被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)方法

0建筑能耗的概念在全球約益增長(zhǎng)的能源消耗中，約有一半的時(shí)間用于建筑工地的建設(shè)、使用和維護(hù)。一方面,人們對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境提出越來(lái)越高的要求;另一方面,又必須盡可能地降低建筑能耗。這是矛盾的協(xié)調(diào)過(guò)程,需要各相關(guān)因素的考量和處理技巧,因此,在建筑設(shè)計(jì)中采用高效率的建筑節(jié)能方法尤為重要。1建筑單獨(dú)處理長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)存在誤區(qū),建筑師只對(duì)建筑的使用功能進(jìn)行空間劃分設(shè)計(jì),而把人對(duì)建筑環(huán)境的要求留給了設(shè)備工程師進(jìn)行單獨(dú)處理。界限分明的專(zhuān)業(yè)分工帶來(lái)的節(jié)能效果并不理想,因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)模式忽視了一個(gè)重要的理念:建筑節(jié)能必須立足于建筑自身對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和調(diào)控能力。建筑師在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)引入正確的節(jié)能設(shè)計(jì)理念,充分利用被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)的方法,使建筑在環(huán)境對(duì)其影響的過(guò)程中盡可能地捕捉有利因素、避免不利狀況;同時(shí),設(shè)備工程師則應(yīng)利用主動(dòng)式節(jié)能方法,對(duì)建筑的環(huán)境調(diào)控能力進(jìn)一步補(bǔ)充完善。2建筑物的自循環(huán)被動(dòng)式節(jié)能是指建筑物本身通過(guò)各種自然的方式來(lái)收集和儲(chǔ)存能量,建筑物與其周?chē)沫h(huán)境之間形成自循環(huán)的系統(tǒng),不需要耗能的機(jī)械設(shè)備來(lái)提供支持也能充分利用自然資源,達(dá)到節(jié)約傳統(tǒng)能源的效果。以下就建筑的場(chǎng)地及單體建筑兩方面來(lái)介紹常用的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)方法。2.1擋射劑防溫提溫場(chǎng)地的選擇及整體規(guī)劃,必須利用地形的有利因素,遮擋或接收太陽(yáng)輻射,利用或防止主導(dǎo)風(fēng)向,增加或降低溫濕度。在小氣候環(huán)境中,場(chǎng)地的方位、風(fēng)速、風(fēng)向、地表結(jié)構(gòu)、植被、土壤、水體等都影響其整體狀況。2.1.1坡面為濕坡,較少在地形差的地方,則盡量選用干坡場(chǎng)地的地形因素包括海拔高度、斜坡山谷、地表情況等。海拔高度越高氣溫越低,每100m高的氣溫相差約0.6℃。設(shè)置在斜坡上的場(chǎng)地,朝向赤道能接收更多的太陽(yáng)輻射,朝向兩極則可避免更多地得熱。山坡向陽(yáng)表面受太陽(yáng)輻射溫度升高,加熱了坡面的溫暖空氣使之上升,如果此時(shí)的風(fēng)向是迎坡而來(lái),則相對(duì)較冷的風(fēng)與沿坡而上的暖空氣相接觸便易產(chǎn)生了迎風(fēng)陽(yáng)坡雨(如圖1),我們把它稱(chēng)為濕坡;相反,背風(fēng)的陰坡則很少降雨,稱(chēng)為干坡。另外,被山川環(huán)繞的場(chǎng)地風(fēng)速較小,而狹窄的山谷則能提高風(fēng)速對(duì)下風(fēng)處的熱環(huán)境產(chǎn)生影響。位于山腳的場(chǎng)地,因山腳熱穩(wěn)定性較強(qiáng),夜晚山頂?shù)臏囟认陆当壬侥_的快,造成溫差使得空氣從山頂向山腳流動(dòng),這種高山風(fēng)對(duì)于炎熱地區(qū)的夜晚降溫是極其重要的,而對(duì)于寒冷地區(qū)則應(yīng)該避免。2.1.2水體熱穩(wěn)定性靠近水體布置場(chǎng)地能減輕整個(gè)小氣候的溫度波動(dòng),同時(shí),還能因?yàn)樗w的熱穩(wěn)定性造成晝夜間場(chǎng)地和水體溫差的波動(dòng),從而形成了兩者之間的空氣流動(dòng),這對(duì)于炎熱地區(qū)的降溫及緩解熱島效應(yīng)非常有效。2.1.3蒸騰降水,吸空氣綠色植被能夠遮擋太陽(yáng)輻射熱量,影響周?chē)牡乇砗涂諝鉁囟?。