寒冷地区绿色公共建筑被动式节能设计研究

张昊天

（长春建筑学院 吉林长春 130607）

被动式节能设计是住宅建筑有效降低能耗一种有效手段，该设计放弃了传统通过电子设备或机械运作达到节能目的的设计理念，通过新型被动式节能设计概念实现对建筑物的整体和局部能耗降低。尤其在寒冷地区，可以通过被动式节能设计充分利用建筑物的自然资源，在降低能耗的同时也为市民带来舒适环境的体验。

1 公共建筑被动式节能设计的意义

被动式设计公共建筑中应用体现很多优点，能为城市公共建筑设计带来更多积极效用，被动式节能设计具有便于实施和推广且灵活简便的优势与特点，设计中通过对植物、地形、风力、阳光等自然因素进行直接利用下实现建筑物的节能设计来进一步优公共建筑总体设计方案；使用被动式节能设计的公共建筑仅需要使用很少量的机械设备就能实现能耗的有效降低，因此在达成节能效用的同时，也大大降低了公共建筑建设的成本；同时采用被动式节能设计的公共建筑具有很强的环境适应性，它通过考虑使用人群的地域特点、人群特征等通过对空间的合理规划分割可以被运用于各种类型公共建筑。

2 被动式节能建筑的主要特征

（1）可再生资源被普遍运用于寒冷地区绿色公共建筑使用的建材和能耗设施利用中，这可以在节约公共建筑建造成本的同时实现生态可持续发展，避免在建筑物上的无效装饰控制经济投入上的浪费。

（2）被动式节能建筑的设计理念是实现建筑能耗从低能耗到零能耗最后达到负能耗的演变过程，成熟的建筑物节能被动式设计方案的应用在一定程度上能够降低建筑物运用对周边环境的影响，而且在某种特定环境下，还能通过对周边环境的利用来弥补自身能耗的损失。

（3）寒冷地区的公共建筑基于其特定的地理环境和自然因素处于一个动态过程中，在进行节能设计时，要充分考虑与周边环境进行融合后采取合适方案。

3 被动式节能建筑的主要作用

传统的建筑工程通过使用大量的混凝土、水泥、砖等建筑材料建造，此外为满足建筑物的使用需求，冰箱、电视、空调等电气设备在建筑物中的大量使用也会造成能源消耗。被动式节能建筑设计理念的推广运用，通过对传统建筑模式的变革，同步结合当地气候环境特征，充分利用地热太阳能等可再生的新能源的效用从而使得建筑能耗大大降低。

公共建筑被动式节能建筑设计的运用还能提升环境效益。被动式节能设计通过采用环保材料，有效改善建筑物内部的各项指标：包括温度、湿度、采光、空气循环等，这些指标的改善大大提高了建筑物的使用舒适性和使用人群的体验，同样建筑中最大程度使用的节能材料也可以减少有害烟尘气体的排放，对环境保护起到积极作用。

4 寒冷地区绿色公共建筑被动式节能设计要点分析

4.1 被动式节能设计公共建筑的布局

对建筑物内的各个功能区进行合理的设置和布局，包括在通公共建筑物走道两侧高出设置窗户引用自然风通风确保空气流通；公共建筑物的选址应当尽量选择无遮挡物的地势平坦的向阳基地，确保每幢相邻建筑之间通过适当的保留间距以获得充足的太阳光照射从而提高温度较低时室内的温度。寒冷地区因为特殊日照及气候条件的限制对公共建筑物设计朝向也提出了特殊需求，根据专业研究寒冷地区建筑物日照的最佳方向为是正南东西偏向十度以内范围，在此范围内能满足建筑物得到足够光照的要求。

4.2 被动式节能设计公共建筑的选址

寒冷地区公共建筑要达到后期的节能效应首先需要对选址要做出科学考虑。我们知道建筑周边及内在环境是影响人们体验度舒适重要因素，作为市民公共活动场所，公共建筑的选址要充分考虑周边自然环境与建筑使用之间的关联，选址工作的成功是实现建筑物节能降耗的第一步。综合考虑气候地貌等自然因素的影响，我们认为如果建筑物所处位置的西北方向有茂盛树林或者天然山坡是比较理想的选择，因为该种地貌可以实现御寒屏障功能，是公共建筑选址的理想场所，此外，建筑物的东南方向如果有坡或者河流，可以有效的保障建筑物内的空气湿度，避免建筑物温度骤升骤降对公共建筑环境舒适度造成影响。

