被动式节能技术(Passive energy-saving technology)是指以非机械电气设备干预手段降低建筑能耗的技术,在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等方法,降低建筑采暖、空调、通风等能耗。我国社会总能耗的46%与建筑有关,从社会可持续发展、节能减排的角度出发,做好绿色建筑设计、应用被动式节能技术显得必要,就其应用优势、方法等进行分析,具有一定现实意义。
1.被动式节能技术在绿色建筑设计中的应用优势
1.1减少建筑能耗
绿色建筑设计中,被动式节能技术应用的基本优势在于减少建筑能耗。如地道风空调技术、屋顶绿化技术、围护结构隔热技术等,这些技术的共性特点在于能够从不同角度生效,减少建筑采暖、降温等方式的能耗水平。地道风空调技术源于西方,主要利用建筑地下部分、室内部分的温度差异,实现能量的自然交换,在制冷降温效果相同的情况下,以地道风提供辅助可减少空调能耗2%~3%左右。隔热技术、屋顶绿化技术等也能不同程度削减建筑能耗[1]。
1.2改善宜居性
被动式节能技术在绿色建筑设计中的应用,也有助于提升建筑宜居性,这一提升在各类绿色建筑中均有所体现。如围护结构的设计,利用苯复合材料进行建筑建设,冬季取暖能耗减少在20%~35%之间,同时因苯材料隔热能力强,建筑围护结构的整体热容量增加,能够避免室内外温差过大时热量的损失,进而提升室内温度控制能力,避免室温快速波动,进而实现宜居性的优化。屋顶绿化技术以及太阳能被动使用技术等也具有类似价值[2]。
1.3优化建筑观感
绿色建筑设计中,被动式节能技术的应用可以优化建筑观感,这一优势因技术而异,并非所有被动式节能技术均有此价值[3]。如我国南方各地降水较多、较频繁,部分绿色建筑在设计过程中应用了屋顶绿化模式,以绿色植物、灌木等替代一般意义上的复合材料防水模式,在具有更强防水效应的同时,也能实现对建筑外观的点缀、美化,实现绿色节能、绿色美观的兼顾。
2.被动式节能技术在绿色建筑设计中的应用方法
2.1建筑信息采集
绿色建筑设计中,被动式节能技术的应用需要服务建筑设计全局,原则上需要在组织设计前做好与建设方的交流,查看各类标准文件,以确定此建筑的设计要求,作为具体设计工作的依据。如常见的被动式太阳能利用技术,在我国南方或者夏热冬冷区域的超高层建筑中经常使用,其基本要求为保证建筑采用南向设计,如果南向方面不存在建筑、商业区等设施,被动式太阳能利用技术的设计多不受影响,反之,如果南向区域已经建设了各类建筑、存在各类设施,需要在设计时做好相关信息采集,保证不影响其他群体权益。其他被动式节能技术的应用也遵行此原则,在进行设计前做好基础信息的采集和分析。
2.2因地制宜组织设计
被动式节能技术类别多样,其在绿色建筑设计中的应用需要考虑适用性,需要根据本地特点进行技术分析、选择,保证应用合理得当。如围护结构的隔热设计,一般在北方地区较多见,南方部分地区冬季温度相对可接受,但夏季温度较高,对保暖的需求低于对室内散热的需求,在组织绿色建筑设计时,需要考虑建筑所处地区特点,应用隔热设计不利于室内散热,不应采纳。其他地区、被动式节能技术的应用也需要关注区域实际情况,并根据绿色建筑设计的共性要求确保技术应用的适用性。
2.3建模与模拟分析
完成绿色建筑信息采集、确定了设计要求以及技术方法后,可以利用BIM技术等手段,对被动式节能技术的应用效果进行评估,完成模拟后确定其应用效益,并判断是否仍有进一步调整的空间。可将前期收集所获的各类数据代入BIM软件中生成模拟原始模型,之后将被动式节能技术设计内容以虚拟参数的形式代入原始模型中,进一步分析技术应用效果。模拟工作包括两种形式,一是开放性模拟,直接将参数代入模型中,采用加速模拟的方式,了解被动式节能技术应用的成效,记录后与绿色建筑的设计要求进行对照,评估其是否满足建设设计需要。二是约束模拟,在代入模拟参数前,首先确定绿色建筑的设计要求,以其设计要求为基准,对被动式节能技术应用后的静态信息进行采集、对照,判断其是否满足绿色建筑的设计需要。建模分析是一种现代化的作业方式,在绿色建筑设计和被动式节能技术价值分析中应用广泛,适用性也较广,但需要保证绿色建筑采集参数客观准确,且能够提供比较完善、精准的被动式节能技术应用参数。
2.4调整与定型
完成模拟分析后,可对分析结果进行最后记录,生成绿色建筑设计的总体方案以及被动式节能技术的应用方案,并根据方案内容做最后一轮论证。包括被动式节能技术是否具有可实现性、绿色建筑设计方案的总体成本是否可控等。如我国北方多通过控制窗墙面积比的方式避免热量散失,通过BIM模拟,确定设计思路、被动式节能技术应用满足建筑设计要求,还应分析该建筑夏季散热、一般通风方面的需要,核准技术应用满足绿色建筑各方面设计要求后,可打印施工图纸、出具施工方案和施工组织设计等标准文件,用于具体施工。
3.模拟分析
M小区位于我国北方某省会城市,其样板房设计工程主要强调发挥绿色技术优势,提升能耗控制水平。根据设计人员提供的信息建立计算机虚拟模型(设为1号建筑),该样板房设计工程主要采用了控制窗墙面积比技术、建筑南向设计技术、被动式太阳能利用技术、围护结构保温技术。建模工作以设计人员提供的数据为基础,另收集该样板房的一般信息,去除被动式节能技术参数,仅保留主动节能技术(设为2号建筑),分析建筑冬季取暖能耗的差别,对比建筑室内温度的波动情况。结果见表1:
表 1 模拟实验结果
结果上看,绿色建筑设计中,应用被动式节能技术可以减少取暖能耗,室内温度变化情况也更稳定,取暖能耗为1.76t标煤,温度下降10°C用时为2.15h,2号建筑取暖能耗为2.41t标煤,温度下降10°C用时为1.32h,其建筑能耗水平和宜居性均较低。
结论
综上所述,被动式节能技术在绿色建筑设计中的应用可以减少建筑能耗,改善建筑的观感和宜居性,价值多样。具体工作中,应根据绿色建筑设计的总体要求做好信息采集,在此基础上做分区域设计、建模分析和调整。结合M小区的样板房设计工程进行分析,可知绿色建筑设计中应用被动式节能技术降低了建筑能耗水平,也能改善建筑宜居性,未来工作中可予以参考,以进一步推动被动式节能技术在绿色建筑设计中的应用。
参考文献
[1]武涛. 被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术研究 [J]. 大众标准化, 2023, (23): 49-51.
[2]孙莉莉. 被动式建筑节能设计技术策略探析——以布鲁克项目为例 [J]. 智能建筑与智慧城市, 2023, (04): 111-113.
[3]陈莉莉,祝侃. 基于实测的乡村住宅典型被动式技术节能性研究——以句容陈庄村为例 [J]. 住宅与房地产, 2022, (35): 32-36.