被动式节能设计（共8篇）
被动式节能设计 篇1
我国建筑的主要类型之一就是住宅建筑, 而且住宅建筑的数量相对较多, 由此也产生了大量的能源消耗。被动式节能设计是依照住宅建筑的地域气候特点, 根据环境控制的原理, 满足建筑功能等实际需求, 对各建筑元素进行合理的处理、组织的设计方法, 增强建筑自身的气候调节和适应能力。将其应用到住宅建筑中不但可以降低能源消耗, 还能够发挥保护环境的作用。
1 被动式节能设计的内容和必要性
1.1 设计方向
住宅建筑, 外围护设计、户型布局、建筑朝向、建筑体型、建筑整体布局、遮阳设计、采光、通风等设计是被动式节能设计的主要内容。在住宅建筑中使用的被动式节能设计主要有单体建筑的设计, 在设计建筑形体的时候需要对建筑的布局和建筑地区的环境条件, 同时还要考虑自然通风和日照等问题, 根据住宅建筑的实际功能需求选择最适宜、最佳的建筑朝向;设计建筑的群体布局, 在规划布局的时候要对风环境、日照环境进行充分的考虑, 保证住宅建筑可以得到充足的日照和通风条件, 营造舒适的住宅建筑环境;选择合适的住宅建筑场地, 充分考虑植被、地质结构、水体、风速风向、大型噪声源、夏季隔热降温、冬季防风保温等情况;另外设计的内容还有外围护设计, 如墙体材料、保温材料、门窗的传热系数、断热桥的处理等[1]。
1.2 必要性
被动式节能设计具有许多优点, 在住宅建筑中应用将为建筑设计带来更多的积极效用。其优势在于:具有灵活、简便的设计特点, 在对植物、地形、阳光、风力等自然资源的直接利用下, 就可以使用节能设计来优化建筑设计方案, 且便于实施和推广;使用被动式节能设计的住宅建筑仅需要使用较少的机械设备, 具有显著的节能建筑效果, 而还会降低建筑设计的成本;被动式节能设计具有较强的住宅建筑适用性。通常情况下使用住宅建筑的人群比较固定, 所以被动式节能设计为了满足建筑设计的实际要求, 就需要充分的考虑人群特征、地域特点等。以家庭为单位是住宅建筑主要形式, 于是就产生了零散的建筑空间、样式多和规模小的建筑空间功能[2]。
2 住宅建筑被动式节能设计的具体方法
2.1 对建筑绿化的设计
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[3]。
2.2 对建筑单体的设计
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[4]。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。
2.3 对建筑布局的设计
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维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2小时以上日照时数, 较小的城市建筑在冬至日则需要保证不低于3 小时的日照时数, 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[5]。
3 总结
综上所述, 通过对住宅建筑被动式节能设计的深入研究, 从中可以了解到在对住宅建筑进行设计的时候, 采用被动式节能设计方法, 需对全面考虑建筑的风向、日照、布局等方面。通过对这些方面的节能设计, 从而达到降低住宅建筑能源消耗的目的, 促进社会可持续发展, 为生态环境的平衡发挥重要作用。
参考文献
[1]张晔.绿色保障性住房设计研究[D].重庆大学, 2012.
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[4]李颖.被动式绿色建筑设计的美学策略研究[D].北京建筑大学, 2013.
[5]汪继武.美华村花园住宅被动式节能设计优势分析[J].住宅科技, 2013, (4) :34-37.
被动式节能设计 篇2
1智能电网节能调度功能带来的电力产业机遇
(1)对发电调控带来的机遇。对于电力企业的发电功能来说，控制发电的速度、发电量是重要的节能调度工作内容，同时节约发电能耗也是需要重点关注的工作内容。智能电网这体系的出现不仅能够实现高水平的节能调度，同时还能够以自动化、互动化的模式来实现更加智能化的电力能源有效控制。在我国对电力改革的关注度不断增加的背景下，电力企业渐渐分离为发电企业与电网调控单位两个方向，从根本上实现了厂网分离的电力管理模式，这种电力改革手段将电力产业的受利方分散化，使发电厂与电网控制分离成为一个单独的生产调节体系，智能电网的开发对于发电事业来说意义重大。通过智能电网的调控手段将能够使电力网络控制更加高效、灵活性更加，能够最大限度的满足电力节能调度工作的需要。智能电网系统对电网控制的日趋智能化，将为发电企业带来更为理想的节能调度环境，发电节能调度水平提升发电企业的自主性也更加强烈，能够拥有更大的自主控制空间，利于整个发电产业的发展;
(2)对用户用电调控带来的机遇。智能电网由于具有了更高水平的电量调节、输送控制能力，因此对用户用电来说也增加了更多的灵活性。以往在夏季出现供电压力时往往会通过定时断电的形式来实现对电网的卸压，保持日常其它时间的用电稳定性不被影响，然而这种调节手段虽然是比较有效的，但却与智能化的节能调度要求相距甚远，同时也缺乏人性化特点，即使在断电阶段用户有强烈的用电需求也无法得到满足。智能电网体系中完善的电网信息体系能够将电网的运行状态与调节操作等信息及时传达到网络上的每一位用户，这就能够使用户不仅可以接收到电网运行的信息，还能通过信息上传将自身的用电量需求及时传达给智能电网体系，实现电力的智能化调节和分配。这种互动式的调节模式就是为了实现对电力资源的最大化节约，根据每一位用户的具体用电情况调配最为合理的电力优化策略，有助于提高国民用电的稳定性与灵活性。
2智能电网节能调度互动式的实现
(1)发电企业互动式节能调度的实现。发电企业是国家节能减排要求重点管理的企业之一，由于传统的发电形式是火电发电，因此会产生非常严重的污染物排放，要达到国家对电力行业所规定的排放标准就应当从节能调度入手。智能电网的互动性对于发电企业来说就是将电网的需求量进行信息反馈，使发电企业的发电指标制定有充分的数据依据。根据智能电网中的发电指标电力企业能够有更多的自主权限，例如某个区域电网的最大负荷为 7000 万千瓦，那么这一时期内的发电量就应当以这个标准为依据来决定发电量，从而能够更加合理的规模原料的用量与发展效率，实现对能源的节约和污染物排放量的有效控制;
(2)用户互动式节能调度的实现。供电网络的稳定状态主动权集中在用户方面，所以智能电网实现节能调度的根本在于和电力用户之间的信息互动。一方面用户自身的用电量存在一定的习惯性和规律性，另一方面电网的供需状态数据也能够被终端电力用户所接收到，使用户能够根据电网的供需紧张状态进行用电量的调整，实现整个电力网络的智能化互动式节能调度。国家电网在用户用电过程中的电能浪费主要是由于电力系统负荷波动造成的，如果能够加入智能电网的互动式调节就能够平衡电力供需状态，从而使电力系统的负荷趋于稳定，实现节能调度的目的。
