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被动式超低能耗建筑设计基础分析

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【摘要】被动式超低能耗建筑,主要是建筑缺陷、环境因素两个方面内容的有效结合,符合节能环保和绿色建筑的理念,不仅能为人们提供舒适的生活、办公环境,也能够减少能源消耗和环境污染。本文主要对被动式超低能耗建筑设计基础和实际应用进行了探讨,以期能够对促进建筑业的持续健康发展提供一定的帮助。

【关键词】被动式;超低能耗建筑;建筑设计基础

引言

随着经济水平的不断发展进步,人们对建筑的要求也越来越高,为了实现我国可持续发展的战略决策,改善原有的建筑设计方法,得出的被动式设计技术能够满足人们对建筑节能和环保的要求。由于被动超低能耗建筑的设计在我国应用时间还比较短,因此,在实际应用中存在一些问题。下文在介绍我国被动式超低能耗建筑应用实践的基础上,简要分析了其设计基础和实际应用。

1被动式超低能耗建筑设计的重要意义

现阶段,在市场经济快速发展的背景下,人们的生活质量和生活水平得到了极大的改善,人们对生活环境和工作环境的要求也越来越高。随着经济的发展和科技的进步,我国的建筑迎来了蓬勃的发展,但是因为建筑业对能源消耗量比较大,所以,建筑行业快速发展的同时,对各种能源消耗及对环境影响也越来越大。自实施可持续发展战略以来,我国对环境保护问题越来越重视,同时,通过调查研究发现,节能减排、环境保护以及可持续发展等,对于提高我国居民的生活质量有非常密切的联系。随着人们生活质量及生活水平的提高,现代人对环境质量的要求也在不断的提高,传统的建筑理念、模式和设计都已经不能满足现代人的需求。如果只是遵循传统建筑理念要求来进行设计,而没有把人们的理念要求融入到建筑设计中,不仅不能实质性起到环境保护的作用,也不符合当前我国全面发展的要求,所以,就有必要改进、创新建筑设计。基于这个原因,被动式低能耗建筑设计自从被提出以来,就受到了高度关注、重视,因为其符合节能环保、绿色建筑的概念,所以,得到了人们广泛的认可、接受。

2被动式超低能耗建筑的设计原则

随着城市化进程的不断加速,节能环保的概念已深入人心,而建筑行业一直是人们关注的焦点,建筑设计时如何确保建筑节能环保,已经成了设计师的必须要考虑的关键问题。被动式超低能耗建筑设计是基于建筑地区经济、文化和气候条件,使用环保的可再生能源来进行建筑设计。被动式超低能耗建筑设计能保证建筑的实用性、舒适性,同时还能实现节能环保的经济效益。被动式建筑设计的设计原则与以往的建筑设计理念不同。以往的建筑概念是人工控制环境,使用暖气、空调以及其它设备来控制环境,满足人们满意的室内热环境,不过主动控制消耗能源量大,隔绝室内和室外自然环境流通,长期在这种环境中居住会影响人体健康。被动设计技术的原理是通过自然能源为建筑物提供供暖和通风,使室内和室外的环境融为一体。如:住宅室内温度在18~26℃时人体舒适度最佳,我国地区的气候环境大多能够满足人们生活最适温度,通过室外太阳能升高室内温度,这不但能够使人们生活得更舒适,并能减少能源消耗,从而实现建筑低能耗。

3被动式超低能耗建筑设计基础分析

3.1气候环境分析

在被动式超低能耗建筑设计过程中最主要的是考察分析建筑环境,我国现有的建筑设计人员虽然有很多环境调查分析知识,但当前的实际应用中气候分析工具和定量计算方法还有很多缺点。在分析环境气候的实际工作中,通常使用表格分析法和图像影响分析法,从两种角度分析环境,进而得到人体热舒适范围。我国地大物博,各地环境差异十分明显,在分析环境舒适度时,这两种方法仍然存在很多不足,因此我国设计师必须要建立一套综合各地区气候、环境特点的完整的分析系统。