植物還能把雨水蓄存起來(lái),并通過(guò)葉子把水分蒸騰給周?chē)目諝狻Ｖ脖坏拿芏群透叨葎t影響風(fēng)速,通過(guò)植物和樹(shù)木的組合布置甚至可以引導(dǎo)流經(jīng)場(chǎng)地的風(fēng)向和風(fēng)速。2.1.4混合控制式建筑的設(shè)計(jì)建筑群體的布置方式對(duì)其熱環(huán)境及風(fēng)環(huán)境的影響顯著,需要綜合協(xié)調(diào)日照、通風(fēng)間距與建筑密度等因素。對(duì)于夏季通風(fēng)要求比較高的建筑群體,可以使夏季主導(dǎo)風(fēng)沿向一定的角度(45°為最佳)吹向建筑群體,這樣能大大地縮短建筑群體的間距。建筑群的冬季防風(fēng)與夏季通風(fēng)是有待解決的矛盾,有學(xué)者提出一種特殊的混合帶狀式布置方法(如圖2),它利用不同體型及高度的建筑物進(jìn)行由南至北的帶狀區(qū)域劃分:北向帶狀區(qū)域外圍建筑體型寬大、高度較高,有利于阻擋冬季冷風(fēng)由北向進(jìn)入場(chǎng)地;中間部位的帶狀區(qū)域建筑體型和高度均為中等;南向帶狀區(qū)域建筑體型和高度則最小,有利于夏季獲得更多的通風(fēng)。2.2單棟建筑2.2.1選擇體積是節(jié)能的開(kāi)始住宅的體量對(duì)其單位建筑面積采暖耗熱影響很大,合理選擇體量本身就是節(jié)能的開(kāi)始。體型系數(shù)是影響建筑耗能水平的重要因素,體型系數(shù)越小,耗熱量越小,就越節(jié)能,嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)體型系數(shù)應(yīng)控制在0.3以下。2.2.2建筑內(nèi)部的平面設(shè)計(jì)2.2.2.熱環(huán)境質(zhì)量和舒適性的要求根據(jù)建筑各房間的使用要求及人們對(duì)熱環(huán)境的需要,對(duì)建筑平面采用“溫度分區(qū)法”進(jìn)行合理分區(qū)。即把對(duì)熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的房間布置于冬季溫度相對(duì)較低的區(qū)域內(nèi),如廚房、廁所、走道等附屬用房;把舒適性要求較高的房間布置在向陽(yáng)區(qū)域,如居室和起居室等。在溫度要求高的居住空間和溫度變化很大的室外空間之間,結(jié)合使用情況設(shè)置陽(yáng)光間、門(mén)斗等過(guò)渡區(qū)域,可大大減少外墻的傳熱損失,并降低了房間的冷風(fēng)滲透量。2.2.2.增加建筑內(nèi)部開(kāi)口面積自然通風(fēng)主要是利用風(fēng)壓原理,設(shè)計(jì)時(shí)注意門(mén)窗的相對(duì)位置、家具擺設(shè)等對(duì)風(fēng)在建筑內(nèi)部的流動(dòng)影響,也可利用天井、小亭、樓梯間等增加建筑內(nèi)部開(kāi)口面積,便于引導(dǎo)自然通風(fēng)。注意建筑迎風(fēng)向進(jìn)氣口的構(gòu)造對(duì)正壓區(qū)氣流的擠壓狀況,它能使入室氣流路徑產(chǎn)生偏向,盡量控制入室氣流使其能流向生活區(qū)及人體高度的范圍。當(dāng)風(fēng)壓作用很小時(shí),可利用熱壓原理,設(shè)置中庭產(chǎn)生煙囪效應(yīng)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣。2.2.3立面節(jié)能設(shè)計(jì)2.2.3.窗墻面積比,空氣壓力比大,影響建筑立面效果進(jìn)行建筑立面的節(jié)能設(shè)計(jì)需要確定合適的窗墻比。窗墻面積比對(duì)建筑能耗的影響,主要取決于窗與外墻之間熱工性能的差異,相差越大,影響越顯著。窗墻面積比不僅影響能耗;也影響建筑立面效果、室內(nèi)采光、通風(fēng)等。窗墻面積比過(guò)小,建筑通風(fēng)不良,自然采光不足,會(huì)增加空調(diào)與照明能耗。2.2.3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屋頂、外墻及地面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)是建筑熱工的薄弱環(huán)節(jié),與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)密切相關(guān)。根據(jù)建筑所處地區(qū)的氣候環(huán)境及建筑內(nèi)部的功能要求,考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用保溫還是隔熱。外保溫比內(nèi)保溫更加節(jié)能,內(nèi)保溫則適用于間歇性供暖空調(diào)的大型空間。保溫和隔熱構(gòu)造設(shè)計(jì)還需注意防止水蒸氣在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部凝結(jié)對(duì)材料造成破壞,另外,也可采用空氣或蓄水等方式調(diào)節(jié)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。