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阳光与风_被动式节能设计实践初探

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建筑节能 阳光与风—被动式节能设计实践初探郭　飞,　路晓东,　孔宇航(大连理工大学建筑艺术学院,　大连　116024)

【摘　要】　被动式节能设计的思想对于降低建筑能耗,改善建筑环境有着重要的意义,文中初步探索利用近年来发展迅速的软件模拟技术,提高被动式节能设计的分析效率,加强其设计。【关键词】　生物气候学;设计实践;软件模拟【中图分类号】　TU20115 【文献标识码】　B 【文章编号】　1001-6864(2009)07-0104-02

SUNANDWIND—APRELIMINARYRESEARCHONPASSIVEENERGYEFFICIENCYDESIGNPRACTICE

GUOFei,　LUXiao2dong,　KONGYu2hang(SchoolofArchitectureandArt,DalianUniversityofTechnology,LiaoningDalian116024,China)

Abstract:Passivedesignideologyisofgreatimportancetoreducebuildingenergyconsumptionandim2provebuiltenvironment.Thisresearch,combinedwithdesignpractice,explorespreliminarilytheapplicationofthefast-developingsoftwaresimulationtechnologyinrecentyearstoraisetheefficiencyofpassiveenergyefficiencydesignandtostrengthenitsguidancetodesignpracticeatthesametime.Keywords:bioclimatology;designpractice;softwaresimulation

[基金项目]　国家自然科学基金项目(50778030) “被动式节能设计”的来源是英文的“passivedesign”一词,强调的是建筑对气候和自然环境的顺应、适应之意。具体来说,在规划建筑设计的过程中,根据场地及区域气候特征,遵循建筑环境控制技术基本原理,综合建筑功能要求和形态设计等需要,合理组织和处理各种建筑元素,使建筑物减少或者不需要对空调设备的依赖,而本身具有较强的气候适应和调节能力,创造出良好的建筑室内外环境。“被动式设计”与“主动式设计”(activedesign)是一对相对的概念,后者通过建筑设备对建筑施加能量来维持建筑的舒适条件,而前者通过建筑本身的合理设计和调节来达到目的。随着计算机软件技术的不断进步,软件模拟技术成为新兴的节能设计策略的分析工具。以往被动式节能设计所有的分析表格、图表等工具,均可利用软件生成并将结果数据化、图形化,得出的结论为建筑师进行设计时提供决策的依据,已变得越来越普遍,改变了建筑师运用被动式设计策略多依赖经验判断,其效果难以确定的局面。大连理工大学建筑艺术学院建筑物理实验室近来通过综合运用ECOTECT气象分析工具、CFD模拟软件等工具,在一些设计实践中,有针对性地分析地方气候数据以得出相应的设计策略,作为方案调整和优化的依据,将建筑结合气候的节能设计思想从方案伊始阶段开始贯彻,有力地提高了方案设计的技术含量,推动了跨学科、多专业融合,将以人为本的设计原则落在实处。1　阳光与风的综合设计如果把规划、建筑设计、围护结构及细部的设计等,看作是建筑师利用被动式策节能设计实现良好室内外环境的主要工具,那么风和阳光这两项最主要的气候要素就是被动式节能设计要利用的主要资源。影响人体热舒适度的六个要素中,活动强度和衣着两项是建筑师无法干预的,而温度、湿度、平均辐射温度、风速四项可调节的对象,归结到气候要素,起决定性作用的就是风与阳光两项,它们不仅决定了场地的局地气候环境,更是室内热环境形成的基础条件。被动式节能设计主要通过阳光和风这两个资源在场地以及室内环境的分布和强度来调节微气候环境。太阳辐射热是建筑热过程的主要热源,也是建筑热环境当中最主要的影响因素,是居住区室外空间和建筑内部气候形成的重要条件。研究表明,室外热环境的舒适度起决定性作用的是太阳辐射,因为它的强弱程度很大程度上决定了环境辐射温度以及湿度的大小,大量研究表明,阴影处的空气温度、环境辐射强度要比太阳直射下低16～26℃[1]。而对于室内环境,夏季进入室内的太阳辐射是热量的主要来源之一,也是空调的主要负荷之一。而冬季,良好的日照条件是进行室外活动的必要条件,明媚的阳光会对人们带来温暖舒适的感觉和积极的心理感受,吸引人们进行室外活动,因此有着充足阳光照射的绿地和广场可以延长人们在室外活动

