被动式超低能耗建筑在夏热冬冷地区的应用

被动式超低能耗建筑在夏热冬冷地区的应用

黄诗雯

苏州大学建筑学院江苏苏州 226100

摘要：近年来，我国经济水平不断提高，建筑采暖和制冷等设备大规模使用，建筑能耗也在不断提高。然而，夏热冬冷地区等极端气候，使得建筑在面对保温和采暖等问题时面临着诸多挑战。本文从被动式建筑优越性与夏热冬冷地区气候特征出发，结合相关被动式节能设计思路，探讨夏热冬冷地区被动式节能建筑的应用。

关键词：被动式建筑应用夏热冬冷地区超低能耗

一、被动式节能建筑的应用

1.1被动式建筑的定义

为了创造出具有舒适度的建筑物环境条件，当代建筑常常采用大量的暖通等设备来改善室内条件，机械设备的使用产生了大量能源损耗。被动式超低能耗建筑的出发点则是因地制宜的结合当地自然环境，通过物理的手段对建筑室内环境进行调节以达到人居舒适性。

1.2被动式节能技术的必要性及应用价值

被动式建筑节能理念的提出，为能够有效地改善夏热冬冷地区建筑在极端的环境下热环境舒适度差，且能耗严重的问题，并结合该地区的气候环境特征，从温度、日辐射、空气湿度等方面制定相应的项目施工方法，严格遵循建筑项目设计国家节能标准，结合建筑发展要求进行设计对坚持可持续发展有着重大意义。

二、夏热冬冷地区气候状况及热环境分析

2.1夏热冬冷地区气候特征

夏热冬冷地区处于春秋两季时，建筑室内的环境温度和舒适度都较为良好。然而夏季时，住区的建筑室内温度高于室内宜居的舒适温度5至10摄氏度。冬季时条件更为恶劣，住宅内温度往往低于宜居的舒适温度10至15摄氏度。

夏热冬冷地区的夏季气温高，气压低风速低，不利于室内热量和空气中的废弃排出。夏热冬冷地区在冬季时受到来自亚欧大陆高压的影响，气温低于世界大多数同纬度地区，且该地区多位于沿海，空气中湿度较高高、气候舒适性差。同时该地区的冬季持续时间也较长，这样极端的天气条件对人居舒适度热环境造成了极大的影响。因此，夏热冬冷地区有独特的设计策略，而被动式建筑则为该地区在满足舒适热环境条件和节约能源提供了设计方式。

2.2夏热冬冷地区被动式建筑基本策略

夏热冬冷地区被动式建筑的基本设计原则是夏季通风降温冬季保温采暖，同时除去空气湿度。因此冬季需要尽量利用自然的太阳辐射与地表热力资源使得建筑进行被动式保温和采暖，同时选用保温和气密性良好的外围护墙体以及门窗，控制室内温度稳定在宜居热环境温度上下。夏季利用屋顶和构建的遮阳方式，减少太阳辐射进入室内的热量，同时利用自然通风，设计建筑布局改变夏季风速低热量与污染难以消散的问题加快空气对流，进行夏天的降温和除湿。

三、夏热冬冷地区被动式建筑的应用

3.1规划方面

(1)自然通风

夏热冬冷地区自然通风的改善主要是：建筑布局设计和构件的形态。建筑的朝向和布局直接性的影响了自然通风的效果。多种建筑布局在控制进深的方式下能够有效提高建筑形体间的自然通风率，提高通风效果：如一字型和T字型排列布局方式。

（2）建筑体形的设计

建筑物的形态设计直接影响着室内外热量的交换，间接影响着能量损耗水平，因此设计者需要控制好体形系数。建筑容积的能量特征被称为体形系数 S/V，它表示建筑物传热表面积和其表面封闭的建筑物体积的比值。该地区重点需要解决通风排热和除湿，而系数越大则夏季自然通风和排热越好。

(3)绿化及水体设计

绿化和水体的设计在做好场地实地勘测和测试的工作下，考虑到空气湿度和阳光辐射的影响，能够在相当大程度上改善住区的气候和环境。被动式建筑设计中，植物对地面有着降温和遮阳的复合作用，树木的遮阳和蒸腾作用可以有效地减少能源损耗，同时还能够调节建筑群体的风速、起到调节温度、热量消散和净化空气的作用。广泛地应用绿化植被和湖泊水体能够改善热岛效应，植被中的乔木群落不仅有实现节约能源降低损耗，改善自然环境的作用。

3.2建筑方面

(1)围护结构节能

墙体:控制墙体的形体系数能够降低墙体的导热能力，减少能量损耗。长期以来普通墙体都是采用24cm的实心土砖墙砌筑，内外墙体附有20mm抹灰，单一的材料作为保温墙体性能较差，在不另外采用其他隔热措施的情况下，严重的影响了室内环境的舒适度。[2]