3用户参与互动式节能优化调节的实现条件
(1)技术条件。目前智能电网已经接近成熟的网络体系为实现与用户之间的互动式节能优化调节提供了足够的技术基础，然而要实现高效的节能优化调节完善的信息化平台是必要条件。目前已经有 AMI 技术为实现这个信息平台提供了稳定支持，在此技术前提下建立起全面的智能电网互动式信息平台，将每位用户的信息实时传达至节能调度中心，再将智能电网的调度信息发送到每位用户终端，使用户随时能够掌握电网运行状况;
(2)政策条件。参与互动式节能调度系统是用户的自愿行为，从政府方面应当对这种行为予以积极的政策性支持，必要的可运用激励手段增加用户加入智能电网信息化平台的行为，例如通过对信息化平台的有效宣传让用户提高对智能电网互动式节能优化调节给自身带来的益处，或者是直接运用电费价格给予一定补偿的经济手段增加用户加入信息化智能电网调度系统的数量。
4结语
住宅建筑被动式节能设计研究 篇3
1.1 建筑节能的概念
对于建筑节能的描述可以从广义和狭义这两个角度来描述,建筑节能广义的描述是:通过利用技术手段在建筑的整个生命周期尽可能的减少对能源的消耗。狭义角度的建筑节能是这样描述的:在建筑的使用期间通过对建筑本身进行改造,降低对电能、煤炭等产热能源的消耗。而建筑产生能源消耗大多是在建筑竣工之后的使用上。
对于建筑节能的方式可划分为主动式节能和被动式节能两种。主动的节能方式是通过给建配备节能设备来实现建筑的节能。而被动式节能方式则更多的是在建筑的结构设计上下功夫,运用科学合理的设计方式尽可能的实现建筑的节能。被动式的节能方式强调对自然界的阳光、气温等等自然元素的利用,通过利用这些自然元素降低对能源的使用,降低建筑物的负载情况。
1.2 住宅被动式节能的概念
住宅建筑的被动式节能首例案例是美国建筑设计人员设计的利用太阳能供能的住宅。住宅建筑被动式设计的核心是利用科学技术调控建筑所在区域的环境气候服务于住宅建筑供能等方面的需求。采用被动式设计的住宅建筑更能适应于周围的环境和气候。即便不配备有外部的辅助设备也能吸收当地的阳光、温度、地形、风力等方面的自然因素实现对建筑内部的调节。
被动式的节能设计不需要外部的辅助设备,设计的整体相对变得简单,在建筑的使用期间也不需要过多的技术支持,被动式的节能方式大幅度的降低了建筑内部环境要承担的负载压力,减少了能源的消耗,再加上被动式的节能方式依赖的是来自自然环境中的元素,降低了建筑的建造成本。
2 住宅建筑的被动式节能设计
2.1 科学的建筑选址能实现住宅的节能
住宅建筑周边的情况关系着住宅内居民的日常生活,使得在住宅建筑的选址上变得尤为重要。在进行住宅场所的建设选址上要先对建筑区周边的地形进行考察,充分利用地形中的有利因素,结合地区的气候特征满足住宅的需求。在进行住宅建筑的选址上,基本原则为远离当地的保护区(自然景观、文物、湿地、农田),远离自然灾害频发的地带,远离有噪声或危险源的区域。具体参考方式如下:
(1)光照对建筑选址影响很大。光照是自然元素中影响建筑节能的重要因素。光照中的红外线蕴含大量辐射热,能给予住宅建筑大量的外部热源,光照时间的长短、强度影响着建筑的温度,此外光照中的紫外线则具有杀菌的作用,因而光照对建筑的选址有重大影响。
(2)风对建筑的选址有重大影响。建筑物在夏季受到长时间的光照,建筑的温度大幅上升,而充足的风可以起到降温的作用。但对于建筑的选址上,要避免那些灰尘太多的风环境场所,此外还要避免那些容易形成“风口”的区域,选址上也要避免低洼区域,低洼区域会出现通风不足的情况。建筑物的选址上最好是选那些冬季风小、夏季风大的地区。
2.2 科学的建筑群体布局能实现建筑节能
在对建筑群进行布局时要参考当地的环境情况,做出科学合理的规划方案。建筑物之间会形成微气候,合理的建筑群布局能改善建筑群之间的微气候影响,进一步实现节能效果。统一朝向的建筑群在布局上更显得整齐有序,增大了受光面积,建筑之间的通风更流畅,因而这种布局方式用得比较多。而那些沿街而建的住宅容易造成住宅的光照不足,建筑间的通风也不顺畅,这种周边式的布局方式更适合在较寒冷的地区。建造住宅时,采用前后交错的排列方式不但节约了土地,增大了光照面积,也增加了住宅的室外活动空间。
2.3 单体建筑的节能设计
(1)光照分区的设计。根据使用时限长短的不同,建筑物的室内光照需求也是不同的。一般来说,住户对主卧的使用时间是最长的,次卧其次,再接着是书房等房间。因而在对建筑进行设计时,主要房间设置在光照强的区域,而光照弱的区域则是设置为次要的房间。
(2)采光分区的设计。在进行建筑的采光区设计时,可以将对采光需求一样的房间布置在一起。例如:主卧和起居室有较高的采光需求,因而布置在南向。而厨房和卫生间对采光要求较低则布置在北向。
(3)建筑通风的设计。已建好的小型号的住宅建筑中,经常出现住宅内通风不足的现象。这是因为在进行建筑设计时,建筑通风的考虑不足造成的。在进行建筑的通风设计时,需要设置好住宅的进风口和出风口。进风口、出风口的大小和位置在设计上是有区别的。不同的大小、位置所产生的通风效果是不一样的。要保证充足的室内通风,在设计时要减少流向的迂回转向,保持进风口与出风口的平行。
2.4 建筑窗户的节能设计
建筑物的窗户是建筑内部与外部的连接通道。建筑物的室内光照以及建筑的通风都是通过窗户来完成的。建筑物的窗户设计是整个建筑设计的关键点。根据建筑物所处在的区域,窗户的面积、朝向等等的设计都有着不同的要求。
(1)窗在墙上的面积比例。建筑的窗强比是通过建筑窗户总面积比上建筑总面积获得的。由于窗户有高耗热的特性,因而大比例的窗户消耗室内的热量也大。但是,大比例的窗户具有较好的采光、通风效果。小比例的窗户,室内的散热的能量也相对的减小。通风和采光也随之下降。因而窗户比例的设置要考虑到当地的气候环境特点,以及居住用户对采光和通风的需求。
(2)窗的节能设计。建筑的窗户由窗框、玻璃、窗樘构成。由于窗的热阻小,保温能力差,很容易消耗室内的热能,造成建筑能耗的增加。改变这种情况的办法是,对窗户气密性进行强化。加强窗户衔接处的密闭性。对特殊环境或者是特殊需求的窗户进行特殊处理。除了加强密闭性外,窗户的开启方式也是实现建筑节能的改进点。窗户的开启方式影响着气流的流向。常用的开启方式有水平推拉、内开、外开。根据实际情况进行设计才能改善建战队通风效果。
3 结束语
综上所述,住宅节能是一项新兴起的设计方式,住宅建筑的被动式节能需要住宅的通风设计、材料隔热等等方面的学科的技术支持。在进行建筑物设计时要严格监督、严格把关,顺利地完成建筑物的被动式节能设计实施工作,保护居民的生活环境。
参考文献
[1]何明.住宅建筑被动式节能设计研究[J].建筑与文化,2015,(7).
[2]邹海云.住宅建筑被动式节能设计分析[J].住宅与房地产,2016,(1).
