【中國幕墻網(wǎng)】隨著建筑對環(huán)境的影響日益明顯，“被動設(shè)計(jì)”作為減少建筑對環(huán)境不利影響的一種嘗試，得到了越來越多的重視。建筑是離不開當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境的。各地的傳統(tǒng)建筑存在的時(shí)間比我們所謂的現(xiàn)代建筑存在的時(shí)間要長得多，與當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性非常強(qiáng)。
隨著建筑對環(huán)境的影響日益明顯，“被動設(shè)計(jì)”作為減少建筑對環(huán)境不利影響的一種嘗試，得到了越來越多的重視。建筑是離不開當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境的。各地的傳統(tǒng)建筑存在的時(shí)間比我們所謂的現(xiàn)代建筑存在的時(shí)間要長得多，與當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性非常強(qiáng)。它們不僅僅具有歷史文化價(jià)值，它們絕大多數(shù)仍然具有使用價(jià)值，對他們進(jìn)行建筑物理方面的研究是具有非常重要的意義的。但是，我們知道傳統(tǒng)建筑的體形系數(shù)都比較大，一般在0.5~0.7之間，它們有足夠的空間可以在建筑物理方面做文章。對于我們這種人口大國來說，完全的回歸傳統(tǒng)是很難做到的，人口的增長和城市化進(jìn)程要求我們必須針對現(xiàn)有的高
容積率的建筑形式提出解決方案，去適應(yīng)城市化導(dǎo)致的人口集中，同時(shí)確保居住者的舒適。
1.“被動設(shè)計(jì)”的原則
以往建筑師更多地從結(jié)構(gòu)角度看待外立面，通常把
建筑外立面叫做
圍護(hù)結(jié)構(gòu)，更多地強(qiáng)調(diào)封閉和
隔斷。但對于“被動設(shè)計(jì)”，應(yīng)該盡量多地利用建筑周圍的自然環(huán)境中的有利因素。因此我們把它看作一種能夠隨環(huán)境動態(tài)變化的半透膜，把不利的環(huán)境條件隔離掉，把有利的環(huán)境條件引入到室內(nèi)。設(shè)計(jì)這種半透膜式的外立面的目的和著眼點(diǎn)是確保使用者的舒適，沒有了這個(gè)前提，其他任何努力都是沒有意義的。舒適完全可以用一些特定的指標(biāo)來量化，而且這些指標(biāo)不會因?yàn)榫幼≌叩哪w色和種族不同而變化。因此，我們說“被動”的外立面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：在確保舒適的前提下，使外立面動態(tài)地適應(yīng)環(huán)境變化，最小化
建筑能耗，也就是盡量節(jié)約由于
采暖、制冷、通風(fēng)和照明所消耗的能源，同時(shí)利用建筑的空閑立面來生成能源。
2.“被動設(shè)計(jì)”要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素
a)
門窗保溫和控制
提高
門窗的保溫性能和
氣密性能是
建筑節(jié)能不可或缺的措施之一，特別是針對有采暖要求的地區(qū)。隨著
熱傳導(dǎo)系數(shù)(
U值)的降低，門窗的保溫性能會相應(yīng)提高，采暖能耗會相應(yīng)降低，但是當(dāng)門窗的熱
傳導(dǎo)系數(shù)(U值)降至1.5W/(m2K)以下時(shí)，繼續(xù)降低熱傳導(dǎo)系數(shù)所帶來的益處與付出的成本之比(益本比)就會明顯下降。以上考慮的只是采暖工況，強(qiáng)調(diào)的是仍然是隔斷和封閉。在制冷工況或適于自然通風(fēng)的工況下，門窗的保溫性能就并不顯得很重要了，相比之下，門窗的開啟方式和控制方式對于有效節(jié)約能源的作用會更大一些。將門窗的開啟方式和開閉狀態(tài)置于電控和程序控制之下，就可以利用晝夜溫差和室內(nèi)空氣流向，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量，其所耗費(fèi)的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空調(diào)能耗。
b)
外墻保溫
在炎熱潮濕地區(qū)和炎熱
干燥地區(qū)，年平均溫度大于25℃，在墻面和屋面上添加40mm的
保溫層后，對降低制
