公共建筑被動式節能設計探討

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摘要：城市的快速化發展使我國公共建筑行業取得了飛速發展，但是也存在能源消耗巨大的問題。尤其在嚴寒地區，公共建筑施工所消耗的能量巨大，在節能環保理念深入人心的新時期，隨著環保技術的發展，采用被動式節能技術可有效控制碳的排放，減少能源的消耗，同時促成可循環持續發展模式的形成。因此，在嚴寒地區，應根據地區的氣候特殊性和建筑設計的要求，應用被動式節能技術開展合理的建筑設計，使滿足公共建筑需求的同時也能實現節能減排的目標。鑒于此，本文將對嚴寒地區的公共建筑被動式節能設計進行研究分析，從建筑選址和布局、體形設計和構造設計幾個方面談談如何實現被動式節能設計目標。

關鍵詞：嚴寒地區；公共建筑；被動式節能設計；節能技術

1嚴寒地區的公共建筑設計

從地域氣候分區來看，嚴寒地區主要是我國的東北、華北和西北地區，這些地區的基本特征是地域遼闊，建筑節能設計起步較早，設計經驗相對豐富，在設計時主要考慮的是冬季的保溫問題。以采暖能耗為主的一般公共建筑，主要控制冬季的采暖能耗，并適當兼顧夏天的空調能耗，對于設置全年型舒適空調系統的大型公共建筑，則在設計時主要考慮的如何統籌采暖和供冷的全年能耗。目前從整體公共建筑能耗來看，公共建筑采暖消耗熱量來自外墻、屋頂和門窗，這些部分的能源消耗量極大，是西方國家的3-4倍，可見在公共建筑設計中推廣節能設計技術已經勢在必行。

2被動式節能設計

被動式節能建筑指的是建筑設計人員從建筑本身出發，通過建筑的合理規劃和布局、單體設計、色彩選擇、形體結構規劃等，充分利用建筑周圍的自然資源，從而在保證建筑功能實現的基礎上又能實現節能環保的目標。被動式節能建筑是基于當地自然環境形成的，建筑必須要和周圍環境相適應，使達到節能環保的目標。同時被動式節能建筑對于建材和能源的消耗量較小，可充分利用可再生資源既節約了成本又實現了生態的可持續發展。被動式節能設計中包括風能的利用、雨水資源的利用、太陽能的利用等。對于我國北方地區，因為在冬天天氣十分寒冷，普遍大風天氣較多，所以非常適合發展風力發電，利用大風帶來的能量帶動發電機運行從而產生生活生產所需的電能，可有效減少煤炭的使用，減少能源消耗的同時也降低了對環境的污染。在我國嚴寒地區公共建筑被動式節能設計中，對于風能資源的利用，雖然有的地區不能實現風力發電但可以利用風能制熱，解決嚴寒地區采暖困難和因為采暖而帶來的環境污染問題。其次，我國北方地區屬于季風性氣候，降水集中在夏天，旱澇分明。從被動式設計來看，在澇季可將雨水蓄積起來實現循環利用。再次，關于太陽能的利用，通過太陽能結構一體化公共建筑的設計建設可在夏季實現太陽能發電，在冬季利用太陽能取暖。比如設置太陽能煙囪、緩沖空間以及雙層坡屋面、遮陽板等，一方面可以阻擋一部分的夏季陽光以及冬季的冷風進入，另一方面可使冬季陽光進入室內并使光線更為均勻（如圖1所示）。總的來說，被動式節能設計，一方面可緩解能源危機，減少能源消耗量，提高對可再生資源的利用率而減少對不可再生能源的使用。遵循因地制宜和節能環保的理念，改變傳統建筑設計模式，結合建筑當地的自然氣候條件充分利用好太陽能、地熱能、雨水資源等，為實現可持續發展奠定基礎。另一方面從環境角度來看，被動式設計采用了環保的材料和自然環境資源，所以可改善建筑內部的溫度、濕度和采光等微環境，提高了建筑的舒適度，同時還能最大限度地減少化學能源，減少有害氣體的排放量，使空氣質量得到改善，實現建筑的低碳化發展。