建筑设计中被动式节能的探讨 篇4
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快, 能源消耗问题日益严峻。而建筑能耗在社会总能耗中约占1/4, 而且还在呈上升的趋势。在建筑能耗中, 大量的化学物质的使用对环境造成了严重污染。在全球都在重视环保和节能的今天, 作为建筑设计工作者, 如何在建筑设计中采用更好的方法以达到建筑节能的目的, 是一个值得认真思考的问题。
1 建筑能耗的组成
建筑能耗受诸多因素的影响, 除去室外热环境质量、室内空气质量和气候环境、建筑功能、规划布局等外部因素, 主要是建筑本身的因素, 一是结构能耗;二是使用能耗。对于结构能耗, 主要在于提高建筑的保温隔热性能以及气密性等, 降低从建筑维护结构中散失的能量;而在使用能耗方面, 主要是冬季供热和夏季空调制冷, 占整个建筑能耗的55 %以上。
基于以上两个方面的考虑, 在建筑节能设计中, 重点是降低建筑自身的能量损失, 提高能源利用效率, 并积极应用可再生能源。
2 两种节能方式的特点
根据能源利用的方式, 可以将建筑的节能方式分为两种:主动式建筑节能和被动式建筑节能。
主动式建筑节能是以各种非常规能源的采集、储存、使用装置等组成完善的强制能源系统, 来部分取代常规能源的使用。这种节能方式的特征表现为仍然需要一定数量的常规能源, 一次性投资费用高, 技术复杂且维修管理工作量大, 表现为高投资、高技术的倾向。
被动式建筑节能则试图通过建筑朝向和周围环境的合理布置, 内部空间和外部形体、色彩的巧妙设计, 以及建筑材料的组合、构造措施恰当, 并紧密结合建筑构配件设计一些非常规能源的采集、使用装置, 来达到建筑物冬季采暖、夏季制凉的效果, 节省常规能源的耗费, 因而表现为低投资、低技术的倾向。
3 案例分析——清华超低能耗实验楼
清华超低能耗示范楼坐落于清华大学校园东区, 总建筑面积3 000 m2, 地下1层, 地上4层, 由办公室、开放式实验室或实验台及相关辅助用房组成。该楼中包罗了世界上能找得到的、能移至楼中的最新节能产品、设备以及相关技术, 囊括了世界上80 %的节能技术、产品, 其实就是一个以真实建筑物搭建的节能技术集成平台。据模拟测算, 这座超低能耗实验楼单位面积的全年总电耗约为40 kW, 仅相当于北京市同类建筑物的30 %。在这个案例中, 大量运用了太阳能、光能、风能等主动式的节能设计。
首先来分析一下此类高技术节能建筑的效果。由于采用了世界上诸多最新的节能技术, 取得了良好的节能效果。该实验楼的采暖不需花钱;电耗是同类建筑的30 %, 而采用热电冷三联供, 综合利用效率达到了80 %以上, 折合的电价要比上网电价便宜一半还多;空调基本上是采用发电余热供应;人性化的设计及舒适的环境, 给建筑带来的增值是无法估量的。
但是, 对于这样一种建筑, 在现今的中国恐怕是消费不起的。在没有土地成本的情况下, 该实验楼整体花费了2 400万元, 平均单价为8 000元/m2。相对于一般的办公建筑来讲, 该实验楼要在使用70年的情况下才能收回由于使用高新节能技术而进行的一次性投资。过高的一次性投入, 大大影响了此类建筑节能方式的推广。
作为实验楼, 其目的是很明显的, 节能效果也是非常好的。与一般的被动式节能建筑相比, 其节能效果具有极强的优越性。但是, 此类节能技术多数来自于建筑设备专业的贡献, 而建筑学本身在其中似乎只是一个协调的角色, 建筑师所要做的仅仅局限于对一系列节能设备的整合, 这使得建筑学本身在节能中失去了主动性和积极性。在节能设备的一次性投入不能大幅下降的情况下, 也拉长了节能技术开发到实际使用的周期。
4 被动式节能的建筑设计
在建筑节能设计中, 其实存在着另一个方面的趋势——低技术化。即通过建筑学的方式, 在总平面、平面、剖面以及细部节点上的设计, 合理地引导通过自然通风以及太阳能等可再生能源的应用, 来达到有效地降低建筑使用能耗的目的。
4.1 建筑设计中保证自然通风
建筑的自然通风可从总平面设计、室内空间设计两个方面来考虑。在总平面设计上, 可着重考虑从建筑体型的方向性和室外环境的设计来合理引导风流。
(1) 建筑体型设计。
巧妙设计扭曲平面, 使朝向夏季主导风向的外表面积增大, 改善吸风面的风环境。
因势利导设计尖劈平面, 用“尖劈”的形体朝向冬季主导风向, 避免与冬季主导风向的垂直关系, 以削弱冬季不利风流的影响。
合理设计通透空间, 在建筑的每层的适当高度设置开窗, 可大大疏通室外风流, 有利于夏季通风。在建筑中设置掏空的空间, 以利于疏导以及释放过大的室外风流。
(2) 室外环境设计。把握南向开敞空间, 争取较多的冬季日照和夏季通风。
充分利用自然空调, 建筑南侧可设置水面植被等, 依赖水体蒸发来改善微环境的炎热条件, 并可在冬季强化太阳辐射的反射作用。
设计植被导风。通过设置合理的灌木乔木位置, 南侧引导风流进入建筑室内, 而北侧则起到屏障的作用。
利用构筑物挡风墙和导风板的灵活组合, 并可结合绿化整体设计, 引导夏季风流, 阻挡冬季恶性风流。
4.2 被动式太阳能利用
区别于太阳能板等的主动式太阳能利用, 被动式太阳能利用以合理构造为基础, 通过巧妙的构造设计实现太阳能的直接利用, 具有低技术、低成本的特点, 有利于节能技术的普及和推广。
(1) 直接受益式系统。
通过合理设置的导光板, 将更多的光线反射进入室内, 以利于建筑的采暖和采光。
蓄热墙体常用混凝土、砖、夯土等制成, 可以在白天储存大量的太阳能, 通过蓄热墙体的时滞效应在夜间放热, 为室内供暖。
(2) 对流环路式系统。
将维护构件部位设计成双层壁面, 形成封闭的空气层, 并将各部位的空气层相连成循环, 在太阳辐射产生的热力作用下, 依靠“热虹吸”作用产生对流环路。在这个过程中, 依靠贮热体加热空气, 流动的空气来加热室内的墙体, 以保持室内温度的稳定。
(3) 附加日光间系统。
在建筑南向缓冲区 (阳台、廊、小门厅等) 增加透明玻璃成为透明空间, 其中再设置一定的贮热体, 在太阳辐射的作用下, 缓冲区迅速升温, 一部分贮存, 一部分则进入室内, 从而改善室内的舒适条件。
4.3 外墙与屋顶的被动式节能设计
在外墙的隔热中, 有效而环保的方法是将建筑的墙体埋入地下, 或者将外墙的三面用土壤包裹。再就是将建筑外墙或者接近外墙的地方用植被覆盖。所用植物最好是落叶形的, 因为在冬天还需要外墙接受阳光来加热室内。另外, 还有一种有效的方法是采用百叶包裹外墙, 在需要接受光时打开百叶, 夏季在白天则可以关闭, 这样外墙就不会被加热。
直接接受阳光暴晒时间最长的是屋顶。传统的做法是采用保温层覆盖屋顶, 再就是用盖板架空。但种做法并不是最节能的, 最好的方法是在上面用植被覆盖, 既可以很好地利用太阳能, 又可以美化环境。如果是节能的别墅型建筑, 这样就可以建成一个屋顶花园, 可谓是一举多得。对于夏季多雨的地方, 还有一种节能的做法是在屋顶上储水, 但屋顶要做好防水。
5 结语
建筑设计中的主动节能和被动节能是紧密关联的。建筑师应主动把握建筑节能的设计理念, 尽量在不使用设备的情况下, 采用低技术化的被动式节能方式, 设计出环境优良、高品质的建筑。只有在被动式节能不能达到目的的情况下, 才考虑主动式节
能设备的辅助和补充。
采用被动式节能设计, 可以对节能建筑的发展起到推动作用, 并且这种方式是建筑师起主导作用的, 可以把节能的概念更好地贯彻到整个设计中去。
参考文献
[1]栗德祥, 周正楠.解读清华大学超低能耗示范楼[J].建筑学报, 2005, (9) :16-17.
