張宇

（黑龍江省建設(shè)集團建筑設(shè)計研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

淺析被動式超低能耗建筑設(shè)計及其應(yīng)用

張宇

（黑龍江省建設(shè)集團建筑設(shè)計研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

建筑環(huán)境質(zhì)量、節(jié)能減排等問題的妥善解決才能促進人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，而應(yīng)用被動式建筑設(shè)計技術(shù)建立與地域氣候與資源環(huán)境相適應(yīng)的超低耗能建筑是一個有效途徑。本文基于對被動式設(shè)計原理的而研究，分析了超低耗能建筑設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，建立了表征室內(nèi)熱舒適需求及室外典型氣候的一種精細化方法，提出熱工設(shè)計被動式太陽能采暖與蓄熱通風(fēng)降溫技術(shù)的計算方法，并應(yīng)用于我國西部地區(qū)，對于促進地域建筑的可持續(xù)發(fā)展具有一定的借鑒意義。

被動式；超低耗能；應(yīng)用效果

我國地域遼闊，但具有世界最多的人口。基于此人均能源與資源嚴重不足，脆弱的生態(tài)環(huán)境，不高的經(jīng)濟發(fā)展水平，在城鎮(zhèn)化進程中，只采用傳統(tǒng)建造方式，或利用城市建筑設(shè)計規(guī)范，都難以對建筑環(huán)境質(zhì)量、節(jié)能減排及文化傳承的綜合需求等問題進行有效解決。城鎮(zhèn)建筑亟需采用對地域及社會經(jīng)濟文化背景有針對性地超低能耗建筑設(shè)計方法體系，以確保舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境、地域風(fēng)貌及傳承傳統(tǒng)生態(tài)經(jīng)驗，并有效利用太陽能等自然能源，達到節(jié)約能源的目的，這被稱為被動式超低能耗建筑設(shè)計方法。

1 被動式低能耗建筑設(shè)計方法

該設(shè)計方法是對建筑設(shè)計進行研究運用而不是采用對環(huán)境進行人工控制的方法與技術(shù)提高室內(nèi)熱舒適，研究建筑與室內(nèi)外氣候相互作用，在室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計中嚴格按照穩(wěn)態(tài)熱平衡理論，通過采暖、通風(fēng)等主動式環(huán)境控制技術(shù)對室內(nèi)熱環(huán)境進行保持并調(diào)節(jié)，使其狀態(tài)達到均勻舒適及相對穩(wěn)定，而室內(nèi)微氣候全部隔離室外自然氣候耗能也不健康。

因18—26攝氏度是人體熱舒適度最佳的常溫狀態(tài)，很多地區(qū)是室外氣候都能夠達到該范圍，所以，若采用太陽能采暖等被動式技術(shù)進行建筑設(shè)計，對自然冷熱量進行充分利用，就能使建筑設(shè)備明顯降低能耗，達到超低能耗甚至零能耗的效果，這是被動式建筑設(shè)計的原理，通常將建筑能耗近乎于0的建筑稱為超低能耗建筑。

被動式設(shè)計關(guān)鍵在于利用氣候資源的可行性及采用的建筑設(shè)計方法，盡可能縮小人體熱舒適需求與室外氣候的差異，設(shè)計目標是采用建筑被動式技術(shù)將氣候的可調(diào)控區(qū)間盡可能擴大，使建筑對人工環(huán)境設(shè)備的需求明顯降低。在設(shè)計建筑方案的過程中，提高建筑節(jié)能效果應(yīng)基于氣候影響各設(shè)計環(huán)節(jié)的程度，氣候分析的關(guān)鍵在于對室外氣候與人體熱感、室內(nèi)微氣候之間關(guān)系的準確確定。

雖然建筑設(shè)計人員具有一定的氣候設(shè)計知識，但缺少實踐能力，其原因在于對氣候進行定量計算的分析方法及工具不足。國際上目前在建筑氣候分析方面有圖形與表格兩大類常用的分析方法，都是基于人體熱舒適角度采用被動式技術(shù)選擇原則對當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鬟M行分析。因各國及我國部分地區(qū)的氣候都存在一定的差異，應(yīng)結(jié)合氣候特點探討建立建筑氣候分析方法。

