被动式节能策略在公共建筑设计中的应用研究

赵明哲

华南理工大学建筑设计研究院有限公司 广东 广州 510000

引言

现代经济水平的提升，对于生活环境提出了较高的要求，致使建筑能源消耗持续增长。建筑是高能耗产业，国家在提出节能减排战略后，群众开始认识到高能耗的危害性，要求建筑行业深入践行绿色、节能的发展理念。建筑节能包括主动式、被动式。主动式节能，即采用现代技术措施降低能源消耗，所以技术投入、资金投入比较大，经济效益不佳。被动式节能，是利用建筑布局、环保材料等方式，提升建筑的节能性、舒适度，能够隔离自然与室内空间，通过高效采暖空调设备，创设宜人环境。所以，被动式节能充分应用自然条件，确保建筑适应周边环境。

1 被动式节能建筑设计概述

1.1 基本概述

公共建筑的特点，在于质量要求高、内部空间大，多采用玻璃幕墙作为外围护结构。公共建筑的主动式设计，需要采用现代科技、可再生能源代替常规能源，以满足建筑节能的需求。然而在转化能源时，技术应用要求非常高，资金消耗大，还会增加管理难度。所以在现代建筑节能研究中，多以被动式节能为主。被动式节能，优化设计室内规划、空间布局，配合外部环境因素，从而实现节能效果。由于被动式节能的操作简单，因此技术、资金投入量少，多借助建筑设计实现节能效果，为使用者提供舒适环境，全面满足人们的生活方式。

1.2 设计意义

我国属于典型的温带大陆性气候，夏季高温多雨、冬季寒冷干燥，导致建筑隔热供暖的难度比较大。在建筑设计中，要深入考虑地区气候环境问题，如果地区冬季气候寒冷，则多采用集中供暖方式，虽然解决了取暖问题，但是资源浪费非常大。通过分析全国能耗占比可知，建筑能耗占比约为30%。

在城市现代化发展中，各地区建设大量的高层、超高层建筑。公共建筑设计的规模持续扩大，导致被动式节能技术的需求提升。在设计公共建筑时，为了处理好环境、采暖问题，要结合环保效益、经济效益，加强建筑节能效果[1]。

2 被动式节能策略在公共建筑设计中的应用

2.1 建筑选址规划的应用

公共建筑的被动式节能设计，必须高度重视选址问题。由于建筑环境对居民生活的影响大。所以在建筑选址中，要求设计人员实地考察地形条件，合理应用地形中的有利因素，使建筑远离湿地、农田等区域。在被动式节能设计下，建筑选址要关注以下问题：

第一，光照影响：光照会影响建筑节能，太阳光的红外线，可以为建筑提供外部热源，建筑接受光照时间、强度不同，所以内部环境也不同。在建筑选址中，要深入分析光照影响。

第二，风的影响：当建筑长时间受到太阳照射，则会增加内部温度，降低室内空间的舒适度。传统设计中，多采用空调设备降温，然而会增加能源消耗。所以要确保室内通风条件的适宜性，才可以降低温度。在被动式公共建筑设计中，要参考地区气候环境，合理确定建筑朝向，从而发挥出自然风的作用。然而要注意的是，建筑选址规避高粉尘区域的风口。

2.2 建筑间距设计的应用

在城市规划法律中，没有详细规定建筑的间距设计标准。然而在公共建筑设计过程中，要求设计人员高度重视间距问题。为了控制好建筑的间距，要从整体布局入手，确保室内采光面积、通风状态的良好性。日照间距，即建筑主体外墙间距，会受到季节、建筑朝向、地形影响。在设计过程中，设计人员要深入分析采光时间、采光面积、通风状态，遵循节能、节地原则，合理确定建筑的间距，以提升节能效果。

2.3 规划布局中的应用

公共建筑的规划布局，是设计工作的第一阶段内容，保证规划布局的合理性，可以充分利用太阳光线，在夏季、冬季通风中，确保室内温度的适宜性，改善通风不畅、散热快问题，提升建筑室内的舒适度。被动式节能策略中，要深入分析建筑朝向，为了充分使用太阳光线，增加室内温度，要参考地区气候条件、季节风向，将建筑设计为南北向，减少夏季西晒的影响。在建筑规划布局中，建筑朝向、夏季主风向角度小于45°，设计人员要重视公共绿地布局、空间排布，在夏季主风向作用下，可以促进通风通畅。在设计邻近建筑的间距时，也要参考地区气候条件、能源使用率、建筑安全问题。在设计建筑朝向时，虽然与冬季主风向分离，但可以降低冬季室内热量损失，实现节能效果。

2.4 体型设计中的应用

体型系数，是建筑与室外接触的外表面积、建筑体积之比。当建筑体型越大，则建筑分担的热损面积越大，消耗的能源越多。在节能设计中，对于建筑体型系数的要求高，要缩小外表面、室外空气的接触面积，从而控制散热。公共建筑的体型系数，与建筑大小、体型相关，所以要分析建筑平面布局，减少凹凸造型的使用，缩小外围面积，多采用简单造型[2]。

