公共建筑被动式节能设计探讨

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摘要：城市的快速化发展使我国公共建筑行业取得了飞速发展，但是也存在能源消耗巨大的问题。尤其在严寒地区，公共建筑施工所消耗的能量巨大，在节能环保理念深入人心的新时期，随着环保技术的发展，采用被动式节能技术可有效控制碳的排放，减少能源的消耗，同时促成可循环持续发展模式的形成。因此，在严寒地区，应根据地区的气候特殊性和建筑设计的要求，应用被动式节能技术开展合理的建筑设计，使满足公共建筑需求的同时也能实现节能减排的目标。鉴于此，本文将对严寒地区的公共建筑被动式节能设计进行研究分析，从建筑选址和布局、体形设计和构造设计几个方面谈谈如何实现被动式节能设计目标。

关键词：严寒地区；公共建筑；被动式节能设计；节能技术

1严寒地区的公共建筑设计

从地域气候分区来看，严寒地区主要是我国的东北、华北和西北地区，这些地区的基本特征是地域辽阔，建筑节能设计起步较早，设计经验相对丰富，在设计时主要考虑的是冬季的保温问题。以采暖能耗为主的一般公共建筑，主要控制冬季的采暖能耗，并适当兼顾夏天的空调能耗，对于设置全年型舒适空调系统的大型公共建筑，则在设计时主要考虑的如何统筹采暖和供冷的全年能耗。目前从整体公共建筑能耗来看，公共建筑采暖消耗热量来自外墙、屋顶和门窗，这些部分的能源消耗量极大，是西方国家的3-4倍，可见在公共建筑设计中推广节能设计技术已经势在必行。

2被动式节能设计

被动式节能建筑指的是建筑设计人员从建筑本身出发，通过建筑的合理规划和布局、单体设计、色彩选择、形体结构规划等，充分利用建筑周围的自然资源，从而在保证建筑功能实现的基础上又能实现节能环保的目标。被动式节能建筑是基于当地自然环境形成的，建筑必须要和周围环境相适应，使达到节能环保的目标。同时被动式节能建筑对于建材和能源的消耗量较小，可充分利用可再生资源既节约了成本又实现了生态的可持续发展。被动式节能设计中包括风能的利用、雨水资源的利用、太阳能的利用等。对于我国北方地区，因为在冬天天气十分寒冷，普遍大风天气较多，所以非常适合发展风力发电，利用大风带来的能量带动发电机运行从而产生生活生产所需的电能，可有效减少煤炭的使用，减少能源消耗的同时也降低了对环境的污染。在我国严寒地区公共建筑被动式节能设计中，对于风能资源的利用，虽然有的地区不能实现风力发电但可以利用风能制热，解决严寒地区采暖困难和因为采暖而带来的环境污染问题。其次，我国北方地区属于季风性气候，降水集中在夏天，旱涝分明。从被动式设计来看，在涝季可将雨水蓄积起来实现循环利用。再次，关于太阳能的利用，通过太阳能结构一体化公共建筑的设计建设可在夏季实现太阳能发电，在冬季利用太阳能取暖。比如设置太阳能烟囱、缓冲空间以及双层坡屋面、遮阳板等，一方面可以阻挡一部分的夏季阳光以及冬季的冷风进入，另一方面可使冬季阳光进入室内并使光线更为均匀（如图1所示）。总的来说，被动式节能设计，一方面可缓解能源危机，减少能源消耗量，提高对可再生资源的利用率而减少对不可再生能源的使用。遵循因地制宜和节能环保的理念，改变传统建筑设计模式，结合建筑当地的自然气候条件充分利用好太阳能、地热能、雨水资源等，为实现可持续发展奠定基础。另一方面从环境角度来看，被动式设计采用了环保的材料和自然环境资源，所以可改善建筑内部的温度、湿度和采光等微环境，提高了建筑的舒适度，同时还能最大限度地减少化学能源，减少有害气体的排放量，使空气质量得到改善，实现建筑的低碳化发展。

