淺談被動式建筑技術在我國夏熱冬暖地區的設計策略

    一、引言

    現階段能源消耗嚴重，能源短缺已經變成整個社會發展當中的突出問題，同時也是全球可持續發展過程中所面臨的一個重要挑戰。在建筑工程當中能耗問題是一個亟須解決的問題，其中有效的節能施工可以有效緩解能源供應困難的問題，所以這就必須要在建筑施工過程中將建筑節能理念應用進去。目前建筑分為被動式與主動式兩種，主動式就是運用機械耗能帶來舒適的居住環境，但是能源消耗比較高；而被動式的則是運用自然氣候條件，讓建筑本身實現儲存能量的目的，實現生態循環，最終實現建筑節能。我國夏熱冬暖地區該類建筑才剛剛起步，所以探索其設計策略除了對我國建筑行業的發展有極大的現實意義之外，還是整個行業面臨的艱巨任務。

    二、設計困境與氣候特征

    1、設計困境

    在能源危機不斷加劇的形勢下，我們國家建筑節能等級日益提高，因此被動式建筑技術得到了一定優化，從目前國內市場需求來看，被動式建筑技術在未來幾年時間之中，將會在我們國家的居住和公共建筑區域當中被廣泛應用，會以整體建設的姿態走近到大眾的生活之中。這種建筑自身低成本與低技術，在建筑設計過程中主要是針對其平面、總平面以及立剖面等，并運用建筑的朝向，以及自然通風、遮陽、合理布置等設計方式來實現降低建筑能耗的目的。但是由于夏熱冬暖等地區受到了自身氣候條件的制約，所以其建筑室內在冬季的時候基本不需要進行采暖，但是在夏天的時候卻需要進行制冷，也就是要依靠空調去降低室內的溫度，因此能源消耗比較大。據相關部門統計，這類地區空調能耗占到了夏天總用電量的一半。現階段寒冷地區已經開始使用這種被動式設計，但是在夏熱冬暖地區這種設計才剛剛起步。所以探索其具體的設計策略已經勢在必行。

    2、氣候特征

    我們國家一共有五大氣候類型區，夏熱冬暖地區主要是在南部，即北緯27°以南，東經97°以東，包括有廣東、廣西、海南、福建以及香港、澳門、臺灣以及云南的一部分。在該區域之中長期都是夏天，冬季不明顯，年氣溫差異與日氣溫差異非常小，四季很潮濕，尤其是在夏季；其降雨量也是全國之首，沿海等地方多暴雨和臺風；日照相對比較小，太陽高度角比較小，太陽輻射比較強烈。所以在夏季的時候其建筑物都必須要具備防曬和通風的要求，冬季保溫通常都不考慮。在該地區其建筑重點是要進行太陽輻射的防范，其圍護結構必須要滿足基本的隔熱保溫效果，并且在表面上運用淺色進行粉刷；屋頂隔熱應該要重點考慮通風、蓄水以及植被等形式；必須要能夠連續通風，從而改善室內的熱環境。在具體進行設計的時候應該要將自然氣候特征作為重點，并以此分析對建筑能耗產生影響的各項參數，比如太陽輻射的強度、室外氣候以及風速風向等等。

    三、設計策略

    1、體形系數

    由于該地區其氣候相對比較特殊一些，所以在夏季的時候對于建筑通風要求往往都比較高一些，但是對冬季保溫要求比較低，因此對體形系數的要求也不是很大。與此同時，建筑還能夠通過高低錯落以及體塊穿插等形體，使其自身形成相應的陰影，進而減少太陽輻射，因此其形體可以比較復雜。

    2、間距

    對于建筑間距來說應該要綜合建筑的日照標準、布局等因素，同時將節能作為基本準則去確定。日照標準一般都是由日照的質量以及時間確定下來的。在夏季的時候，要防止接受強輻射的陽光；在冬季的時候，要能夠充分得到陽光的直射。

    3、朝向

    建筑本身的朝向對內部的影響也比較大，合理的朝向可以進一步降低能耗，還可以讓居住者感到更加舒適。在該地區的北回歸線附近，比較盛行東南風，而建筑在夏季的時候對于通風的要求又比較高，因此這就需要結合該地區的實際情況最大可能減少東西兩個方向的日曬。只有結合風向以及日照兩個因素才能夠推算出來該地區建筑的最佳朝向，即南北向。

    4、通風

    在該地區為了強化自然通風，建筑形體可以設計得更為開敞，同時給其周圍設置一定的綠化去進行導風。這一地區建筑經常都是通過底層架空，或者是設計出來開敞走廊的方式將建筑本身的通風能力提升上去，比如南方地區傳統的騎樓；在建筑之中還可以運用天井以及中庭等相關技術實現通風。由于該地區常年多暴雨臺風等極端天氣，所以在設計通風措施的時候還應該要重點考慮建筑之中的風速。

    5、采光

    建筑之中最關鍵的采光構件就是窗戶，所以窗戶對于室內采光的影響非常大。因為該地區本身太陽輻射非常強烈，所以運用窗戶對陽光的進入進行控制是非常合理的。在該理念之下，這類建筑基本都需要運用側窗，減少天窗的應用；同時窗戶周圍最好還需要設置相應的這樣設施，如果真是要使用天窗的話，那么其面積不能超過屋頂面積的20%。

