公共建筑设计中被动式节能策略的有效运用分析

冯卫平，陈培超

（河南理工大学鹤壁工程技术学院，河南 鹤壁 458030）

近年来，我国经济水平高速发展，人民的生活质量逐步提高，在解决温饱问题后人民对生活环境的追求越来越高。所以，对于建筑资源的花销也逐渐增大。与21 世纪之初相比，我国的建筑资源费用提高了29个百分点。然而自然环境的逐步恶化与资源的紧缺，促使人们开始从各个方面进行环境保护建设。作为一名建筑设计专业的人民教师，察觉到了建筑资源节约型的必要性，并开始更加重视建设资源消耗。笔者根据中国公共建筑节能状况，对其中的被动式节能策略的运用作出研究和分析。

1 我国公共建筑能耗现状

中国作为一个人口大国，有大量的公共建筑，据统计我国公共建筑面积达到50 亿 m2，占全球公共建筑面积的33.5%，每年有2 600 亿kW 时的电能消耗，在正常情况下，我国公共建筑功耗只有48 [kW.h（m2.a）]，但大型公共建筑的平均功耗却达到了112（kW.h）/（m2.a），尽管我国的GDP 水平有很大程度的提升，但和发达国家相比还有很大的不足之处，在资源消费方面显得尤为突出。所以当前国内建筑业发展亟待解决的问题就是如何在满足人们日益增长的公共建筑需要的同时减少能源消耗。

2 被动式建筑节能

建筑中的被动型节能主要是相对于主动式节能来说，而主动式节能技术则主要是指利用现代的高科技手段，达到建筑能量重复使用、废弃物再利用、减少建筑设备能源目标的技术措施。比如：将太阳能发电技术应用于建筑照明，将收集的生活垃圾池通过生物技术形成沼气，再应用于建筑供热系统等。这种主动式节能方法虽存在着很大的可能性，但由于其技术上难点的问题，且成本投入者也相对较高，并具有一定的运行危险性，在实际建筑节能运用中性价比较低。而建筑中的被动型节能则主要指在施工前期的工作，经过对建筑物所在地周边环境的提前评价，科学的合理设计建筑物构造、合理规范建筑房间布置、合理有效使用建筑内部空间、精心选择建筑施工原材料。以达到建筑住宅及工作环境最舒适为最环保最节能的准则，进行建筑设计时的节能方针。下表1 详细明确了被动式节能设计中各项数据的要求。

表1 公共建筑反节能数据

3 土建工程绿色施工理念落实管理措施

3.1 绿色施工理念

当前国际上普遍对工程质量都会提出绿色施工的要求，此思想逐渐传播至国内，并作为中国工程质量的中心思想，此思想在实际施工中着重表现为在利用新科技、新工艺和材料的技术层面上，通过尽量减少对物资能量投入，尽量减少各种资源浪费，尽量减少对大自然的污染，创建无污染、无公害的公共环境，在降低施工成本的同时达到设计规划中的工程施工质量标准。

3.2 绿色施工理念落实管理措施

创新组织管理模式。对施工项目的管理要与时俱进，不能用老旧的管理指挥新式的建筑，特别是新兴的绿化理念，首先，绿色建设施工管理组织必须做好与施工单位、设计单位以及业主、承包人等利益双方的有效沟通交流，与此同时要与各方共同规划环保建筑的具体实施计划。第二，科学规范管理。土建工程建设项目绿化管理理念落实必须强化规范管理，在良好的城市规划范围内提高绿化水平。首先，建设项目规模形成，必须做好建筑设计单位、施工单位和业主单位等内部信息数据的合理传输，切实确保规划达到绿化建设规范和要求。其次，建筑设计单位还必须将建设项目中施工仪器运用、装饰建筑材料运用等方面作为统一的总体实施计划，加强市场化分析，并选用新的施工建筑材料、施工机械设备，以减少施工垃圾、噪音环境污染和固体废弃物环境污染。最后，明确管理责任，进行权益分派，岗位分配工作到位，各方面的合理配合，推动绿色经济管理理念有效贯彻。

4 公共建筑被动式节能策略

坚决贯彻被动式节能方式能够有效实现新型建筑的节能要求，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）为人们提供了干净卫生、舒适惬意的建筑风格，与传统的封闭门窗、利用空调等被动方式实现的建筑环境，以被动式环保策略采用合理布局组织，给公共建筑带来了清新、洁净的自然室内空气，对人们的身体健康有很大的益处，而且满足人们能够在建筑物内部亲身体验大自然，在心灵上回归自然的需要。

（2）符合人民的传统生活方式与风俗。早上打开门窗进行室内换气，天气晴朗时晒太阳是中国人民传统的生活方式，建筑物要充分考虑到建筑的实用性，被动式环保理念建造的建筑物，将自然通风与被动取暖有机地结合在一起，为人们实现节能环保与舒适性的双目标提供了有效途径，使人们的生活更加便利、惬意，同时降低对机械设备的依赖，达到降低能耗的目的。笔者根据中国公共建筑节能状况，对其中的被动式节能策略的运用进行了剖析，具体内容包括：