3严寒地区公共建筑被动式节能设计

3.1公共建筑科学选址、合理布局。在严寒地区关于公共建筑的被动式设计，首先要从选址出发，充分考虑建筑和周围环境的适应程度，提高建筑和周围环境的融合度。考虑到风环境是影响建筑室内舒适度的关键因素之一，也是影响能耗的关键，所以在选址上在西北方向上最好选择有天然山坡或林木为屏障的地方，而东南方向上最好有天然或人工水体，可改善室内的空气环境，还能避免室内温度的骤降，营造舒适良好的室内环境。其次要确定建筑物之间的距离，保证所有建筑都获得一定的太阳光照，增加室内的温度。再次要确定合理的朝向，严寒地区建筑最佳方位是正南东西偏向10度以内。此外为保证足够的光照，建筑设计和布局要尽量选择平坦且无遮挡物的向阳基地，保证足够的空气流通能力。3.2公共建筑体型设计。体型系数是建筑物和室外大气接触的外表面积和其所包围的建筑体积之比，体型系数越大单位建筑分担的热损失面积越大，也就意味着能源消耗量更多。所以在节能设计时，要求降低体型系数，减少外表面和室外空气的接触面积，减少散热。公共建筑的体型系数还和建筑物的体型是否规整、建筑物的大小有关，因此在设计时还要考虑建筑物的平面布局，尽量减少凹凸面，减少外围的面积，建筑设计不要过分追求体型上的复杂化。3.3公共建筑构造设计。公共建筑结构包括墙体、门窗和屋面。在进行设计时，首先对于墙体的设计，一方面要保证所使用的墙体材料具有保温环保的特点，为满足节能设计标准，应采用外贴挤塑板材料。在无法实现外保温时可采用其他保温构造，保证构造性热桥的内表面温度。另一方面保温构造设计时需保证阳台底板和栏板、空调机搁板、凸窗以及装饰线等都采取保温措施，门窗框和墙体之间的缝隙应选用高效保温的材料进行填充。对于不同材料之间的缝隙要做好防水防渗漏处理，对于洞口部分应做好构造防水工作。其次对于门窗的设计，门窗往往是公共建筑能耗损失最大的部分，在保证正常光照、采光、通风等条件的基础上，尽量减少门窗洞口面积，提高外门窗的气密性可减少冷风进入，提高门窗的保温功能。对于窗墙面积比的设置，为实现节能目标不能过分追求视野的开阔和通透明亮就扩大窗墙比，否则采暖能耗和空调能耗都会越来越大。在屋面设计方面，屋面保温层不能采用吸水率较大的材料，避免因为保温层大量的吸水而降低屋面的保温功效。公共建筑类型多样化，需要满足不同的功能需要，一般还会设置通透明亮的公共空间，所以建筑能耗加大不可避免。但是从节能设计角度出发，除了要保证采暖和空调等功能的实现外，应限制屋面透明部分的面积不能大于屋面总面积的20%-30%，同时可通过双层坡屋面的设置，不仅可实现对太阳能资源的合理利用，而且可以结合季节的变化、朝向的设置使室内光线变得均匀，另外也可阻止雨水进入。

综上所述，关于严寒地区的被动式节能设计，目前我国在设计体系上还存在不完善不切合实际的地方，不但加大了设计的难度还使整个建筑工程的被动式设计可行性降低。需要肯定的是被动式节能设计在一定程度上缓解了我国当前能源资源欠缺、环境污染严重的问题，但是其弊端也需要正视起来，需要在不断的实践中加以完善和改进。通过设计体系的完善发展、从业人员技术水平的提升、专业人才的培养等带动被动式设计的发展，推动我国严寒地区公共建筑被动式节能设计目标的实现。

参考文献

[1]池小兰，相文强.严寒地区公共建筑被动式节能设计[J].湖南城市学院学报：自然科学版，2018（05）：43-46.

[2]张昊天.寒冷地区绿色公共建筑被动式节能设计研究[J].建材与装饰，2018（29）：110-111.

[3]江富兴.寒冷地区绿色公共建筑被动式的节能设计[J].房地产导刊，2017（08）.

作者:裘鞠 滕佳佳 单位:吉林建筑大学