[2]董卫.可持续发展的城市与建筑设计[M].南京:东南大学出版社, 1999.
被动式节能设计 篇5
关键词：被动式建筑节能,设计原理,应用技术,自然通风,建筑遮阳,节能效应
0 前言
被动式建筑节能是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术,具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。研究如何利用自然气候资源的建筑设计原理,在设计过程中如何根据当地气候的影响,从建筑的总体规划至单体建筑的房间布局、剖面形式和建筑部位等方面采用合理设计手法、合理的技术措施,使建筑方案的先期决策适应当地气候,建筑设计完成后达到室内热环境舒适度,从而将建筑能耗尽可能降低到最低限度,这就是进行被动式建筑节能设计的积极意义。
1 被动式建筑节能设计原理
建筑节能的前提是保证室内热环境舒适度,不同气候条件下的室内热环境舒适度差异甚大,不同的气候条件与室内热舒适度要求,决定了不同的设计模式。
对于夏热冬暖地区,根据现场实测与调查表明,“外门窗关闭,既不透风又不空调时,即便室内温度在26℃左右,人也感觉闷热,室内舒适性差。而在自然通风状态下,只要室内温度不超过29℃,相对湿度不超过80%,都会感觉比较舒适”。[1] 根据这一室内热环境舒适度要求,设计应通过加强通风对流提高室内舒适性;通过采用建筑外遮阳有效降低室内得热达到室内舒适性;通过改善围护结构的热工性能,对室外气温起削峰平谷作用降低室内温度,从而取得在过渡季节实现减少启用空调节约能耗,以及在夏季启用空调时实现降低空调能耗。
2 被动式建筑节能应用技术
以闽南民居为例,漳州城区典型传统民居——竹杆厝,以序列天井和通廊为公共通风通道串起各间居室,组织穿堂风保证居室的通风对流,以良好的室内通风获得室内舒适性(如图1)。
详图2所示,有效设置建筑外遮阳可减少室内太阳辐射热30%～50%;室外绿化及绿地可降低地面温度约10
℃;屋顶绿化可降低室内表面温度约7℃;外墙面绿化可降低室内温度3～5℃[2];通过外遮阳和提高围护结构热工性能,减少室内得热亦可有效改善室内舒适性。
鼓浪屿的老别墅,在玻璃窗外加设一道百页窗,夏季遮挡太阳辐射的同时可开窗通风对流,达到减少室内得热和通风使室内保持凉爽;澳大利亚亚热带气候的布里斯班及阳光海岸,城市建筑普遍采用建筑外遮阳,在表达建筑个性的同时,有效遮挡太阳辐射热降低室内温度(详图3)。这些简单易行的建筑特性均可有效实现建筑节能。图表1为广州夏季西向遮阳实测效果[3],数据显示西向外窗遮阳可遮挡80%以上的日辐射量。
东南亚度假胜地巴厘岛,属海洋性气候,常年平均气温在28℃左右。其五星级旅游度假酒店的常见模式,为庭院式布局,所有客房围绕着庭院布置并由外廊连通,其通风对流原理与传统民居相同。酒店大堂无外围护结构为全开敞式,设有可收放的竹制卷帘遮阳,仅配以吊扇必要时作辅助送风(见图4)。无论在大堂或餐厅,宾客完全置身于自然通风环境与庭院美景中,无空调而舒适性良好;客房设置分体式空调机,因通风与环境良好使用率降至最低限度,整个酒店建筑设计充分体现建筑通风遮阳被动式节能的特性。在相同的气温环境下,如建筑设计采用封闭空间集中空调模式,实际是摒弃自然通风的舒适性,使空调启用时间大幅增加而耗能。
3 被动式建筑节能设计研究
3.1 体育馆外遮阳与自然通风设计研究
体育馆的使用功能与基本模式大体相同,我们在设计厦门海沧体育中心综合馆时,调研走访了相类似已建成使用的体育馆,出现由于外立面整体造型需要,采用玻璃幕墙将作为交通走道的环形走廊与门厅进行封闭,玻璃幕墙的聚热效应使得环廊门厅吸收太阳辐射热后无法散热,夏季温度高达50～60℃,无法正常使用,只得采用玻璃幕墙加贴隔热膜补救方式解决使用功能。
我们对厦门海沧体育中心综合馆的设计,将环形走廊与门厅处理成开敞式的外廊并采用百叶遮阳,保证立面完整的同时,获得通风遮阳的良好使用条件(详图5)。
综合馆的开敞式环形走廊与门厅处,温度即为天气预报的室外气温,夏季环形外廊与门厅作为交通及辅助活动空间,类似当地的“骑楼”完全可正常使用,同时骑楼也为比赛大厅充当遮阳构件,否则当比赛大厅外墙处于阳光直接照射时,温度可提高10℃以上,尤其当气温高于27℃时,阳光下的实测气温可达50℃以上。
环廊的开敞式和封闭式设计,两种设计手法对环境气候作出不同诠释,获得结果完全不同,可见确立正确设计理念的重要性。
3.2 塔式住宅自然通风设计研究
3.2.1 户型设计思路
板式高层住宅户型,因其采光通风良好具备室内舒适性,在夏热冬暖地区倍受欢迎,但由于面宽大不利于土地利用,同时总平面布置长条形单体不利于环境通风。为兼顾土地利用,同时改善总平面通风环境,我们在厦门水晶森林项目中,尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面(详图6)。该平面特点在于为每户配置的入户花园,在核心筒周边形成公共通风道,得以改善一梯多户住宅的南北通风对流。
3.2.2 户型通风模拟分析
为验证塔式住宅平面的通风性能,我们与某科研单位合作,采用Phoenics软件进行通风模拟评估。
方案一采用风向偏东27°,室内风场色阶图详图7。
从图可见,B户型由于处于迎风向,除其中一个北房间因入门通道狭长导致通风不良外,其余厅房均通风良好,风速在1.0～5.0m/s舒适范围(见表1); C 户型因风向偏角过大,位于西南角主房间北侧出风口不畅造成通风。
不良,其余厅房均通风良好,风速处于舒适范围;A户型因处于背风面,且由于电梯间的阻挡作用,处于穿过入户花园的两股主导风向形成弱风区域,除客厅外其余厅房基本处于风速低于1.0m/s区域,人感觉不到风。方案一户型内通风条件优劣不均,但公共通道对后排建筑的通风有积极作用。
方案二采用风向偏东20°,室内风场色阶图详图8。
从图中可见,除A户型北房与餐厅外,A、B、C户型内各厅室均拥有良好的通风条件,风速均处于1.0～5.0m/s舒适范围;C户型的敞开式花园为处于背风面的A户型创造了通风通道,同时A、B、C户型的开敞花园成为穿过本幢建筑的通风道,为总平面通风提供有利条件。A户型的北房与餐厅应加大北窗的开启面积,增大出风口,以改善通风条件。
方案三采用风向偏西20°,室内风场色阶图详图9。
图中可见,除B户型东北角卧室的中心区域风速低于舒适范围外,A、B、C户型室内均获得良好的通风环境,同时入户花园亦成为后排住户的良好通风道。B户型的东北角房间,可通过加大北向窗出风口开启面积或增设开向北露台的窗作出风口,以改善房间通风。
经过风环境模拟评估,证明水晶森林塔式通风住宅,由于设置开敞式入户花园形成的公共通风道,有效地改善各户的室内通风条件,使各户的室内通风达到人体舒适性要求,改变塔式住宅自身通风不良的缺陷,同时为后排住宅留出通风道,有利于总平面通风环境,尤其当多单元拼接时,对住宅总平面的通风环境起积极作用,达到户型设计的预期效果。
