].住宅与房地产，2018（22）：52.

[4] 彭小虎.探析住宅建筑被动式节能设计策略[J].建材与装饰，2017（8）：71-72.

[5] 及玉翠.住宅建筑被动式节能设计研究[J].住宅与房地产，2016（24）：7.

收稿日期：2021-03-03

作者简介：李雨阳，女，满族，辽宁丹东人，本科在读，研究方向：建筑环境与能源应用工程。

Research on Passive Energy-saving Design of Residential Buildings

LI Yuyang

（Liaoning Technical University， Fuxin Liapning123000）

Abstract：With the acceleration of the process of urban modernization， the urban population and buildings increase rapidly，the development and popularization of science and technology make the energy consumption gradually increase， this brings great pressure on resources and environment.The research shows that the passive energy-saving design is applied to the residential building design， It can effectively alleviate the consumption of non renewable energy. Based on this， this paper discusses the passive energy-saving design and residential buildings， and studies the application of passive energy-saving design in residential buildings， for reference.

Keywords：Residential building; Passive type; Energy saving design