改善措施：（1）外墙保温。在夏热冬冷地区，把保温材料直接放置在空气间层的外侧能够更加有效的起到隔热保温的作用。墙体外保温构造中间设置空气间层，其间层底部的通风管道设备和顶部自由打开关闭的风口更好的起到隔热作用。夏季时打开的通风口由于上下温差的不同，底部较热的空气从墙体的空腔中上升，加快了竖直方向的空气流动。屋顶上侧的通风口产生负压，空气向上的流通速度加快，夏季热量耗散加快。

（2）冷桥效应。冷桥效应是指在墙体的转角或屋面与外墙的搭接处产生水雾，使得墙体长生霉变，同时不利于墙体保温。可以在墙体外部贴聚苯板一类的保温膜，来消除冷桥效应，使得室内保持更好的热环境条件。

（3）设置防潮层，以防止墙体内部冷凝水滴产生霉变。并且该地区空气中湿度大，若墙体没有设置防潮层，室内的水气难以蒸发，则容易腐蚀墙面装饰和保护材料并霉变，极大程度上降低了墙体的保温功效。因此在施工时需要将防潮层铺设在室内墙面一侧，避免墙体因为生水雾凝结露珠而产生大量的热量损耗。[3]

屋顶:

屋顶上方直接接触太阳辐射接受炙烤，冬季时，其散热量大室内保温性能差。夏季时，屋顶面未做好保温隔热的构件容易吸收大量的太阳辐射，直接向室内传递热量，同时导致室内气温气压升高，加剧夏热冬冷地区在两极环境条件下室内热环境舒适性差的问题。考虑到屋面自重不宜过大的问题，保温层需要使用自重轻并且导热系数低的材料。夏季在屋顶上设置构架能够减少太阳的直射，减少热量传递。

窗户:

除来墙体和屋顶以外，窗户是另一个重要的热量交换和传递的节点。对窗墙比进行合理的控制能够有效的节能。大量的增设窗户既使得夏季太阳辐射大量进入室内，提高室温；冬季时窗户作为一个极易传热的媒介，使得室内外的热量传导频率加快，产生大量的能源损耗和热量的耗散。严格控制窗墙比并增加百分之十的窗墙面积，能够加强室内空调冷负荷，提高建筑太阳辐射热量和室内温度。

并且，门窗的构造需要有良好的气密性，外保温的墙体和窗户之间要严格做好密封处理，在窗框和墙体相连接的地方设置密封条，用胶带包裹和固定住窗框，防止有气体泄露带走热量，加大能量损耗。

3.3构建遮阳方面

随着节能技术要求的不断提高， 被动式建筑对建筑构件外遮阳的设计要求也在不断提高，当下外遮阳构件需要用户依据天气主动进行遮阳板的调控，以达到遮阳或采暖的目的，但用户若没有主动调节遮阳板，则不能发挥外遮阳但实际用途。因此外遮阳设计时应能主动依据天气条件因素打开或者关闭，夏季时能真正对减少室内热量的进入，同时增加室内自然光照明度，降低人工灯光照明产生的能耗。

四、总结

在夏热冬冷的极端地区，自然通风、阳光辐射、巨大的气温变化和较高的空气湿度极大的降低了居民的室内热环境舒适性，而空调地暖等大量建筑环境设备的使用产生大量的能源损耗。而被动式超低能耗建筑主张采用的结合自然环境因素，将建筑布局和构件材料设计运用而取代机械设备对于室内环境的调控功能很好的契合了节能减排、提高居民舒适度的发展要求。被动式技术通过多种手段，在夏热冬冷地区有着很强的可行性和发展潜力，提升人居住舒适度的同时，极大地节约能源。

参考文献：

[1]李雪光.伟大节能房:被动式技术在夏热冬冷地区的应用[J].建设 科技，2015(15):78-79.

[2] 张正普 . 被动房技术在苏南地区村镇住宅中的应用研究 [D]. 南京 : 东南大学，2016.

[3] 张成龙 , 尹鹏程 . 浅谈产业化住宅建筑设计 [J]. 四川建 材 .2017(02)

[4] 闫玲玲 . 我国住宅建筑设计的发展方向探索 [J]. 住宅与房 地产 .2016(27)

[5]李志飚，李晓良，杨强跃，任涛 .《高层钢结构住宅设计规范(DB33/ T1133—2017)》编制说明[J]. 浙江建筑，2018，35(09):11-15.

[6] 周斌 , 张伟林 . 夏热冬冷地区被动式建筑示范房节能效果 模拟分析 [J]. 安徽建筑大学学报 ,2015,03:52-55.

[7] 熊小萌 . 中国夏热冬冷地区绿色建筑技术应用问题研究 [D]. 华中科技 大学，2013.

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