风环境模拟结果表明:除方案一外,方案二与方案三均适用,即偏东20°与偏西20°为良好主导风向。
根据厦门地区77-00年夏季(6～9月)风玫瑰图显示,从南偏西22.5°方向(SSW)至正东方向(E),风向频率为7～10范围,均可作为主导风向。按方案二及方案三通风模拟结果,建筑采用南偏西2.5°至南偏东70°时,对应建筑风向为偏东20°至偏西20°,均为建筑的通风适宜朝向(详图10),由于节能要求日照朝向不应大于南偏东及偏西30°,确定本项目最佳建筑朝向为南偏西2.5°至南偏东30°范围,作为总平面布置的依据,总平面单体均采用最佳朝向布置,能同时获得较好的单体通风和总平面风环境条件,同时避开太阳辐射不利朝向。
4 节能效应评价
建筑外围护结构热工性能的节能效应评价,在节能设计规范及相关建筑节能计算中,已有充分诠释与节能评价,本文不作赘述。
4.1 综合馆通风遮阳节能效应评价
将综合馆开敞式环廊设计建立节能计算模型A,以玻璃幕墙封闭式环廊建立节能计算模型B,作为参照建筑,分别用PKPM建筑节能软件进行能耗计算比较。计算结果详图11。
模型B空调能耗计算结果
模型A,以比赛大厅为空调室内空间,室内温度取值25℃,计算能耗为2100784Kwh。
模型B,比赛大厅同模型A室内温度取值25℃,玻璃幕墙封闭的环廊及门厅温度取值28℃,计算空调能耗为2424291Kwh。
根据以上计算结果,模型A空调能耗仅为模型B空调能耗的86.7%,即通风遮阳开敞式环廊较玻璃幕墙封闭式环廊可减少空调能耗13.3%。
4.2 塔式通风住宅节能效应
根据水晶森林塔式住宅的通风模拟结果,采用最佳建筑朝向时,户内基本可达到良好的通风条件,按《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》,室外气温不高于28℃、相对湿度80%时,满足室内热舒适性可不启用空调;而通风不良的户型在室外气温高于26℃时,需要通过开启空调以满足室内热舒适性,以下将两种通风条件的住宅进行节能效应比较。
根据厦门气象台公布的厦门市2011年气象资料,日最高气温高于26℃的4月～10月的气温资料见表2 。选取最热月6、7、8月中的7月为例,全月气温高于26℃的天数为31天,其中26℃～28℃的天数2天,即户型通风不良时开启空调天数为31天,通风良好时开启空调天数为29天,29天为31天的94%,户型通风良好时可实现少开启空调日6%(详表2)。
从表2统计结果可见,过渡季节的4、5月及9、10月,户型通风良好可实现少开启空调日高达23～64%,4～10月可实现少开启空调日,即全年平均可达到24%,节能效应可观。可节约的能耗,需根据当日气温变化,进行统计和能耗计算,本文不作进一步论述。
5 总结与建议
被动式建筑节能,并不一定是高科技高投入的,只要设计得当,常规的甚至简单的技术应用,不需增加投资或增加不多投资即可获得很好的节能效应。被动式建筑节能的实现,重在树立设计理念,以及对设计原理、应用技术的正确理解与运用。巴厘岛五星级酒店的开敞式设计理念与手法,很值得夏热冬暖地区借鉴;澳大利亚布里斯班及阳光海岸,无论公建或住宅,普遍采用建筑外遮阳,赋予城市建筑鲜明的地域特性与实用性,但在我国热环境相近的城市建筑中却难得一见,也特别值得我们思考,应如何让设计回归理性,使建筑顺应环境。我们所作的设计实践与探索,取得了一些成效,在此与同行分享。
参考文献
[1]付翔钊侯余波.中国夏热冬暖地区建筑节能技术//中国国际建筑节能研讨会[J].重庆大学.
[2]王威等.不同地表状况下的温度分布比较研究[J].北方园艺,2001(4).
被动式节能设计 篇6
河北省《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》是按河北省建设厅的要求而制订的。自2007年起, 我国住房和城乡建设部科技发展促进中心与德国能源署 (dena) 在建筑节能领域开展合作, 双方选择了在中国推广建设“被动式房屋”的课题。2011年6月我国住房和城乡建设部和德国交通、建设和城市发展部签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》, 发展被动式低能耗建筑以期最大限度地降低建筑能耗需求。在双方技术人员的紧密合作下, 秦皇岛五兴房地产有限公司在“在水一方”住宅项目中成功地建造了“被动式低能耗建筑”, 经检测, 其性能完全符合要求。随后编制组在借鉴德国的经验和瑞典被动式房屋标准的基础上, 总结试点经验, 参照中国现行的相关标准、规范, 完成了本标准的编制工作。
本标准的主要技术内容包括:总则, 术语和符号, 被动式房屋的定义和规定, 被动式房屋的基本设计原则, 被动式房屋的热工和能耗计算规定, 热工计算, 采暖负荷和能耗计算, 冷负荷和空调能耗计算, 房屋总一次能源计算项目和计算方法, 围护结构设计, 照明和遮阳设计, 通风系统设计, 关键材料和产品性能, 防火设计, 施工工法, 被动式房屋的测试, 被动式房屋的认定条件, 各种建筑能耗转化成一次能源和CO2排放量的计算方法, 运行管理, 以及附录和条文说明。
图为:中方团队
图为:德方团队
编制本标准目的是要使设计人员尽快掌握被动式房屋的设计方法。被动式房屋要实现室内高舒适度的同时, 能耗是中国普通节能建筑1/4~1/10。被动式方屋在许多方面不同于普通的节能建筑。比如:它即要限制采暖制冷能耗又要限制负荷, 要同时控制采暖、制冷能耗还要限制总能耗;能耗要用一次能源做为指标等等。编制组人员力图系统完整地将被动式居住建筑如何做设计用标准规定出来。
1 新概念的引入
被动式房屋涉及到比较多的新概念, 譬如被动式房屋、一次能源、一次能源系数、超温频率、可见光透射比、透明材料的太阳能总透射比、玻璃选择性系数、热 (冷回收率) 、防水透气膜、防水隔气膜、太阳高度角等等。这些新的概念是掌握被动式房屋设计的基础。本标准对于一些不常用的术语, 如低辐射玻璃、太阳总辐射、环保工质、潜热等等也做了说明。本标准对33个术语作了详细的解释。
2 被动式房屋的基本设计原则
遵守被动式房屋的基本设计原则是实现被动式房屋的基础。被动式房屋要符合紧凑型设计、自然通风要求、自然采光要求、充分利用太阳能、气密层设置和房屋使用节能产品的基本要求。本标准根据河北省地区特征规定了外围护结构的限值、新风量、隔热设计、防潮设计, 以保证被动式房屋的热工性能和能耗指标均符合被动式房屋的要求。
3 规定了被动式房屋的计算项目
我国设计人员往往忽视建筑热工计算。这会造成设计方案本身会发生结露、室内温度不均衡和夏季自然通风状态下室内温度过高和能耗超标等问题。标准规定了对被动式房屋应进行热工计算、采暖与制冷负荷和能耗计算, 以及总一次能源估算。热工计算包括冷凝防潮计算和隔热计算。采暖与制冷负荷和能耗计算包括采暖需求及其一次能源计算、采暖负荷计算、制冷需求及其一次能源计算和制冷负荷计算。其中总一次能源估算包括采暖、制冷、通风、生活热水、照明和家用电器的一次能源需求估算。