冷負(fù)荷的效果并不明顯(均小于5%)。而對于夏熱冬冷地區(qū)的采暖負(fù)荷的降低貢獻(xiàn)很大(達(dá)到20%)。因此在夏熱冬冷地區(qū)和寒冷地區(qū)的建筑墻面和屋面上
敷設(shè)保溫層能夠有效提高外墻
表面溫度，從而節(jié)約采暖能耗，提高室內(nèi)舒適性。對于夏熱冬暖地區(qū)，則需要仔細(xì)考慮鋪設(shè)保溫層的初期投資成本和節(jié)約制冷能耗的效果。在定量分析保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，針對制冷負(fù)荷的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度為40mm，大于這個(gè)厚度對于繼續(xù)降低制冷負(fù)荷的作用會不明顯;針對采暖負(fù)荷時(shí)，保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度則為80mm。
c)
遮陽
最有效率的遮陽形式(
外遮陽)與最不節(jié)能的內(nèi)遮陽形式之間的差異非常明顯，最多可以達(dá)到10℃，這種結(jié)果使室內(nèi)的舒適性出現(xiàn)巨大差異。我們知道，空調(diào)
設(shè)備的選型是以夏季室內(nèi)最高溫度為依據(jù)的，選擇正確的遮陽形式對降低初始投資和運(yùn)營成本的意義重大。
d)夜間通風(fēng)
在晝夜溫差較大的地區(qū)，利用夜間室外較涼的空氣來
冷卻建筑主體是一種非常有效的降低制冷負(fù)荷的手段。兩個(gè)相同熱惰性的房間內(nèi)，有夜間通風(fēng)時(shí)，室內(nèi)溫度能夠降低2到6℃另外，熱惰性較大的房間的溫度要比熱惰性較小的房間低4℃左右。似乎熱惰性較大的房間節(jié)能效果更明顯，特別是在白天運(yùn)營狀態(tài)下。因此，在溫帶和亞熱帶的晝夜溫差較大的地區(qū)，最有效的降低通風(fēng)和通調(diào)系統(tǒng)初期投資和運(yùn)營能耗的方法是，設(shè)計(jì)具有較高熱惰性的房間，同時(shí)使外窗具備夜間通風(fēng)功能。但是，如果該地區(qū)室外濕度較大或晝夜溫差不明顯，采取夜間通風(fēng)方式并不足以幫助冷卻建筑主體，反而會破壞室內(nèi)的舒適。
e)自然
采光
由于
公共建筑能耗中的40%被用于人工照明，因此采用一些適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將自然光引入室內(nèi)，并使其不受日照角度和云層的影響，柔和地分布在室內(nèi)，對于節(jié)約能源和創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境有著重要的意義。在不采用日光引入系統(tǒng)的普通房間中，照度隨著與窗口的距離增大而迅速衰減，在增加了不同形式的日光引入系統(tǒng)后，室內(nèi)的自然采光狀態(tài)明顯改善。
以上談到的幾個(gè)針對門窗
幕墻“被動設(shè)計(jì)”的影響因素是綜合作用的。優(yōu)化它們的過程就是最大限度地利用當(dāng)?shù)貧夂蛑械挠欣蛩厝_人工調(diào)節(jié)的能耗。一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例是我們目前在國內(nèi)越來越常見的
雙層幕墻。這種構(gòu)造形式，我們與其將其成為一種新型產(chǎn)品，還不如把它叫做前面幾種影響因素綜合優(yōu)化后的一種結(jié)果。它是在綜合考慮該建筑所處的風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境、
熱工環(huán)境后，優(yōu)化了各個(gè)立面的保溫、遮陽、通風(fēng)和采光，設(shè)計(jì)出的一種外墻構(gòu)造。所以我們說雙層幕墻不是一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而是被動應(yīng)用氣候條件的一種構(gòu)造形式。
這種隨當(dāng)?shù)貧夂騽討B(tài)變化的墻體，對沖了建筑周圍環(huán)境變化幅度，確保了室內(nèi)相對恒定的舒適環(huán)境。這樣，即使在一些極端的環(huán)境條件下，人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)的介入是不可避免的，但無論如何都能夠使能耗最小化。
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