被动式节能策略在住宅建筑设计中的应用.doc

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资源描述

1、被动式节能策略在住宅建筑设计中的应用摘要:被动式节能具有技术难度小、投资低,在建筑节能设计中应用潜力巨大。本文论述了被动式节能原理及应用技术,并结合实例,介绍了被动式节能策略在住宅建筑设计中的应用,并分析了节能效果,为建筑被动式节能设计提供了很好的参考价值。 关键词:自然通风;遮阳;室内舒适性;节能效果 中图分类号:TE08 文献标识码:A 文章编号: 建筑行业是耗能大户,在我国资源能源短缺日益严重的形势下,发展节能型建筑是势在必行的。在国家大力提倡节能建筑、绿色建筑的大背景下,被动式节能设计技术引起我国广大建筑工作者的重视。被动式节能设计追求的是低能耗,其核心主要是以其低技术化、低成本降低建

2、筑自身对于能源的需求,能够合理利用各种设计方法达到有效的降低建筑使用能耗的目的,是一项行之有效的节能技术,适合应用于节能建筑的建设当中。 1 被动式建筑节能设计原理 建筑节能的前提是保证室内热环境舒适度,不同气候条件下的室内热环境舒适度差异甚大,不同的气候条件与室内热舒适度要求,决定了不同的设计模式。 对于我省地区,根据现场实测与调查表明, “外门窗关闭,既不透风又不空调时,即便室内温度在 26左右,人也感觉闷热,室内舒适性差。而在自然通风状态下,只要室内温度不超过 29,相对湿度不超过80,都会感觉比较舒适” 。根据这一室内热环境舒适度要求,设计应通过加强通风对流提高室内舒适性;通过采用建筑

3、外遮阳有效降低室内得热达到室内舒适性;通过改善围护结构的热工性能,对室外气温起削峰平谷作用降低室内温度,从而取得在过渡季节实现减少启用空调节约能耗,以及在夏季启用空调时实现降低空调能耗。 2 被动式建筑节能应用技术 以传统民居竹杆厝为例,以序列天井和通廊为公共通风通道串起各间居室,组织穿堂风保证居室的通风对流,以良好的室内通风获得室内舒适性。 有效设置建筑外遮阳可减少室内太阳辐射热 3050;室外绿化及绿地可降低地面温度约 10;屋顶绿化可降低室内表面温度约 7;外墙面绿化可降低室内温度 35;通过外遮阳和提高围护结构热工性能,减少室内得热亦可有效改善室内舒适性。 在玻璃窗外加设一道百页窗,夏

4、季遮挡太阳辐射的同时可开窗通风对流,达到减少室内得热和通风使室内保持凉爽;澳大利亚亚热带气候的布里斯班及阳光海岸,城市建筑普遍采用建筑外遮阳,在表达建筑个性的同时,有效遮挡太阳辐射热降低室内温度。这些简单易行的建筑特性均可有效实现建筑节能。 3 被动式节能策略在建筑设计中的应用 3.1 户型设计思路 板式高层住宅户型,因其采光通风良好具备室内舒适性,在夏热冬暖地区倍受欢迎,但由于面宽大不利于土地利用,同时总平面布置长条形单体不利于环境通风。为兼顾土地利用,同时改善总平面通风环境,我们在某项目中,尝试采用一梯三户的自然通风塔式住宅平面(详图 1)。该平面特点在于为每户配置的入户花园,在核心筒周边

5、形成公共通风道,得以改善一梯多户住宅的南北通风对流。 图 1 自然通风塔式住宅平面 3.2 户型通风模拟分析 为验证塔式住宅平面的通风性能,采用 Phoenics 软件进行通风模拟评估。 方案一采用风向偏东 27,室内风场色阶图详图 2。 图 2 方案一风环境模拟色阶图 (风向偏东 27 度风力 2.5 米秒) 从图 2 可见,B 户型由于处于迎风向,除其中一个北房间因入门通道狭长导致通风不良外,其余厅房均通风良好,风速在 1.05.0ms 舒适范围(见表 1);C 户型因风向偏角过大,位于西南角主房间北侧出风口不畅造成通风。 表 1 人的舒适感与风速之间的关系 不良,其余厅房均通风良好,风速