4 计算方法
本标准的热工计算方法按照《民用建筑热工设计规范》GB 50176规定的计算方法验算。包括内部结露计算、热桥表面温度和结露计算和在房间自然通风的条件下, 房屋屋顶和东、西外墙的内表面的最高温度计算。
本标准的采暖与制冷负荷和能耗计算按照现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736的规定进行。特别需要指出的该规范规定了计算原则, 并没有逐一给出计算公式。被动式房屋由于其基本的设计原则使得计算项目变得清晰可公式化。譬如, 被动式房屋的无热桥设计原则, 使得建筑传热可以按二维考虑;完整的气密层规定原则, 可以只计算新风换气和开启外门进入空气的能量损失, 而不考虑门窗的其它渗漏损失。
还需要指出的是, 被动式房屋要求一年四季均处于舒适状态, 即该采暖时就要采暖, 该供冷时就要供冷。所以不能以政府规定的采暖日期进行计算。本标准选择了大致比规定的采暖期前后延长了两周做为采暖的计算起始时间。
被动式房屋需要对总一次能源需求进行计算。其计算项目包括采暖、制冷、除湿与通风、生活热水、照明和家用电器一次能源需求。本标准规定了除湿与通风、生活热水、照明和家用电器的一次能源需求估算值。
6 一次能源的引入
本标准引入了一次能源的概念并引入了一次能源系数。用一次能源来计量能源消费可以引导人们真正追求降低化石能源的消耗。一次能源系数参考了我国现有火电等价折标系数和目前德国和欧盟的标准制定的。
7 围护结构设计和关键节点部位的构造规定
被动式房屋的围护结构在设计时就要满足不同于传统节能建筑的规定。这种规定使设计人员有最基本的规律可依。如非透明外围护结构传热系数、透明围护结构必须遵从传热系数、玻璃的太阳能总透射比和玻璃的选择性系数的规定等。
标准规定了不同于传统节能建筑的被动式房屋的关键节点构造。如:在屋面和外墙保温层靠近室内的一侧宜设置防水隔气膜, 在靠近室外的一侧宜设置防水透气膜;外窗宜紧贴结构墙外侧安装, 外窗与墙体之间的缝隙应采用耐久性良好的密封材料密封、没有窗墙比要求等等。这样的规定可以避免设计人员常犯的设计错误。
8 照明和遮阳设计
不同于一般建筑, 设计人员在进行被动式房屋设计时要进行采光设计, 以充分利用自然光照明, 达到降低照明的用电目的。因为被动式房屋专用窗非常昂贵, 采光设计往往决定了窗户的面积。同时遮阳的设计规定要求设计人员考虑到夏季和冬季的太阳能入射角度, 以达到充分利用太阳能而又尽可能避免夏季太阳造成的冷负荷。
9 通风系统的设计
与普通建筑不同的是被动式房屋必须要采用高效热回收通风装置。本章节对通风系统的布局、管路、新风量、热回收率、过滤等级进行了规定。对空调系统的功能、室内气流组织、风速、送风温度、能效比、环保工质等做了规定。
1 0 关键材料与性能的规定
被动式房屋有良好的耐久性, 其应用的材料和产品也必须满足较高水平的性能和耐久性要求。本标准对关键性材料的性能做出了明确的规定。性能指标要比其它标准中的规定严格。这些材料包括屋面和外墙用防水隔气层的防水隔气膜、外墙外保温系统的各种材料和产品、外围护门窗洞口的密封材料、屋顶金属扣板和窗台金属板的性能指标、地下室顶板天花板保温用岩棉板。特别指出的是, 考虑到我国目前节能建筑和建筑节能材料的市场现状, 本标准规定了门窗用防水隔气膜和防水透气膜及外墙外保温系统必须由系统的供应商供应。
1 1 防火设计
被动式房屋通常有较厚的保温层。一旦保温材料性能达不到要求, 在火灾发生时会产生灾难性后果。本标准对防火设计构造材料性能、工法做出了详细的规定, 其标准要严于国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定。基本的出发点是, 在施工电焊时不会引燃保温材料, 房屋在使用过程中一旦发生火灾, 不会产生致命毒烟, 使火灾可控制在一定范围内。
1 2 被动式房屋的测试与认定条件
人们迫切地需要知道房屋按照设计建造完成后是不是被动房屋。本标准给出了一个简单明确的方法即气密性测试, 以及测试结果的认定。采用的方法就是对被动式房屋必须进行气密性测试。房屋的气密性必须满足≤0.6/h, 即在室内外压差为50Pa条件下, 房屋每小时的换气次数。这种检测即简单又能反映问题。两个示范项目的结果表明, 一旦这个测试通过, 则室内环境一定能满足设计要求;如果测试通不过, 则一定是材料或是施工中出了问题。这种检测还帮助人们找到建造中的薄弱环节进行整改, 提高房屋的整体质量。
1 3 各种建筑用燃料的CO2排放量计算方法
为了引导人们了解和掌握房屋的CO2排放的计算方法, 引导人们使用清洁能源。本标准给出各种建筑用燃料转换成一次能源和CO2排放量的计算方法。这里包括标准煤、原煤、天然气、液化石油气、人工煤气、汽油、煤油、柴油、木材、固体生物燃料。
1 4 完整的数据库
本标准提供了供计算使用的完整的数据库。其中包括河北省石家庄、保定、秦皇岛、张家口、唐山、承德、丰宁、邢台、衡水、廊坊、沧州总计11个城市的全年逐时计算温度、夏季、冬季的太阳高度角、四季计算用太阳总辐射照度、日平均相对湿度表、外窗遮阳板夏季、冬季单位影长表、人体散热系数表、照明散热系数表、设备和器具等散热系数表。
1 5 对国内尚无标准依据材料性能的处理
被动式房屋涉及到屋面和外墙用防水隔气层的防水隔气膜、外围护门窗洞口的密封材料某些性能指标国内尚没有相关的标准规范可参考。本标准将这些性能在条文说明中介绍了相关的国外指标。
16相关标准的引用
本标准引用了国内31个标准规范。涉及到建筑设计、建筑材料、房屋部品材料检测方法等等。编制组的指导思想是:利用现有的国内标准规范来达到设计建造被动式房屋的目的。
德国能源署 (dena) 和瑞典驻华大使馆环境科技中心 (CENTEC) 对本标准的给与了技术支持。德国能源署对本标准逐条进行审阅, 提出许多宝贵的意见。
部科技发展促进中心将英文版本特别发给了被动式房屋发明人瑞典Bo Adamson教授。Adamson教授提出了被动式房屋运行管理的重要性, 为此本标准的增加了这部份的内容。
被动式节能设计 篇7
保障性住房是政府为中低收入住房困难家庭所提供的限定标准、限定价格或租金的住房, 既要做到高质量、低成本、最大限度地体现保障性住房的特点, 又要使每个楼盘有较好的品质。故而保障性住房并不完全等同于一般商品房的建设项目, 控制经济成本成了推广保障性住房的重要考量因素。类似太阳能光伏电板、风力发电、中水回用等节能技术往往限于高昂的成本而不适宜于在保障性住房中应用, 反而被动式节能技术成为保障性住房的一个很好选择。