2 表征室外氣候的精細化方法

對室外氣候特征基于建筑熱環(huán)境及熱舒適角度，建筑氣候分析技術(shù)建立的基礎(chǔ)問題應(yīng)采用準確的數(shù)學(xué)描述，也是優(yōu)化低能耗設(shè)計的重要條件。建筑節(jié)能方面的基礎(chǔ)氣象參數(shù)研究相對于理論分析與數(shù)值模擬研究，我國還與發(fā)達國家具有一定的差距。對室外氣象參數(shù)的需求以前還處于穩(wěn)態(tài)計算層面，為精細化的建筑能耗模擬服務(wù)逐時數(shù)據(jù)研究一直沒有開展，對建筑節(jié)能行業(yè)的發(fā)展具有制約作用。隨著精確計算逐時能耗的動態(tài)設(shè)計方法在2005年被確立為國家標準，建筑節(jié)能中對室外典型氣候逐時變化特征的氣象年數(shù)據(jù)準確描述的研發(fā)就成為一個重要問題。

國內(nèi)學(xué)者基于此開展了很多基礎(chǔ)研究工作，提出典型氣象年為基本生成方法，綜合氣象數(shù)據(jù)及建筑熱環(huán)境需求，研發(fā)適宜我國的典型氣象年的研究方法。典型氣象年能夠?qū)⒔ㄖ芎牡闹饡r變化進行準確反映，還能利用最少的氣象數(shù)據(jù)表明典型的氣候變化，技術(shù)難點在于精細化模擬與計算量減少之間的平衡。

3 室內(nèi)微氣候與人體熱舒適

室內(nèi)空氣溫濕度、周圍表面輻射溫度能夠構(gòu)成室內(nèi)微氣候，對熱舒適的小氣候環(huán)境產(chǎn)生一定程度的影響。室內(nèi)微氣候與體表換熱之間的平衡對于環(huán)境舒適度具有決定性作用，在建筑創(chuàng)造的室內(nèi)微氣候與熱舒適需求比較接近時，建筑的舒適性就越高，節(jié)能效果也最明顯。具有關(guān)測試結(jié)果顯示，熱舒適溫度在建成環(huán)境中普遍高于設(shè)定的恒定溫度標準，人體在舒適臨界范圍，接受自然變化的“動態(tài)”環(huán)境程度顯著優(yōu)于主動式控制環(huán)境。設(shè)計的建筑熱環(huán)境和空調(diào)系統(tǒng)基于調(diào)節(jié)建筑性能及主動適應(yīng)的設(shè)計理念產(chǎn)生重要變革，對恒溫環(huán)境采用機械調(diào)節(jié)的設(shè)計思維進行改變。

4 被動式設(shè)計技術(shù)

該技術(shù)核心是采用建筑空間布局及細部處理等方法調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候達到良好的舒適度，冬季利用太陽能輻射采暖，被動式技術(shù)中的兩種常用方法就是夏季蓄熱及夜間降溫，也是實現(xiàn)常規(guī)能源節(jié)約的有效途徑。為不斷推廣該技術(shù)，在氣候分區(qū)及設(shè)計計算方法方面深入開展相關(guān)研究工作。

5 被動式超低能耗建筑設(shè)計的應(yīng)用

在城鎮(zhèn)化進程中，我國西部地區(qū)普遍存在日益惡化的建筑環(huán)境、耗能較大的建筑逐漸增多，在建筑設(shè)計方面應(yīng)用被動式技術(shù)，對于提高地域特征、實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保等都具有重要作用，可有效促進人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。如在陜西、寧夏等地區(qū)建設(shè)的超低能耗示范工程，具有結(jié)構(gòu)安全、節(jié)能環(huán)保等明顯優(yōu)勢，還能充分表現(xiàn)出地域風(fēng)貌。

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TU201.5

A

1003-5168（2015）11-135-01

張宇（1983—），女，黑龍江省牡丹江市人，大學(xué)專科學(xué)歷，研究方向：建筑設(shè)計。