6、处于舒适范围;A 户型因处于背风面,且由于电梯间的阻挡作用,处于穿过入户花园的两股主导风向形成弱风区域,除客厅外其余厅房基本处于风速低于 1.0ms 区域,人感觉不到风。方案一户型内通风条件优劣不均,但公共通道对后排建筑的通风有积极作用。 方案二采用风向偏东 20,室内风场色阶图详图 3。 图 3 方案二风环境模拟色阶图 (风向偏东 20风力 2.5 米秒) 从图 3 中可见,除 A 户型北房与餐厅外,A、B、C 户型内各厅室均拥有良好的通风条件,风速均处于 1.05.0ms 舒适范围;C 户型的敞开式花园为处于背风面的 A 户型创造了通风通道,同时 A、B、C 户型的开敞花园成为穿过本幢建筑

7、的通风道,为总平面通风提供有利条件。A 户型的北房与餐厅应加大北窗的开启面积,增大出风口,以改善通风条件。 方案三采用风向偏西 20,室内风场色阶图详图 4。 图 4 方案三风环境模拟色阶图 (风向偏东 20 度风力 2.5 米秒) 图 4 中可见,除 B 户型东北角卧室的中心区域风速低于舒适范围外,A、B、C 户型室内均获得良好的通风环境,同时入户花园亦成为后排住户的良好通风道。B 户型的东北角房间,可通过加大北向窗出风口开启面积或增设开向北露台的窗作出风口,以改善房间通风。 经过风环境模拟评估,证明水晶森林塔式通风住宅,由于设置开敞式入户花园形成的公共通风道,有效地改善各户的室内通风条件,

8、使各户的室内通风达到人体舒适性要求,改变塔式住宅自身通风不良的缺陷,同时为后排住宅留出通风道,有利于总平面通风环境,尤其当多单元拼接时,对住宅总平面的通风环境起积极作用,达到户型设计的预期效果。风环境模拟结果表明:除方案一外,方案二与方案三均适用,即偏东 20与偏西 20为良好主导风向。 按方案二及方案三通风模拟结果,建筑采用南偏西 2.5至南偏东70时,对应建筑风向为偏东 20至偏西 20,均为建筑的通风适宜朝向(图 5) ,由于节能要求日照朝向不应大于南偏东及偏西 30,确定本项目最佳建筑朝向为南偏西 2.5至南偏东 30范围,作为总平面布置的依据,总平面单体均采用最佳朝向布置,能同时获得

9、较好的单体通风和总平面风环境条件,同时避开太阳辐射不利朝向。 图 5 建筑适宜朝向分析图 4 节能效果评价 根据该住宅的通风模拟结果,采用最佳建筑朝向时,户内基本可达到良好的通风条件,按夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 ,室外气温不高于 28、相对湿度 80时,满足室内热舒适性可不启用空调;而通风不良的户型在室外气温高于 26时,需要通过开启空调以满足室内热舒适性,以下将两种通风条件的住宅进行节能效应比较。 全月气温高于 26的天数为 31 天,其中 2628的天数 2 天,即户型通风不良时开启空调天数为 31 天,通风良好时开启空调天数为 29天,29 天为 31 天的 94,户型通风良好时

10、可实现少开启空调日 6(详表 2)。 表 22011 年度可减少空调开启日节能效应分析表 从表 2 统计结果可见,过渡季节的 4、5 月及 9、10 月,户型通风良好可实现少开启空调日高达 2364,410 月可实现少开启空调日,即全年平均可达到 24,节能效应可观。可节约的能耗,需根据当日气温变化,进行统计和能耗计算,本文不作进一步论述。 5 结束语 被动式建筑节能,并不一定是高科技高投入的,只要设计得当,常规的甚至简单的技术应用,不需增加投资或增加不多投资即可获得很好的节能效果。实践证明,被动式建筑节能的实现,重在树立设计理念,以及对设计原理、应用技术的正确理解与运用。 参考文献 1 邓勇.浅析被动式节能策略在公共建筑设计中的应用J.浙江建筑,2010 年 05 期 2 张辉.被动式节能建筑设计的探讨J.科技风.2010 年 08 期

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