3.2室外自然气候精细化表征方法

除了分析建筑环境之外,被动式超低能耗建筑设计基础还包括从人体热舒适、建筑热环境的角度分析室外气候特征,用准确数字准确表达。目前我国已基本形成了适合国内气象数据准确描述方法,具体过程是:收集过去30年气候数据→整理气候数据(补齐残缺)→提取典型所需气候要素(包括干球湿度、日辐射、风速等)→分析平均干球湿度、风速、日辐射数据→CDF处理上面的气候要素→计算的气候要素长期累积分布函数和每月累积分布函数→结合上面的数据加权选择月份→格式转换后,输出典型年结果。这种方法表征室外自然气候,是被动式超低能耗建筑设计的基础。

3.3人体热舒适和室内微气候的关系分析

通常来说,建筑节能效果越好,室内微气候越接近人体的热舒适。因此,建筑设计时应分析人体热舒适和室内微气候之间的关系,这是被动式超低能耗建筑设计的另一个基本条件。因为气候的多样性,人体热舒适和室内微气候之间的关系应以季节变化为基础。

4在建筑工程中的应用

4.1保温隔热系统

在某供暖地区,广泛应用被动式超低能耗建筑设计,主要体现在保温隔热系统。(1)外墙保温采用B1级模塑聚苯板,厚度在200~250mm之间。这种材料的导热系数不大于0.032W/(m•K),在成分中具有红外吸剂,反热辐射、吸收能力比较高。在模塑聚苯板周围安装300mm宽的防火隔板,改善外保温层的耐火性能。(2)使用双层保温板,用粉聚苯颗粒保温砂浆填补密封地板缝。

4.2门窗系统

在建筑门窗系统中,最重要的是防水、保温、气密性,同时也是最难处理的,其能耗损失大约占总建筑能耗的30%。因此,当建筑工程采用被动式超低能耗设计理念时,应在门窗传热系统的设计中引入这一理念,并且还要考虑太阳能透射比等因素。为此,窗户可以使用PVC塑料材质,填充物使用高效发芯材料。窗玻璃采用真空复合玻璃,采用耐性更好的暖条代替传统的铝合金隔断,窗框和窗洞之间的间隙采用自粘预压自膨胀密封胶带。

4.3应用自然通风、采光

在被动式超低能耗建筑的设计中,采用自然通风、采光是最直接有效的节能措施。根据生态建筑标准,建筑通风、采光设计应该充分考虑自然条件,利用自然光营造良好的光线环境,适合人们生活、工作环境需求。我国大多数地区都是温带气候,充足的自然光为建筑照明设计提供充足的条件。自然采光设计,首先确定自然采光策略和基本方案,在此基础上选择玻璃材料、窗户材料,决定是否需要开窗,以及人工照明和自然采光结合的问题。例如:在某地区某建筑改造中,用铝制挡光板来吸引光源,同时反射太阳辐射,从而减少建筑能耗。

4.4阻断建筑热桥

在建筑工程中,因为建筑构件的保温层厚度等因素,存在着热桥现象,其主要体现在阳台的设计上。在被动式超低能耗建筑设计中,主体结构可以和阳台板分开,中间采用保温材料,厚度和墙体相似。或者把阳台门设计成内形式,门窗采用保温材料覆盖,也可改善建筑室内的隔热效果。

5结束语

随着社会的可持续发展被动式超低能耗建筑得以相应的发展,并且成为了一个前沿问题。实践证明,结合当地气候特征的被动式超低能耗建筑是可行的,可以有效地节约能源,传承区域文化。所以,应该大力推动、发展被动式超低能耗建筑的设计。未来的建筑将继续朝着“高效节能”的方向发展。被动式超低能耗建筑设计是一个复杂的优化过程,不仅需要考虑人体舒适度和自然气候,而且还考虑当地经济条件和文化背景以及当地生态环境和文化等各个方面。所以,在建立被动式超低能耗建筑设计系统的时候,需要解决人体的需求规律和室外计算条件,研发出可以协调各种因素的现代节能技术。

参考文献

[1]张晓露.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].门窗,2016(12):25.

[2]单波.被动式超低能耗建筑设计基础与应用研究[J].建筑工程技术与设计,2016(19):982.

[3]杨柳,杨晶晶,宋冰.被动式超低能耗建筑设计基础与应用[J].科学通报,2015(18):1698~1710.

作者:段达 单位:神农架林区规划建筑设计院

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