所谓被动式节能设计就是指通过对当地地理位置、气候条件、文化和生活特征的分析, 将建筑设计与建筑微气候, 建筑技术和能源的有效利用相结合的一种建筑设计方法, 而非利用设备达到减少用于建筑照明、采暖及空调的能耗。被动式节能设计的具体内容包括建筑朝向、建筑保温、建筑体形、建筑遮阳、最佳窗墙比、自然通风等, 尤其在中国这个人口众多, 人均资源相对贫乏的国家推广被动式节能设计有着重大的意义。
1、项目分析
我们接手的保障性住房项目位于广西南宁, 占地面积约30.63亩, 项目用地性质为居住用地, 容积率不超过2.3, 并要求有10%的商业配套面积。项目定位为保障性住房, 主要建设公租房。甲方要求提高户型使用率, 适应家庭全生命周期变化需求。
1.1 地理位置分析
南宁地理位置优越, 自然条件得天独厚, 满城皆绿, 四季常青, 长久以来形成了“青山环城、碧水绕城、绿树融城”的城市风格, 素来被形容为“半城绿树半城楼”, 是一个非常适合人居住的城市, 因此我们的设计对策是:在设计中注重对原有基地生态肌理的保护和绿化环境的营造。
1.2 区位分析
基地位于南宁市东南面, 位于F-24-2地块的中央, 南北面皆为规划中的城市居住用地, 地块狭长, 南北短、东西长, 东临, 西临东风路, 基底面积约为30.63亩。南防铁路从基地北面穿行而过, 对基地有一定噪音污染。因此我们的设计对策是:在设计中注重对于北面噪音的防治。
1.3 气候条件分析
南宁市位于北回归线南侧, 属湿润的亚热带季风气候, 阳光充足, 雨量充沛, 霜少无雪, 气候温和, 夏长冬短, 年平均气温在21.6度左右。冬季最冷的1月平均12.8摄氏度, 夏季最热的7、8月平均28.2摄氏度。年均降雨量达1304.2毫米, 平均相对湿度为79%, 主要气候特点是炎热潮湿, 尤其是七、八月份, 平均最高温度达到30~38℃, 且降雨量大。因此我们的设计对策是:设计主要应考虑建筑的隔热和通风, 并重点考虑被动式设计手法的应用。
1.4 项目定位
项目为南宁市的保障性住房, 其面临的最大问题就是如何在有限的空间条件下实现住宅使用空间最大化, 并使得使用空间具备可改造性;同时也要考虑对于建造成本的控制。面向中低收入群体的保障性住房设计和建造不仅要与我国整个社会经济发展水平相适应, 达到生活“基本可居”的居住标准, 还应以“持续可居”为出发点, 满足居住家庭在使用期间家庭人口结构和居住方式的变化。因此我们的设计对策是:在设计中注重在全生命周期内对保障性住房的利用, 采用框架+剪力墙结构, 住宅内部的墙体可以自由组合, 形成多样化的房型空间可能。尽量多采用被动式节能技术以降低初期建造成本及后期运营成本。
2、被动式设计在规划设计中的应用
2.1 空间布局
通过Ecotect软件计算出南宁当地的建筑最佳朝向, 以此为依据来进行空间布局。在平面上, 保障性住房以高层为主, 控制土地开发强度, 达到土地集约利用的目的。高层建筑沿基地南侧和北侧用地边界直线布置, 将地块巧妙地利用起来, 留出开放空间。南北侧高层建筑相互错开, 不仅有利于争取更长的日照时间, 也有利于建筑自身的自然通风。 (见图1)
地下空间运用光导管将室外的自然光引进到室内地下空间, 显著提高日光的利用效率, 改善地下空间环境质量, 全面提升使用的舒适度。光导管照明的光能利用率在97%以上, 室内均为漫射自然光, 光线柔和, 照度分布均匀且无需耗能。
2.2 资源循环利用
资源的循环利用也是规划设计的重点之一。在小区道路和广场铺装上采用透水铺装, 在小区中心绿地处采用下凹绿地、植草沟等, 促进雨水入渗, 减少城市洪涝灾害;建立水安全和水生态体系。
由于地块内的地形以坡地为主, 地势西北高、东南低, 高差最大处将近10米。因此在设计中考虑对坡地的利用, 采用余土回用、土方平衡, 减少土方开挖, 开挖余土通过建设工程回填、堆山造、制作再生建材等途径就地回用。
2.3 智慧交通
交通采取“人车分流、上下一体”的规划思路, 将行人和机动车从入口处开始完全分离, 互不干扰, 缓解小区交通压力。小区在中心绿地下方设置集中式的地下停车库, 与住宅的地下室相互连通, 住户可在停车后直接通过电梯进入住宅。 (见图2)
3、被动式设计在建筑设计中的应用
岭南建筑风格主要体现在对当地气候与自然环境的适应。通风散热是岭南地区建筑在自然条件中所要解决的主要矛盾, 反映在建筑上就要求总体布局和个体平面要开敞, 室内外空间要通透, 同时结合庭院绿化达到通风降温的目的。 (见图3)
3.1 底层架空
在建筑底层平面架空, 只预留核心筒和入口大堂, 为住户提供遮阳避雨的舒适性空间, 增强通风效果, 改善建筑微气候, 同时融合岭南庭院景观与室内环境相互交融, 即使在下雨天住户也能享受户外活动的乐趣。
3.2 垂直绿化
建筑的侧面采用垂直绿化, 在丰富城市景观的同时, 为住宅遮挡东、西两侧的直射阳光。其所积聚的热量通过垂直绿化与住宅之间露台的南北通风进行排热, 有效降低住宅能耗。
3.3 建筑退台
建筑从七层开始隔层退台, 除了消减建筑的体量, 减少前排建筑对后排建筑的日照影响外, 同时为了促进了人与环境的互动以及人与人之间的相互交流, 营造浓郁的岭南生活风情。出挑的观景平台有效的遮挡了住宅东西侧的阳光并为住户提供良好的空中景观。
3.4 架空屋面和屋顶花园
建筑采用架空屋面以及屋顶花园双重手法来对建筑的屋顶进行隔热。架空屋面的优点是构造简单且造价低廉, 利用架空层的空气流动带走热量, 起到夏季隔热降温的目的。开放的公共屋顶花园结合岭南庭院设计为住户提供多样化的交往空间, 同时也起到了良好的建筑隔热效果。 (见图4)
3.5 建筑外围护结构节能技术
在建筑外维护结构的节能设计中, 我们控制建筑的窗墙比, 避免使用玻璃幕墙。采用自保温外墙、在外墙内侧刷涂隔热涂料、屋顶绿化以及高性能LOW-E玻璃门窗等手段提高建筑外围护结构的隔热性能。
3.6 建筑遮阳技术
南宁属于夏热冬暖地区, 夏季炎热, 太阳入射高度角大, 日照时间长, 太阳辐射强烈, 因而建筑遮阳就显得尤为重要。在设计中我们利用建筑构件如阳台、连廊等构成建筑自遮阳体系, 结合建筑造型设计固定或活动的外遮阳体系。
3.7 建筑的隔声降噪
由于在基地北面有铁路通过, 因此在建筑设计时, 将建筑核心筒放置在北面, 采用外廊及部分内廊式布局, 利用核心筒的混凝土墙体以及以实墙为主的外廊来作为第二道隔音屏障 (基地北面的阔叶类植物作为第一道隔音屏障) , 而户门则作为第三道隔音屏障, 以此来隔绝噪音。
3.8 可再生能源利用技术
由于考虑到建筑的成本, 因此仅在建筑设计中采用集中式太阳能热水系统, 其集成化程度高, 集中储热有利于降低造价并减少热损失。
3.9 建筑节材技术
在建筑材料的选择上, 建筑主体结构的梁、柱、剪力墙、楼板主筋应尽量采用三级钢以上的高强度钢筋。在墙体、门窗等建筑材料选择上多选用钢材、铝合金、木材、玻璃、石膏等可循环材料。