401低　温　建　筑　技　术2009年第7期(总第133期)的季节和时间。冬季防风对城市与建筑防寒的意义十分重要。对于室内风环境而言,在冬季,入侵室内的风速超过0.2～0.25mΠs以上时,人就会感觉不舒服。防风设计需要避免冬季室外风速过大,在场地北向布置较为封闭的建筑,并且注意不要将室外活动空间布置在受到寒风影响的地方。除了利用周边式的布局以防风外,还可以利用建筑物的适当布置形成围合,降低风速。在建筑物高度的1.2倍距离内,可以对风速起到明显的阻挡作用,可以将较高的建筑布置于冬季主导风上风向,减少寒风对后排建筑的影响。夏季时段,加强自然通风对改善室内外环境的舒适度有着重要的作用。夏季实现自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度,带走热量达到人体舒适。自然微风的吹动,还会带来新鲜空气,使人产生愉悦感,人只有在一定的风速环境中才会产生爽快感。例如在气温30℃的环境当中,空气的相对湿度是40%～50%,平均风速在3mΠs以上时,人就不会感到很热,然而在相同的温度条件下,相对湿度达到80%以上时,人就会产生闷热的感觉,体弱者甚至会出现中暑现象[2]。室外环境不同于室内,基本上是完全的被动式设计,所依靠的动力和能源只能依靠气候资源本身,因此创造良好的室外环境,需要通过对建筑形态和规划设计的方法,有目的地利用微气候资源,避免不利微气候资源,按照阳光和风环境的规律设计,使这两项影响室外环境舒适度的重要要素合理分布于室外环境。两者的整体性综合分析可以利用麦克哈格的“千层饼”分析法。即把不同的气候因子如温度、湿度、太阳辐射、采光、通风等等按照不同的图层叠加分析,再按照其对室外舒适度的影响程度分类,从而比较准确直观地分析场地内环境的设计策略,以创造最佳的微气候环境,据此有针对性地进行喷泉蒸发降温、乔木、草坪等不同室外环境的规划设计策略。2　被动式节能设计实践盘锦市八里居住小区控制性详细规划是由大连理工大学建筑与规划研究所承担的规划项目,原为棚户区位于盘锦市兴隆台区西南部,小区规模较大,其用地面积为43.6公顷,总建筑面积78万m2,共分为A～E五个组团,以高层及小高层住宅为主,并有配套商业、幼儿园、会所等建筑。规划居住总人口约为1万人左右。2.1　气候条件分析辽宁省盘锦市位于辽河平原的最南端,属暖温带大陆性半湿润的季风气候区。其气候特点主要特点为“四季分明、雨热同季”。冬季在来自东北的冷空气团的长期控制下,降水稀少,空气干燥,气温较低。最冷月份为1月,月平均温度-7～8℃,最低温度可达-20℃。冬季的空气含湿量较低,属于“干冷”天气。因此冬季的防寒保暖显得十分重要。因此对于风环境设计,盘锦市的设计策略应当是:“夏季通风,冬季防风。”由于冬季寒冷甚于夏季炎热,“防风”比“通风”更重要,因此设计重点是风的“防”。2.2　风与阳光环境模拟分析盘锦市属季风气候区,冬夏季风速均较大,夏季以南到南偏西风向为主,室外平均风速3.3mΠs,冬季以北到北偏东风向为主,室外平均风速2.9mΠs。利用CFD模拟工具NIST

FDS,以中国建筑热环境专用气象数据集提供的资料为依据,首先针对八里居住区的风环境进行模拟分析。模拟结果显示,冬季条件下居住区内北侧、东侧较为封闭的建筑形态,有效地遮挡了进入基地内部的主导风,为降低整个小区内部的风速起到了良好的遮蔽作用。但是由于北侧组团采取了围合式布局,使得冬季寒风在围合式的组团当中形成了聚集现象,因此方案对组团采取了调整,设计一些风的通道及开敞空间,可有效降低北侧组团庭院内部的风速。夏季条件下南侧比较开敞的形态对引风入区起到良好作用,但是由于受到组团北侧高层住宅较为封闭体量的影响,组团的通风环境较差。因此对方案进行调整,增加组团北侧高层住宅之间的通道,使之更加开敞,最后可有效改善北侧组团的通风状况。冬至日日照小时是居住区设计所必须满足的基本要求,

利用千层饼分析法,将日照小时模拟结果与风环境模拟结果叠加,采取同样的网格划分整个小区,得到的结果可以综合评价室外冬季环境。即风速高、阳光照射时间短的区域,其冬季室外热环境舒适度是比较差的,绿化配置设计应考虑防风措施,减少不利风的影响;反之其室外热环境比较舒适,适合进行室外活动,可以增加硬地、座椅等活动场地及设施。3　结语节能设计策略的运用离不开特定地区气候环境的制约。被动式节能设计紧紧抓住地方的气候特点,采取适应气候、利用气候资源的设计策略,综合运用各种节能设计手段,不仅有利于在目前节能目标基础之上更进一步,也有利于居民健康,满足亲近大自然的心理需求。建筑是百年大计,加之目前中国居民生活水准提高迅速,对于居住的舒适、健康要求也越来越高。被动式节能设计是将人的舒适与健康、建筑设计、建筑技术相联系的研究,