    6、圍護結構

    圍護結構是建筑當中最關鍵的一項組成部分，同時也是被動式建筑設計的重點，良好的圍護結構能夠降低室外不利因素的影響，一般主要保羅屋頂、外墻、門窗等等。所以氣候不同，對于圍護結構本身的要求也有所差異。

    外墻：在圍護結構之中外墻占據的面積最大，所以對于建筑整體節能的調節有著非常大的影響。在這類地區，一定要重點控制墻體對于室內熱輻射，所以這就需要運用一些導熱能力比較弱并且熱惰性比較強的材料，例如加氣混凝土砌塊以及空心砌塊等等。外墻表面上還應該要涂刷可以吸收太陽輻射的淺色光滑材料。

    屋面：在該地區其建筑頂層的房間所受到的能耗主要受屋面隔熱的影響。其屋面節能效果的優劣，對于降低空調能耗和優化室內熱環境有著非常大的影響，同時這也能夠提升抵抗夏季時室外熱作用的能力。所以種植屋面應用比較多一些，它是當下建筑設計的主流，一般通過對屋頂進行綠化，進一步解決屋頂隔熱，另外其熱惰性比較強，具有良好的保溫效果，還可以降低建筑周圍環境的溫度，進一步調節城市氣候。這種屋面為了降低對屋面的負荷和整體造價，不應該選擇對覆土厚度要求比較高的植物。這種對于建筑結構的要求比較高，并且還需要長期進行澆灌和維護，所以可能會破壞屋面防水。

    門窗：在圍護結構之中門窗是傳熱最大的，熱損失占到了建筑總體熱損失的40%及其以上。所以這就需要選擇一些外窗傳熱系數比較低，同時遮陽系數比較小的玻璃，以此降低輻射傳熱。門窗面積越大，能耗就會越高，但是它作為一種重要的通風和采光構件，還不能太小。所以這就需要大面積開窗來實現自然通風，同時還要防止出現過多的太陽輻射。

    7、遮陽

    在該地區由于太陽輻射非常強烈，同時日照時間也都比較長，加強建筑遮陽能夠進一步阻斷直射陽光進入到室內，降低陽光暴曬。因此建筑設計師在設計的時候必須要依照窗戶的朝向去選擇不同類型的遮陽措施。一般南向的窗戶比較適合運用水平式的遮陽方式，去遮擋上方投射下來的陽光；北向的窗戶可以運用垂直式的方式進行遮陽，進而去阻擋側面斜射過來的光，而東面以及西南向的窗口比較適合運用綜合的方式去進行遮陽，具體的遮陽效果會比較勻稱一些；而東西向的窗戶則比較適合運用擋板的方式進行遮陽，這樣可以有效遮擋正方直射過來的陽光。

    8、太陽能

    這類地區日照的基本特征就是太陽能資源比較充分，同時太陽輻射相對比較強，所以太陽能技術有著極大的發展空間。在應用太陽能技術的時候就是運用相應的設施設備，把收集到的太陽能直接轉化成為熱能或者是電能，然后運用到建筑的能源供應上，比如太陽能光伏發電以及集熱就是運用的這種原理。太陽能集熱系統就是將收集到的太陽能直接轉化成為熱能，進而生產出來熱水等相關物質，運用到生活當中。光伏發電就是運用太陽能電池板把光能直接轉變成為電能。這些裝置通常在安裝的時候可以優先將其放置在建筑屋頂或者是南面沒有遮擋的外墻上面，這樣不但能夠有效利用太陽能，降低對其他能源的消耗，還能夠遮擋一部分的太陽輻射。

    9、水資源

    這類地區其常年雨量充沛，暴雨天氣比較多，即便這樣還是缺水，所以雨水收集系統就非常適合運用在這樣多雨少水的情況之中。對于雨水的收集一般可以運用屋頂或者是建筑周圍的場地進行收取，在具體收集的時候應該要進一步強化雨水與污水的分流措施，以降低污水給雨水造成的污染概率，最大程度上去合理運用雨水資源。雨水的回收利用可以最大程度上降低對淡水資源的運用，沒而起到節約水資源的目的。回收的雨水資源通常可以被運用到澆灌花園草地之中看，再經過處理之后還可以被運用到衛生間的沖洗等方面。

    四、結束語

    總的來說，目前建筑能耗量在不斷上升，節能問題受到了越來越多人的重視，而被動式建筑設計作為一種優秀的節能建筑典范，其中的各項理念也漸漸被大家所接受。在具體設計的過程中，通風以及遮陽是夏熱冬暖地區必須要考慮的重點，所以建筑設計師必須要通過對建筑的朝向、間距、形體以及通風和采光等多方面的處理，運用被動的方式，在實現節約能源的過程中，又給大眾創造出來舒適的工作和生活空間。

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    原標題：夏熱冬暖地區被動式建筑設計研究

本文來源：學術雜志網       文徑網絡數據中心：劉紅娟 尹維維 編輯      劉真 方俊 審核

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