①被动节能规划。设计布置宜选择能够吸收或阻挡阳光照射的被动节能设计，利用规划有利于夏季主要风向透气或防止冬季建筑物的室外表面空气散热速率太快，从而提高或减少风湿温度。建筑物设计布置使建筑物与夏季主要风向的投射夹角不超过45°；利用城市公共景观绿地的空气形状，布置利于夏季主要风向的空气流通组织；建筑设计的位置符合各种气象环境地区的规定条件；需要按照房屋坐北朝南方向设计，尽量避免夏季西向日晒，采用自然通风降温；避开冬天主导方向，降低对房屋外部表面热量影响。采用被动式设计布置，以实现建筑低碳环保的目标。

②室内对流通风。在建筑物最初的设计阶段，要对建筑设计形式和外窗方位思考，使建筑设计内两侧形成可加或减少压力，利于建筑设计的天然通风；经过对室内空间布局和窗户与道路的思考，在建筑设计内产生空气对流现象，使室内气体能流向工作区域或人体高度的区域；运用热压原理，或运用通风楼、中庭等建筑形成的烟囱效果，进行室内外通风换气。

③自然采光与导光的相对被动节能。为降低建筑设计公共部位人工通风的消耗量，建筑设计时考虑充分的自然通风。地上空间尽可能减少或设计开间过大，所设置的每一个房间均要设有自然通风格局，而且要充分考虑到眩光的影响，尽量控制眩光现象的产生，并避免因没有天然通风，或者被拉上帷幕，影响用工地面照明，从而提高建筑能耗。而地下室建筑空间则可通过倾斜院落、通风窗井、导光设备等为地下层建筑自然通风。

④遮蔽和利用太阳能量的被动节能。建筑坡屋面选用太阳辐射吸收率小于0.7 的浅色饰面，建筑平屋面层选用太阳辐射吸收率小于0.5 的浅色饰面，或选用绿化屋面层，以减少建筑物外墙表层高温，从而降低建筑能耗；建筑的外立面采用对太阳辐射吸收率小于0.6 的浅色饰面，以减少户外建筑从防护构件中吸得的热能，并促进室内空气质量系统环保。根据建筑物所在地理纬度不同，在不影响建筑物整体美观与实际应用的条件下，可以在建筑物适当的地方安装太阳能电池板，节约整体建筑的用电量，从而实现节能的目标。

⑤屋面热反射覆土技术的被动节能。建筑外部的自然环境有时也会对建筑物内部产生不良的影响，为了防止不良影响给建筑物内的人员带来较差的舒适性，可以在建筑物内部安装可以进行热反射的材料，或者进行适当的绿化，可以很好地隔离外部不良环境对室内环境的危害，从而实现了节水降碳的目的。但是现在，绝大多数的体育场在建设过程中均会采用比较集中的建筑布局，所以很有可能出现热岛效应，产生对建筑资源的浪费。为了降低建筑物的资源消耗，通常可以在设计环节中对屋顶材料进行合理规划，例如使用浅颜色的材料，便可以对热量产生部分的反射。而且还在建筑物内部进行绿化，夏季时可以减少室内空气相对湿度，与一般建筑物一样，绿化屋顶的气温普遍降低6~9 ℃，而室内气温也就减少了3~9 ℃。而夏天绿化屋顶的制冷效果好，便有助于降低空调的能源消耗，从而实现了保护环境和节电的目的。

5 建筑电气控制设计中的节能措施

5.1 供配电系统的节能策略

在整个电力系统中的每一台设备，均会产生电感现象，电感现象会使设备本身产生少量的无功电流，会使电力设备和供电线路产生部分电能浪费，毫无疑问这将会给整个供电系统带来很大的电能损失。所以，以绿色环保为宗旨的建筑物便要想办法尽量降低能源浪费。第一，一般导线越粗导线的电阻越小，在电线上损失的电能越少，所以可以适当增加导线的横截面积；选用电阻率低的导线也是减少电能损耗的方式。第二，再利用高效率低耗能的变压器来降低季节性的能源损耗，从而大大减少供配电系统的负荷能耗。通过结合上述的节能措施，不仅可以在一定程度上实现节能目标，还能够有效地提高供配电系统的运行效率。

5.2 照明系统的节能策略

在整个电力系统里面，照明是人们最基本用处最多的功能，所以实现照明系统的节能环保便可以很大程度地提高整体建筑的节能效果。为了达到良好的照明节能效果，可以考虑从以下几个方面入手：灯具必须选用有效低耗的照明源，同时按照具体应用状况来研究并考察光感、灯具性能、价格和色温等技术指标影响。一般情况下，在中国民用建筑中采用最为广泛的照明灯具是传统的HID 光线、白炽灯和荧光灯，但现如今的科学技术发展有很大提高，灯具样式也是千变万化，人们可以采用各种各样的灯具装饰自己的居住环境，公共建筑中也可以采用新型灯具与技术达到节能的目的，例如常见的LED 灯和光纤灯。

6 结语

综上所述，一般建筑物的电力费用约占建筑物总费用的70%以上，在中国目前电能严重短缺的局势下，如果要实现建筑节能化，则首先要实现电气控制设计的节约。被动式节能采用的方法是尽可能因势利导，充分利用现有的自然环境条件，公共建筑设计中有效运用被动式节能措施，从而实现我国建筑的节能目的。