主张发挥建筑师主观性,采用通过先进合理的节能技术来提升建筑的品质、价值及耐久性,实现健康舒适的建筑。

参考文献[1]　ArvindKrishan.ThehabitatoftwodesertsinIndia:hotdrydesertofJaisalmer(Rajasthan)andthecold-dryhighaltitudemountainousdesertofLeh(ladakh)[J].Energyandbuildings,1996,23:217-219.[2]　宋德萱.建筑环境控制学[M].南京:东南大学出版社,2003.

[收稿日期]　2009-05-03[作者简介]　郭　飞(1980-),男,辽宁大连人,工学博士,讲师,研究方向:建筑节能。(编辑　陈　伟

)

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501郭　飞等:阳光与风—被动式节能设计实践初探

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主动及被动式节能

主动及被动式节能

吸入首 先进入主卧和起居等房间，污浊 空气被为从了卫减生少间水和消厨耗房，排雨出水，被同收时集通起过来 热用循于环冲交刷换厕器所，、使花新园风和被冲旧洗风其加他热，。尽水通 可过能屋减顶少太通阳风能热加损热失 器。被加热，如果热水
需求较高，会补充天然气加热。在这个
消耗量上，传统房子一年需要天然气
1500-2500 升，而被动式节能住宅只
式方法达主不讲到建人筑：使唐用要甜求的时候，
才由设备工程师加以主动式设计的 辅助和补充。
计
外的墙体保温隔热的必要性 。由于墙体
节能材 料相对于普通墙体价值较昂贵，
因此，现在一般只用于建筑埋层管面技上术，环保绿 色地的源设热计泵理系念统，利无用疑地是下对土当壤下巨我国 建筑大行的业蓄自热身能的力一，个冬促季动，。地按源照绿 色建把筑热的量标从准地，下成土都壤来中福转士移项到目中 运用建了筑地内源，热夏泵季供再热把和地制下冷冷系量统、 热回转收移系到统建、筑冷内热，水形蓄成藏冷、热中循水回 用、环屋。顶这与就裙为楼整绿个化建、筑就的地提取供材、 太阳一能定等的可能再量生保能障源。的利用等节能 2地环同井 可板建保时供回采筑措成热收低暖内施都和雨温，部。来制水水福冷，采优媒士，天用势辐广广然低及射场场草温其地由中地水明板巨和4媒显采6大睡8辐，暖的莲个射节池带地塘来热
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3
内部平面 设计
制冷利的用要建求筑。内空间温度分区法，以及 利用风压原理实现室内自然通风组织
4
立面的节 能设计
用窗墙比设计，围护结构保温隔热技 术，建筑遮阳技术，绿色建筑材料与建筑 工业化技术实现立面节能设计
主动式建筑节能
浅论建筑设计中被动式节能方法

浅论建筑设计中被动式节能方法

浅论建筑设计中被动式节能方法发表时间：2018-08-21T14:09:23.203Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第6期作者：文涛[导读] 将在这种方式应用于住宅建筑设计中，能够有效降低建筑物的能源消耗，对于我国可持续发展战略的贯彻落实具有重要意义。

摘要：所谓的被动式节能，就是在建筑设计的过程中充分考虑该地区的气候特征以及地质环境，有效利用自然能源，最大限度减少对机械设备的依赖。

将在这种方式应用于住宅建筑设计中，能够有效降低建筑物的能源消耗，对于我国可持续发展战略的贯彻落实具有重要意义。

关键词：建筑设计；被动节能；设计方法1、主动与被动节能方式的特点根据能源利用方式的不同，建筑节能可以分为主动式节能和被动式节能两种。

主动节能是使用各种非常规能源的采集、储存、使用等相关装置完善强制能源系统，进而取代常规能源的使用。

这种方式需要一定数量的常规能源，一次性的投入费用较高，技术难度大而且维修管理复杂，具有高投资、高技术特点。

被动式节能是通过对建筑朝向、周围环境的优化布置、内部空间和外部形体、色彩等设计，达到建筑节能降低能耗的目的，特点是低投资、低技术。

2、被动式设计在建筑设计中的应用2.1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，同时融合当地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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