3.10 房型设计
在保障性住房的房型设计上, 不仅在平面上考虑了南北向的通风, 在剖面上还考虑了垂直拔风的天井空间, 进一步加强了户型的通风效果。
在建筑的全生命周期内, 如何给某一户型空间提供更多的与周边空间连通的可能性成为设计的重点。在建筑结构体不变的前提下, 在保障性住房的设计中应多考虑平层连通的可能性。原则上不应该把保障性住房设计看成一个静态的建筑, 而应该看成是一个可以逐步成长, 容易转变的空间体系, 空间的变化尽可能小的受到阻隔。 (见图5)
4、结语
被动式节能设计 篇8
随着我国经济水平的发展, 人们对生活环境的要求越来越高。随之带来建筑能源消耗的不断增长。21世纪初, 建筑能源消耗的比例已超过29%, 与此同时, 资源紧张, 每个人都意识到节约资源的重要性, 开始关注建筑能源消耗。建筑节能分主动式和被动式, 所谓被动式节能技术, 是指通过建筑自身的布局、材料、做法等契合气候辅以高效采暖空调设备间歇运行达到舒适与节能的技术。它区别于主动式节能技术将室内空间与自然隔离, 再用高效节能的采暖空调设备创造人工宜人环境的做法;被动式节能采用的做法是尽可能因势利导, 充分利用现有的自然条件, 使建筑最大限度地适应周围环境。
1 我国公共建筑能耗现状
在我国, 公共建筑面积50亿平方米, 2600亿千瓦时的能源消耗, 2330万吨标煤。建筑面积5亿平方米的展厅的大型公共建筑, 约500亿千瓦时的电力消耗。在正常情况下, 我国公共建筑功耗只有48 (K W·hy (m2·a) , 但大型公共建筑的平均功耗却达到了112 (KW·h) / (m2·a) 。中国的GDP很低, 与发达国家相比还有很大的差距, 但是能源消耗和发达国家的相当。因此, 减少能源消耗已经成为刻不容缓的事情。如图所示:
2 公共建筑被动式节能策略
充分利用被动的公共建筑节能设计策略是非常有效的一个方法, 也是满足当前绿色节能建筑设计的基本要求, 详细分析, 一个被动节能策略有效的应用价值主要体现在以下两个方面:
(1) 营造了舒适、健康的室内环境, 相比于密闭门窗、空调连续运行的公共建筑, 被动式节能策略通过合理布局组织为室内提供新鲜、清洁的自然空气, 改善室内空气品质, 有利于人的生理和心理健康, 满足人们心理上亲近自然、回归自然的需求。
(2) 符合人们的传统生活方式和习俗, 人们习惯早晨开窗换气, 冬季晴天晒太阳, 被动式节能建筑综合利用自然通风和被动采暖等措施为人们建立方便、惬意的生活模式, 同时降低对机械设备的依赖, 达到降低能耗的目的。
笔者针对我国公共建筑节能现状对其中的被动式节能策略的应用进行了分析, 具体如下:
2.1 被动节能规划
规划布局应采用有利于接收或遮挡太阳辐射的被动节能规划, 利用规划有利于夏季主导风向通风或防止冬季建筑外表面散热过快, 增加或降低湿温度。
建筑规划布局使建筑与夏季主导风向的投射角不大于45o;公共绿地的空间形态布局有利于夏季主导风的气流通风组织;建筑物的间距满足不同气候条件地区的规定要求;要求建筑南北朝向布置, 尽量避免夏季西向日晒, 利用自然通风降温;避免冬季主导风向, 减少建筑外表面热损失。通过被动式规划布局, 达到节能的目标。
2.2 严格控制建筑体型系数
建筑体形宜规整紧凑, 避免过多的凹凸变化。建筑体型系数对单位建筑面积采暖耗热及空调能耗, 影响很大, 体型系数越小, 耗热量越小, 严寒、寒冷地区建筑体型系数应控制在0.4以下。
2.3 室内对流通风
通过在设计时对建筑形体及外门窗位置的考虑, 使建筑两侧产生正负气压, 有利于建筑的自然通风;通过对室内空间布局及门与通道的考虑, 在建筑内部形成空气对流, 使入室气流能流向工作区及人体高度的范围;利用天井、楼梯间等增加建筑内部开口面积, 便于引导自然通风;利用热压原理, 用通风塔、中庭等产生烟囱效应实现通风换气;
2.4 自然采光和导光的被动节能
为了节约建筑公共区域人工照明的能耗, 设计时考虑足够的天然采光。地上空间尽量避免建筑进深过大, 设计时每个房间都要有自然采光, 同时考虑好避免炫光, 以免设置了自然采光, 还是被迫拉上窗帘, 采用人工照明, 增加能耗。地下空间可以采用下沉庭院、采光窗井、导光设施等为地下室天然采光。
2.5 遮避与利用太阳热能的被动节能
建筑坡屋面采用太阳辐射吸收率小于0.7的浅色饰面, 平屋面采用太阳辐射吸收率小于0.5的浅色饰面, 或采用绿化屋面, 降低建筑屋面表面温度, 减少能耗;建筑外墙采用太阳辐射吸收率小于0.6的浅色饰面, 减少外围护结构吸收得热, 有利于空气系统节能。
根据不同区域的日照条件, 在建筑合适的方位布置太阳能板装置, 解决建筑的用电用热水事宜, 节省电耗, 达到节能目的。
2.6 建筑构造高气密性的被动节能
公共建筑通过本身的构造做法达到高效的保温隔热性能, 并利用太阳能和电气设备的散热为室内提供热源, 减少或不使用主动供应的能源。具体建筑构造措施如下:采用全封闭外围护结构, 地下室、女儿墙、阳台地面楼板全封闭外保温;加厚外墙屋面围护结构的保温隔热层厚度或采用复合保温墙体, 一步达到节能75%以上要求;增加外窗的气密性和隔热性, 采用中空节能玻璃;杜绝热桥发生的可能性。
2.7 屋面热反射覆土技术的被动节能
屋面采用热反射材料和覆土种植绿化, 能很好的阻隔外界不利环境对室内环境的影响, 达到节能降耗的目的。如今, 大型体育场馆建筑一般都是集中规划布置, 很容易产生热岛效应, 带来建筑能源消耗的增加。为了避免能耗过大, 建筑设计使用浅色的屋顶材料, 形成热反射。同事对屋面进行覆土绿化, 夏天降低室温, 和普通建筑相比, 绿化屋顶的温度下降大约在6℃, 室内温度也降低了3℃。夏天绿色屋顶的冷却效果, 便可以减少空调的能源消耗, 达到环保和节能的目的。
3 结语
被动式建筑节能是我们降低建筑能耗的第一步, 也是人性化节能的第一步。它不依赖先进的机械设备, 不是把建筑和周围自然环境完全的隔绝, 而是借助有利的周边环境, 让其为建筑本身节能减耗。给人类提供的是一个自然健康的大型办公活动场所。相信随着建筑材料科学和构造措施的不断进步, 建筑节能将更侧重于被动式节能, 通过和环境的完美融合, 达到人与自然最终的和谐共处。
摘要：建筑节能分主动式和被动式, 所谓被动式节能技术, 是指通过建筑自身的布局、材料、做法等契合气候辅以高效采暖空调设备间歇运行达到舒适与节能的技术。它区别于主动式节能技术将室内空间与自然隔离, 再用高效节能的采暖空调设备创造人工宜人环境的做法;被动式节能采用的做法是尽可能因势利导, 充分利用现有的自然条件, 使建筑最大限度地适应周围环境。笔者针对我国公共建筑节能现状对其中的被动式节能策略的应用进行了分析。
关键词：被动,节能策略,建筑,生活,环境
参考文献
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