2.5 构造设计的应用

公共建筑结构，涉及屋面、门窗、墙体。在规划设计期间，首先要设计墙体，①确保墙体材料的保温性、环保性，满足节能设计标准，多使用外贴挤塑板材料。当外保温设计难度较大时，则要使用其他保温构造，确保构造性热桥的温度。②在设计保温构造时，还要确保阳台栏板、装饰线、空调机搁板的保温设计。门窗框、墙体缝隙，要使用高效保温材料填充。针对不同材料的缝隙问题，也要做好防水防渗漏设计。针对洞口部分，要优化构造防水设计。在设计门窗时，由于门窗的能耗损失大，在确保光照、采光、通风条件后，要控制门窗洞口面积，以提升门窗的气密性，从而阻挡冷空气进入，加强门窗的保温功能。在设置窗墙面积比时，为了实现节能效果，不能一味扩大窗墙比，以免增加空调能耗、采暖能耗。通过数据调查显示，空调设计参数要达到表1标准，才能够提升室内舒适度。如果设计人员遵循表1标准设计空调系统，则会明显增加室内的能耗消耗。此外，屋面设计中，保温层不能选用高吸水性材料，防止保温层吸水过多，对屋面保温效果产生影响。公共建筑的类型比较多，为了满足多种功能的需求，需要设置明亮空间，此时就会增加建筑能耗。基于节能设计看，不仅要实现采暖、空调功能，还要限制屋面透明部分，确保面积小于屋面总面积的25%。设置双层坡屋面，合理利用太阳能资源，结合季节变化、朝向，保证室内光线的均匀性，阻挡雨水渗入。

表1 空调设计参数

2.6 室内通风设计的应用

建筑设计要深入考虑建筑室内的通风问题，改进建筑机构、门窗位置，从而产生不同的气压变化。以加强自然风方式，减少电力能源的使用。优化室内布局、通道，可以促进空气对流，改变区域风向，使风流向人体舒适区域。改变楼梯通道的开口设计，能够引导自然风流向室内。建筑内部使用热压原理，可以促进自然风对流，从而实现通风效果。此外，公共建筑通风设计中，也会采用空间优化方式促进室内气流流动，比如中庭设置。中庭采用顶部天窗导风，连通上下空间，加快局部空气流通。在中庭设计中（图1），如果不考虑自然采光，则中庭面积大小基本不会影响通风效果，只要合理安排风路，设置天窗，就无须设置大的集中中庭。通风塔也是公共建筑常用的通风方式，是高出屋面并用作抽拔风的设计。利用开口设置，能够使空气快速通过并形成负压，加强风压对室内气流的抽拔作用。增加通风塔高度，可以加大热压效应，改善建筑通风效果[3]。

图1 中庭通风设计

2.7 采光导光设计中的应用

图2 导光管采光示意图

人工照明产生的电能消耗大，所以在设计公共建筑的照明方式时，要综合考虑天然采光、导光程序。建筑室内空间，不能选用大纵深布局法，要确保室内光线满足日间采光需求，同时要控制太阳光的照射强度。所以在规划设计中，要确保室内纵深的合理性。在设计地下空间时，无须考虑大的光线强度，通过采光窗井、导光设计，提升室内亮度。比如在公共建筑采光设计中，可以应用导光管系统，利用采光罩采集自然光线，经过导光管传输之后，利用漫射装置，将自然光照射到室内需光区域（图2为导光管采光示意图）。再比如采光天窗系统，多是建筑顶面天窗，设计人员要按照建筑造型需求开设天窗。天窗的采光效率高、自然光影变化明显，并且与外部景观相连接。在近几年发展中，采光弹窗技术更新速度快，相应提升了密封性能。

2.8 围护结构设计的应用

合理控制室内环境温度，有助于降低电能损耗。将室内温度控制在合理范围内，可以降低室外环境对温度的影响，减少制冷、采暖消耗。设置外墙保温隔热层，通过高保温隔热材料，可以减少室内外的热量交换，控制额外能耗。优化建筑布局、形状、表面积系数，能够实现节能效果。同时，积极防控“热桥”现象，既可以降低热损失，还可以减少潮湿影响。固定外遮阳设施，多为不可调节的遮阳设施，比如遮阳板，所以要设计活动式外遮阳[4]。

3 结束语

综上所述，公共建筑规划色剂中，被动式节能手段能够降低能源消耗，无须引入先进设备，即可实现节能目标。本文详细分析被动式节能在公共建筑设计中的应用，从建筑选址、平面布局、体型构造设计、通风设计、采光设计等角度入手，详细介绍公共建筑被动式节能，严格控制建筑能源消耗，提升公共建筑的绿色、节能水平，实现建筑业的可持续发展。