被动式建筑的节能设计如何优化

被动式建筑的节能设计如何优化

被动式建筑的节能设计如何优化在当今全球能源危机和环境问题日益严峻的背景下，建筑行业作为能源消耗的大户，其节能设计的重要性愈发凸显。

被动式建筑作为一种高效节能的建筑理念和技术体系，正逐渐受到广泛关注和应用。

被动式建筑通过充分利用自然能源和优化建筑设计，实现了大幅度降低能源消耗的目标。

那么，如何进一步优化被动式建筑的节能设计呢？首先，优化建筑的朝向和布局是至关重要的一步。

合理的朝向能够最大程度地利用太阳能。

在北半球，建筑物朝南可以获得更多的冬季阳光，减少采暖需求；而在夏季，通过适当的遮阳设计，可以避免过多的太阳直射，降低制冷负荷。

同时，建筑的布局也应该考虑到自然通风的因素。

合理安排建筑物之间的间距和开口位置，形成有效的通风通道，促进空气流动，带走室内的热量和湿气，减少对机械通风设备的依赖。

窗户的设计在被动式建筑节能中起着关键作用。

窗户不仅是采光的通道，也是热量交换的重要部位。

选择高性能的窗户材料，如双层或三层中空玻璃，填充惰性气体，能够显著提高窗户的保温隔热性能。

窗户的面积和位置也需要精心设计。

在保证充足采光的前提下，控制窗户面积，避免过大的窗户导致过多的热量损失或得热。

对于不同朝向的窗户，应根据太阳辐射的特点进行差异化设计。

例如，南向窗户可以适当增大，以充分利用太阳能，而东西向窗户则需要加强遮阳措施，减少夏季的太阳辐射。

保温隔热是被动式建筑节能设计的核心要素之一。

优质的保温材料和合理的保温构造能够有效地阻止热量的传递。

在外墙、屋顶和地板等部位，采用高效的保温材料，如挤塑聚苯板、岩棉等，并确保保温层的连续性和完整性。

同时，要注意避免热桥的出现，热桥是热量容易传递的薄弱环节，如墙角、梁柱等部位，需要进行特殊的保温处理。

良好的气密性对于被动式建筑的节能效果也有着重要影响。

通过密封建筑的缝隙和开口，减少空气渗透，可以降低采暖和制冷的能耗。

在施工过程中，要严格控制施工质量，确保门窗与墙体之间、管道穿过墙体处等部位的密封性。

建筑节能设计与被动式建筑

建筑节能设计与被动式建筑

建筑节能设计与被动式建筑随着全球能源危机的加剧，建筑节能问题越来越受到关注。

建筑节能设计是指利用科学的方法和技术，通过优化建筑的热、冷、光、风等资源利用，降低能耗，减少对环境的影响，提高建筑的舒适性和可持续性。

而被动式建筑则是一种能够最大限度地利用自然资源和自然环境来降低能耗的建筑设计理念。

建筑节能设计的核心思想是在设计初期就通过建筑的结构、材料、设备等方面实现节能。

常见的节能设计措施包括隔热、隔音、保温、通风、采光等。

隔热是建筑节能设计中的一个重要环节，主要通过改变建筑物的外墙、屋顶和地板的结构和材料，降低能量在室内和室外之间的传热。

隔音则是通过优化建筑结构和选择合适的材料，减少外界噪音对室内环境的干扰。

保温是通过选用保温材料和改善建筑的隔热性能，减少热量的散失，提高建筑的热工性能。

通风是指通过合理设计和布置建筑的门、窗、通风口等，使新鲜空气进入室内，排出室内过剩湿气，保持室内空气的新鲜和舒适。

采光则是利用室内空间的布置和选择合适的窗户和采光设备，最大限度地利用自然光源，提高室内的亮度和舒适度。

与建筑节能设计相比，被动式建筑更强调利用自然资源和自然环境来降低能耗。

被动式建筑的设计理念是在充分了解和利用建筑周围自然条件的基础上，通过建筑的朝向、采光、通风、热量积累等手段，实现最大限度地利用自然资源和环境来提供舒适的室内环境。

被动式建筑设计的一个重要原则是最大限度地减少能源的使用和浪费。

常见的被动式建筑设计措施包括确定建筑的朝向和布局，合理配置窗户和通风装置，利用建筑的质量和热容量来实现日照、通风和热量积累等。

建筑节能设计与被动式建筑设计在实践中有着密切的联系和相互补充。

建筑节能设计注重从建筑的结构和材料等方面实现节能，而被动式建筑设计则更注重利用自然资源和环境来降低能耗。

两者相辅相成，共同致力于提高建筑的能源利用效率和环境性能，实现可持续发展。

以绿建为例，绿建是一种以节能、环保、舒适为目标的建筑理念。