2.2.3.采用新型光照調(diào)節(jié)系統(tǒng)夏季炎熱地區(qū)遮陽(yáng)尤為重要,需根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)上孔洞的朝向選擇不同的遮陽(yáng)方式。外遮陽(yáng)比內(nèi)遮陽(yáng)效果更好,也可采用可控遮陽(yáng)等新式日照調(diào)節(jié)系統(tǒng)。遮陽(yáng)隔熱對(duì)通風(fēng)有一定的影響,在遮陽(yáng)的構(gòu)造上需協(xié)調(diào)考慮,如采用留槽式遮陽(yáng)板就是很好的方法。立面遮陽(yáng)設(shè)計(jì)不僅是構(gòu)造設(shè)計(jì),還可以利用陽(yáng)臺(tái)、外廊等建筑構(gòu)件以及垂直綠化綜合處理,使立面遮陽(yáng)設(shè)計(jì)與立面形態(tài)處理有機(jī)結(jié)合。2.2.4能保留和釋放的綜合利用被動(dòng)式太陽(yáng)房又稱(chēng)無(wú)源太陽(yáng)房,在我國(guó)北方有一定的應(yīng)用,新科技的發(fā)展則為太陽(yáng)能保存和釋放的綜合利用提供了可能,并使其能達(dá)到冬季保暖、夏季制冷的要求。這體現(xiàn)在太陽(yáng)房的墻體材料熱工性能和南向陽(yáng)光采集窗的物理特征地處理上,其實(shí)太陽(yáng)房與一般的建筑沒(méi)有絕對(duì)的界限,只是利用太陽(yáng)能多少、節(jié)約效益不同而已。2.2.5建筑工業(yè)化體現(xiàn)了環(huán)保與人體健康的發(fā)展目綠色建筑材料采用低能耗無(wú)污染的生產(chǎn)技術(shù),大量使用尾礦、廢渣、垃圾等工業(yè)或城市固體廢棄物和農(nóng)植物秸稈,生產(chǎn)無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)放射性,有利于環(huán)保與人體健康,并且可以循環(huán)回收利用,杜絕了二次污染的產(chǎn)生。建筑工業(yè)化則旨在利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果和工廠化的管理模式集約化生產(chǎn),將房屋由傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)“建造”模式改為工廠“制造”,提高了建筑的整體質(zhì)量和速度。如輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑體系,工業(yè)化程度高,有利于構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和符合模數(shù)制要求,與傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,它還是環(huán)保型和可再生的,具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。3發(fā)展著力能源回收利用技術(shù)主動(dòng)式節(jié)能是指利用各種機(jī)電設(shè)備組成主動(dòng)系統(tǒng)來(lái)收集、轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量,以充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能等可再生能源,同時(shí)提高傳統(tǒng)能源的使用效率。主動(dòng)式節(jié)能對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求較高,一次性投資大,在使用過(guò)程中還需消耗能源,應(yīng)作為被動(dòng)式設(shè)計(jì)的補(bǔ)充手段應(yīng)用在建筑中?，F(xiàn)今呼吁發(fā)展以燃料電池為動(dòng)力的建筑熱電冷聯(lián)供系統(tǒng),開(kāi)發(fā)高效利用天然氣的燃?xì)饪照{(diào)設(shè)備,如燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的離心機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵、以太陽(yáng)能為主天然氣為輔的除濕空調(diào)再生系統(tǒng)等。另外,水源和地源熱泵空調(diào)、吸收式空調(diào)、冰蓄冷空調(diào)、廢熱回收、中水雨水處理利用、智能建筑控制、新型節(jié)能燈具等都屬于常用的主動(dòng)式的節(jié)能方法。4被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)建筑節(jié)能設(shè)