被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)方法

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,人們對建筑室內(nèi)環(huán)境提出越來越高的要求;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)處理長期以來,我國建筑設(shè)計(jì)行業(yè)存在誤區(qū),建筑師只對建筑的使用功能進(jìn)行空間劃分設(shè)計(jì),而把人對建筑環(huán)境的要求留給了設(shè)備工程師進(jìn)行單獨(dú)處理。界限分明的專業(yè)分工帶來的節(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)境對其影響的過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各種自然的方式來收集和儲存能量,建筑物與其周圍的環(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。以下就建筑的場地及單體建筑兩方面來介紹常用的被動(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)置在斜坡上的場地,朝向赤道能接收更多的太陽輻射,朝向兩極則可避免更多地得熱。山坡向陽表面受太陽輻射溫度升高,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,則相對較冷的風(fēng)與沿坡而上的暖空氣相接觸便易產(chǎn)生了迎風(fēng)陽坡雨(如圖1),我們把它稱為濕坡;相反,背風(fēng)的陰坡則很少降雨,稱為干坡。另外,被山川環(huán)繞的場地風(fēng)速較小,而狹窄的山谷則能提高風(fēng)速對下風(fēng)處的熱環(huán)境產(chǎn)生影響。位于山腳的場地,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)對于炎熱地區(qū)的夜晚降溫是極其重要的,而對于寒冷地區(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輻射熱量,影響周圍的地表和空氣溫度。植物還能把雨水蓄存起來,并通過葉子把水分蒸騰給周圍的空氣。植被的密度和高度則影響風(fēng)速,通過植物和樹木的組合布置甚至可以引導(dǎo)流經(jīng)場地的風(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)能的開始住宅的體量對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熱環(huán)境的需要,對建筑平面采用“溫度分區(qū)法”進(jìn)行合理分區(qū)。即把對熱環(huán)境質(zhì)量要求較低的房間布置于冬季溫度相對較低的區(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)置陽光間、門斗等過渡區(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)注意門窗的相對位置、家具擺設(shè)等對風(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。窗墻面積比過小,建筑通風(fēng)不良,自然采光不足,會增加空調(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方式。外遮陽比內(nèi)遮陽效果更好,也可采用可控遮陽等新式日照調(diào)節(jié)系統(tǒng)。遮陽隔熱對通風(fēng)有一定的影響,在遮陽的構(gòu)造上需協(xié)調(diào)考慮,如采用留槽式遮陽板就是很好的方法。立面遮陽設(shè)計(jì)不僅是構(gòu)造設(shè)計(jì),還可以利用陽臺、外廊等建筑構(gòu)件以及垂直綠化綜合處理,使立面遮陽設(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)式太陽房又稱無源太陽房,在我國北方有一定的應(yīng)用,新科技的發(fā)展則為太陽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)在太陽房的墻體材料熱工性能和南向陽光采集窗的物理特征地處理上,其實(shí)太陽房與一般的建筑沒有絕對的界限,只是利用太陽能多少、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)無毒、無污染、無放射性,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“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)來收集、轉(zhuǎn)化和儲存能量,以充分利用太陽能、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)能對設(shè)備和技術(shù)的要求較高,一次性投資大,在使用過程中還需消耗能源,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。現(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)