4.3 公共建筑被动式节能设计的内容

建筑物被动式节能设计的主要内容包含外户设计、建筑物朝向选择、建筑整体布局构建、建筑物的体型以及建筑物室内户型等，此外建筑物的采光通风以及遮阳设计等都是设计的主要内容；在进行公共建筑节能设计的时候，还要综合考虑周边地区环境和建筑物的整体布局并结合当地日照和自然通风情况选择最佳的建筑朝向，通过引入充足的日照通风条件保障公共建筑的使用功能；建筑场地的选择中，应当综合考虑植被、水体、噪声源、冬季防风保温以及地质结构的影响[1]。此外，建筑物的选材，包括墙体材料、门窗传热系数、保温材料种类的选择以及断桥热的处理等。

4.4 公共建筑的建筑形态及功能应用

地处寒冷区域的公共建筑的建筑形态，会直接影响到建筑物节能性能，我们在建造公共建筑的时候，为了实现节能的效应必须考虑包括建筑形态在内的各方面因素，比如要尽量降低建筑物的外形系数带来的影响达到降低表面热量损失，从而保持室内维持温度；在寒冷地区的冷空气通常来自于建筑物东北以及西北方向，因此要严格控制建筑物开窗位置和开窗面积，开窗可以遵循以下原则：选用较大的南窗在西北东三面的窗则应该比较小以应对冷风影响；对于建筑物的屋顶尽量采用规整的形态，通过增加南面屋顶的面积减少北面屋顶的面积方法通过调整建筑物结构使之接收到更多的太阳能辐射热量。

5 公共建筑被动式节能设计的技术要点

5.1 建筑屋面保温层防水层位置置换

建筑屋面的倒置是指通过改变传统建筑屋面构造达到节能目的。在传统屋面的建造中，保温层位于防水层的下部，但经过研究表明，将两层的位置进行倒置对节能效果是一个很大的推进，但是此种设计对保温层的材料透水性提出了更高的要求。

5.2 门窗节能设计

建筑物的门窗是能耗损失的重要路径，因此我们在寒冷地区公共建筑设计中应该尽量降低窗墙比，减少窗户比重，当然这是在确保建筑物使用功能的前提下；我们也可以通过采用高性能玻璃替代传统中空玻璃以提高建筑物的保温隔热性能；在制作窗户选材上通过在窗框与窗洞口形成的热桥处结合外墙结构选用高性能断桥铝材料，加强对该细节的节点处理，提高窗户的制作工艺；通过对窗户安装密封条以及提高窗户安装的精度有效提高窗户的密封性，隔绝室内外空气渗透路径。

5.3 住宅外墙的节能设计

基于外墙面积占到建筑物面积的60%以上，外墙上的能耗损失占到建筑物总能耗损失的40%以上，因此控制公共建筑外墙体系的保温隔热系数非常重要。采取的技术手段可以通过在建筑墙体结构层的外侧设置保温层现对外界诸如湿度温度等因素的有效隔，通过构建有效保温层减少热桥的产生。同时保温层与外饰面形成空气层结构也能对保温层形成更好的保护。

5.4 公共建筑的周边绿化设计

被动式节能设计还有一种重要的应用是在建筑上使用墙体绿化，这是一种具有占地面积小，以建筑的垂直立面为载体的新型绿化形式。这种绿化形式的生态效能非常高，对公共建筑的能耗降低有着重大的推进作用。常见的绿化方式包括墙体绿化形式，例如在墙面嵌入装有植物的绿色容器以及在墙体种植藤蔓类植物，实际运用中可以选择叶面较大，枝叶茂盛的藤蔓类植物以发挥较强的吸热能力；此外，藤蔓类植物乙选择夏季长叶冬季凋落品种，保证植物在墙体种植上留有一定距离确保空气流通顺畅。还可以在建筑物的屋顶通过选用适当的泥土作为保温层同时还可以种植植物。

5.5 公共建筑的自然通风设计

公共建筑的被动式节能设计中保证通风条件是重要因素。我们在场地设计中，通过各种技术手段避免冬季风向形成90°夹角，削减不利风向对建筑物的影响程度。此外，通过立面风压分布情况同步设计开启扇机构运用；控制建筑物进深尺度不大于15m，以确保可以通过开窗就可以达成室内外空气可以实现自由交换的目的，同时结合竖井通风，地道通风等手段达到节能目标。

6 结语

低碳环保概念已经深入到我们生活的各个方面，对于寒冷地区公共建筑建设而言，采用被动式节能技术能够更好的满足生态节能的需求和广大市民对生活品质的要求，因此，开展该项工作的研究具有至关重要的意义。

[1]曲磊，柏云.被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术应用分析——以济南市某公建项目为例[J].建筑节能，2018（3）：31～39.