3嚴寒地區公共建筑被動式節能設計

3.1公共建筑科學選址、合理布局。在嚴寒地區關于公共建筑的被動式設計，首先要從選址出發，充分考慮建筑和周圍環境的適應程度，提高建筑和周圍環境的融合度。考慮到風環境是影響建筑室內舒適度的關鍵因素之一，也是影響能耗的關鍵，所以在選址上在西北方向上最好選擇有天然山坡或林木為屏障的地方，而東南方向上最好有天然或人工水體，可改善室內的空氣環境，還能避免室內溫度的驟降，營造舒適良好的室內環境。其次要確定建筑物之間的距離，保證所有建筑都獲得一定的太陽光照，增加室內的溫度。再次要確定合理的朝向，嚴寒地區建筑最佳方位是正南東西偏向10度以內。此外為保證足夠的光照，建筑設計和布局要盡量選擇平坦且無遮擋物的向陽基地，保證足夠的空氣流通能力。3.2公共建筑體型設計。體型系數是建筑物和室外大氣接觸的外表面積和其所包圍的建筑體積之比，體型系數越大單位建筑分擔的熱損失面積越大，也就意味著能源消耗量更多。所以在節能設計時，要求降低體型系數，減少外表面和室外空氣的接觸面積，減少散熱。公共建筑的體型系數還和建筑物的體型是否規整、建筑物的大小有關，因此在設計時還要考慮建筑物的平面布局，盡量減少凹凸面，減少外圍的面積，建筑設計不要過分追求體型上的復雜化。3.3公共建筑構造設計。公共建筑結構包括墻體、門窗和屋面。在進行設計時，首先對于墻體的設計，一方面要保證所使用的墻體材料具有保溫環保的特點，為滿足節能設計標準，應采用外貼擠塑板材料。在無法實現外保溫時可采用其他保溫構造，保證構造性熱橋的內表面溫度。另一方面保溫構造設計時需保證陽臺底板和欄板、空調機擱板、凸窗以及裝飾線等都采取保溫措施，門窗框和墻體之間的縫隙應選用高效保溫的材料進行填充。對于不同材料之間的縫隙要做好防水防滲漏處理，對于洞口部分應做好構造防水工作。其次對于門窗的設計，門窗往往是公共建筑能耗損失最大的部分，在保證正常光照、采光、通風等條件的基礎上，盡量減少門窗洞口面積，提高外門窗的氣密性可減少冷風進入，提高門窗的保溫功能。對于窗墻面積比的設置，為實現節能目標不能過分追求視野的開闊和通透明亮就擴大窗墻比，否則采暖能耗和空調能耗都會越來越大。在屋面設計方面，屋面保溫層不能采用吸水率較大的材料，避免因為保溫層大量的吸水而降低屋面的保溫功效。公共建筑類型多樣化，需要滿足不同的功能需要，一般還會設置通透明亮的公共空間，所以建筑能耗加大不可避免。但是從節能設計角度出發，除了要保證采暖和空調等功能的實現外，應限制屋面透明部分的面積不能大于屋面總面積的20%-30%，同時可通過雙層坡屋面的設置，不僅可實現對太陽能資源的合理利用，而且可以結合季節的變化、朝向的設置使室內光線變得均勻，另外也可阻止雨水進入。

綜上所述，關于嚴寒地區的被動式節能設計，目前我國在設計體系上還存在不完善不切合實際的地方，不但加大了設計的難度還使整個建筑工程的被動式設計可行性降低。需要肯定的是被動式節能設計在一定程度上緩解了我國當前能源資源欠缺、環境污染嚴重的問題，但是其弊端也需要正視起來，需要在不斷的實踐中加以完善和改進。通過設計體系的完善發展、從業人員技術水平的提升、專業人才的培養等帶動被動式設計的發展，推動我國嚴寒地區公共建筑被動式節能設計目標的實現。

參考文獻

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作者:裘鞠 滕佳佳 單位:吉林建筑大學