被动式节能策略在住宅建筑设计中的应用
摘要:被动式节能具有技术难度小、投资低，在建筑节能设计中应用潜力巨大。本文论述了被动式节能原理及应用技术，并结合实例，介绍了被动式节能策略在住宅建筑设计中的应用，并分析了节能效果，为建筑被动式节能设计提供了很好的参考价值。
关键词:自然通风；遮阳；室内舒适性；节能效果
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
建筑行业是耗能大户，在我国资源能源短缺日益严重的形势下，发展节能型建筑是势在必行的。在国家大力提倡节能建筑、绿色建筑的大背景下，被动式节能设计技术引起我国广大建筑工作者的重视。被动式节能设计追求的是低能耗，其核心主要是以其低技术化、低成本降低建筑自身对于能源的需求，能够合理利用各种设计方法达到有效的降低建筑使用能耗的目的，是一项行之有效的节能技术，适合应用于节能建筑的建设当中。
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。
对于我省地区，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”。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
以传统民居―竹杆厝为例，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。
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℃；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。
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。这些简单易行的建筑特性均可有效实现建筑节能。
3 被动式节能策略在建筑设计中的应用
3.1 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，我们在某项目中，尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面（详图1)。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。
图1自然通风塔式住宅平面
3.2 户型通风模拟分析
为验证塔式住宅平面的通风性能，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2。
图2方案一风环境模拟色阶图
（风向偏东27度风力2.5米／秒）
从图2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。
表1人的舒适感与风速之间的关系
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3。
图3方案二风环境模拟色阶图
（风向偏东20°风力2.5米／秒）
从图3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4。
图4方案三风环境模拟色阶图
（风向偏东20度风力2.5米／秒）
图4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。
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（图5），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。
图5建筑适宜朝向分析图
4 节能效果评价
根据该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。
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)。
表22011年度可减少空调开启日节能效应分析表
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 结束语
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果。实践证明，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。
参考文献
[1] 邓勇.浅析被动式节能策略在公共建筑设计中的应用[J].浙江建筑,2010年05期
[2] 张辉.被动式节能建筑设计的探讨[J].科技风.2010年08期