住宅建筑被动式节能设计研究

1住宅建筑具体的被动式节能设计

1.1住宅建筑的布局设计

建筑布局设计主要考虑的因素就是日照、风环境。从日照因素的角度来看，应该严格设计建筑实际接受日照的间距，使住宅建筑的能够获得充足的日照。例如相关要求显示，在我国东北地区建筑应结合所属城市纬度位置对建筑进行合理布局，通常大城市在冬至日（纬度因素导致的太阳高度出现最低值）应保证2h以上日照时数，较小的城市建筑在冬至日则需要保证不低于3h的日照时数，同时这一数值还受建筑物所属城市的气候区域影响。同时，日照间距受太阳高度角、建筑物高度的影响，所以日照间距实际确定时，需要根据相关规范对建筑物的高度进行调整，在大城市住宅建筑的周围建筑较多时，其日照高度基本是稳固的，所以只需要计算建筑高度即可做出相应的调整，从而做出合理的设计。而在比较偏僻的地区，周围的建筑物较少，就会增大日照高度，在设计建筑的时候采用坡屋顶的设计是比较合理的。从自然风环境因素的角度来看，主要考虑的是上风向、下风向的影响，为了使建筑能够受风均匀，就可以采用自由式的住宅建筑布局，从而保证住宅建筑的可以发挥夏季通风、冬季防风的效能。以此来减少建筑消耗过多的能源。

1.2住宅建筑的单体设计

规划与设计住宅建筑的采暖方面的能耗主要是受建筑形体的影响，对建筑的体型系数进行有效的控制，有利于实现控制建筑采暖能源消耗量的目标。所以根据住宅建筑的实际情况来看，采用被动式节能设计时可以采用控制建筑体型系数的方式，根据相关的建筑体型系数规范可知，当建筑体型系数每增加1%的时候，就会增加2.5%的建筑热能耗指标。关于住宅建筑节能设计应用在相对寒冷地区，做出了明确的建筑体型系数要求，对于小于或等于3层的建筑，则其限制的住宅建筑体型系数值为0.5；对4~8层的建筑，则其限制的住宅建筑体型系数值为0.3；对于9~13层的建筑，则其限制的住宅建筑体型系数值为0.28；对于大于或等于14层的建筑，则其限制的住宅建筑体型系数值为0.25。所以在被动式节能设计应用在建筑单体中时，对建筑体型系数需要严格的控制。另外对户型的设计也应当加大重视，居住空间的设计需要依照各房间的热环境需求量来确定。如对于主要的居住空间卧室来说，对采光的热、太阳辐射的热需要设置在最佳的位置上，同时为了使住宅的自然通风效果良好，可以在卧室设置可以活动的门窗，从而保障住宅建筑能够符合人们的居住需求。

1.3住宅建筑屋面节能设计

在这种住宅建筑屋面设计中，倒置式屋面的设计方法具有很好的节能效果。倒置式屋面是将传统的建筑屋面构造中防水层与保温层倒置，将保温层置于防水层的上部，这就要求保温层的材料具有憎水性，不仅降低了以往的造价，还避免防水层面因热干扰而变形，延长防水层的使用寿命。

1.4住宅建筑门窗节能设计

玻璃是建筑物室内外热交换最为活跃的部位，在不影响建筑使用功能的情况下，尽可能地减少窗墙比。此外，高性能玻璃比普通中空玻璃的保温隔热性能提高一倍。高性能玻璃如Low-E中空玻璃，空气层宽度为12mm，其传热系数约为1.6W/（m2•K），而普通双层中空玻璃，在空气层宽度同样为12mm时，传热系数约为3W/（m2•K），可见使用高性能玻璃可以有效地降低室内外的热传导。热桥部位热传导能力强，不仅造成冷热量的大量损失，还会造成局部结露、发霉。窗框与窗洞口的连接处容易形成热桥，窗户结合外墙采用断桥铝合金窗框加中空玻璃，加强窗框与窗洞口连接处断桥的节点处理，通过提高窗户制作、安装的精确度和安装窗户密封条等方法，尽可能地提高门窗的气密性，减少室内外空气的渗透。

1.5住宅建筑外墙节能设计

外墙占全部围护结构的60%以上，其能耗占建筑物总能耗的40%。外墙体的节能设计，主要在于控制外墙体的保温隔热系数，热桥效应是减少墙体保温隔热性能的关键点，将保温层置于外墙体结构层的外侧，可以形成建筑的有效保温层，减少外界环境如温度、湿度等对其的影响，减少热桥产生，从而提高墙体的保温隔热性能。保温层置于墙体结构的外侧，与外饰面之间形成空气层，有利于保护保温层。

1.6住宅建筑自然通风设计

1.6.1场地自然通风

场地设计时，结合场地冬夏季自然风的风向进行建筑平面设计，通过设计扭曲、转折等方法增大朝向夏季主导风向的外立面，同时避免与冬季主动风向形成90°夹角，以此来争取有利风向，减弱不利风向对建筑的影响。在有利的主导风向作用下，建筑物的迎风面与背风面形成一定风压差，促使建筑自然通风。在此基础上，再根据立面的风压分布情况，进行开启扇适宜的形式设计，并且保证开扇数量达到30%以上。影响建筑自然通风设计的另一个关键是控制建筑的进深尺度。建筑设计时在一定程度上需要采用“切薄”的处理手法，以控制建筑物在进深方向不大于15m。超过15m的空间，即使双面开窗也不利于室内外空气的自由交换。

1.6.2竖井自然通风

竖井又称拔风“烟囱”，竖井的自然通风组织是利用烟囱的拔风作用来组织通风。竖井上方为玻璃天窗，太阳照射玻璃天窗，使竖井内的空气温度升高，热空气密度低上升，于是在热压的作用下空气发生流动，进风口为建筑的门窗，与竖井的玻璃天窗排风口存在的高度差，高度差产生风压，通过风压、热压的耦合作用下，进一步加强自然通风的流动。

1.6.3地道通风组织

地道风的特点是冬暖夏凉，温度适宜。地下风道造价低廉，对新风进行预热预冷的处理，夏季可以降温2~8℃，冬季升温2~4℃，降低了冬季的采暖与夏季的空调能耗。

1.7住宅建筑的绿化设计

被动式节能设计在对建筑绿化进行设计的时候主要是进行墙体绿化，这种空间绿化形式主要是载体为建筑垂直立面的绿化，虽然具有较小的占地面积，但是墙体绿化的生态效能非常强，促进建筑能耗的降低。墙面嵌入容器来承装植物、在墙体种植藤蔓植物是比较常见的墙体绿化形式。但是在实际实施的时候还需要注意相关的问题，如藤蔓植物的选择，应当选择枝叶茂密、叶面较大的，以便发挥较强的吸热能力；植物的选择需选冬季落叶和夏季长叶的；另外墙体和植物之间要留有距离，保证空间畅通。或者是在住宅建筑的屋顶进行绿化设计，在屋顶保温时可以适当的选用泥土。

2结语

在住宅建筑被动式节能设计中，需要充分考虑地质条件及气候特点，全面考虑建筑的风向、日照、布局等方面，充分做好每一部分的设计，从而达到降低住宅建筑能源消耗的目的。

作者:彭小虎 单位:九源（北京）国际建筑顾问有限公司

参考文献

[1]邱乐.德国被动房在大连地区多层住宅中的设计与应用研究[D].大连理工大学，2014.