住宅项目中的被动节能设计实践

摘要：本文列举了当代置业（中国）有限公司住宅项目在被动节能设计方面，采用的主要设计手段和分析方法。规划阶段，从日照、通风、采光的角度优化建筑总图布置（包括间距、朝向、和排布形式等）；在细化单体平面设计方面，体形系数、窗墙比、开窗位置、开窗面积、通风路径等都是可以优化的重要控制参数；再结合高性能的围护结构系统和因地制宜的可再生能源利用策略，尽可能全方位多角度考虑，以提高产品的节能性和舒适性。

关键词：建筑设计，住宅，节能，被动式

1引言

根据能源利用的方式，可以将建筑的节能方式分为两种：被动式建筑节能和主动式建筑节能。

被动式建筑节能技术，指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实现建筑需要的采暖、空调、通风等能耗的降低。其采用的做法是充分利用现有的自然条件，使建筑最大限度的适应周围环境，达到节约传统能源的效果。被动式建筑节能表现为低投资、低技术的倾向。

相对“被动式”技术的是主动式节能技术，是指以优化的设备系统设计、高效的设备选用实现降低建筑设施运行的动力能耗，以达到节能的目的。在建筑配套中主要指暖通能源系统、给排水系统、强弱电系统的节能。主动式建筑节能仍然需要一定数量的常规能源，一次性投资费用高，技术复杂且维修管理工作量大，表现为高投资、高技术的倾向。

住宅的被动节能设计在中国这个人口众多，人均资源相对贫乏的国家推广被动式节能设计有着重大的意义。当代的住宅项目采用被动优先，主动和被动相结合的节能设计策略。

2被动式设计思路

当代在不同气候分区通过项目实践形成了多条成熟的产品线，技术特征不完全相同，均为节能、舒适的绿色建筑产品，在项目设计过程中遵循被动策略优先的原则，从规划阶段、单体设计阶段都仔细推敲，运用数字技术比较和优化各个比选方案，同时提高围护结构热工性能和采用可再生能源，确保产品的舒适、节能的品质。

3被动式设计策略

3.1定位气候分区

一方气候、一方建筑。在一个气候区的研究、实践的结论不能直接用于另一个气候区。气候是绿色建筑技术应用的基础条件，根据不同的区域性气候特征，选择适宜的被动式策略，如表1。

3.2优化总体布局

积极适应当地气候条件，调整和优化住区的总体布局，是生态节能和低碳减排的关键策略之一。首先从节地层面，当代开发的大部分住宅为普通住房，以多层和高层住宅为主导进行开发建设，以节约土地资源。其次，在满足当地住宅的日照标准的前提下，应用日照分析软件，适当调整朝向角度，优化日照间距。再者，通过软件模拟，优化住区的空间布局，以利于夏季自然通风和冬季防御寒风。

3.2.1建筑布局

利用建筑自身的合理布局，改善建筑组团的日照、通风环境，优化建筑微气候条件。

太原项目满足日照的前提下，采用错位布置点式住宅，节约用地。点式住宅的优越性，在于它占地面积少，比条形布置节约用地10%～40%（《点式住宅设计》、中国建筑工业出版社）；规划布置比较灵活，朝向多、视野广，设计时能避免黑房间和房间穿套，各房间的采光通风也很容易解决，因此点式住宅得到了极大应用，如图1。

3.2.2建筑朝向

建筑朝向的选择，需综合考虑当地气候条件、地理环境、建筑用地情况等多种因素。夏热冬冷地区建筑朝向设计的总体原则是在节约用地的前提下，夏季减少太阳辐射得热，冬季增加太阳辐射得热，且有利于自然通风。

建筑朝向的设计需重点考虑以下三个方面：

（1）建筑物采光情况

建筑朝向设计，有利于冬季采光和争取日照时间。

（2）建筑物太阳辐射得热

由于要防止夏季东、西晒，夏热冬冷地区的建筑宜接近南北朝向。

（3）主导风向

从整个住宅群来看，往往是建筑朝向与主导风向成一定的角度，以便后排的建筑也能获得较好的通风条件。

表2列举了我公司大部分项目所在地区城市最佳朝向[2][3]，在方案初期阶段供设计师参考。

根据仙桃风向的规律，住宅朝向正南北的朝向为主，如图2。其中临湖的部分住宅以南偏西的朝向为主，主要是使其朝向面向中央湖水景观生态区，形成景观住宅。所有楼栋朝向均符合武汉地区适宜朝向范围。

3.2.3建筑间距

日照间距是指前后两排房屋之间，为保证后排房屋在规定的时日获得所需日照量而保持的一定建筑间距。建筑日照间距的确定：常以室内在正午前后有不少于1小时或2小时的日照时间来确定。目前利用计算机来进行日照模拟，对日照时间、角度、间距以及遮阳等进行精确的模拟和计算。根据模拟结果调整楼栋之间的日照间距和排布，使之满足日照时数要求。

下图3，4为用ECOTECT软件模拟的某项目日照时数结果。

3.2.4自然通风与冬季防风

自然通风是建筑致凉和改善室内空气品质的一项重要举措，节约能源、没有污染、易于管理。通过工况模拟分析，优化小区的总体布局，完善建筑物空间布置和洞口设置，利用对流使热能自然流经建筑物，并通过建筑物本身的性能控制热能流向，从而得到致凉和换气的效果。对于冬季寒冷的地区，在利用夏季自然通风的同时，要考虑冬季防御寒风的措施。

图5与图6为仙桃满庭春MOMΛ某建筑外表面风压分析，由下面的风压图可以看出，对于建筑前后表面，大部分建筑前后压差高于1.5Pa，满足风压自然通风的要求。小区建筑群南侧和东侧首排建筑前后压差均超过3pa，拥有最好的自然通风条件。如图5，小区西南侧为迎风侧正压区，压力范围0～5pa。如图6，小区东北侧背风区，大部分表面压力为-3～0pa，压力极小值出现在东侧首排建筑北墙东侧。小区南侧和东侧首排建筑自然通风潜力最大。

3.3建筑单体节能设计

建筑单体节能设计的主要内容是：通过合理的平面布局实现自然采光风，通过对体型系数的控制达到保温节能。

3.3.1控制体型系数

体型系数的控制，是建筑节能被动式设计的重要因素。体型系数的变化会影响到能耗大小，因此我国节能设计标准中建筑热工设计部分对建筑体形系数有明确的规定[1]，如表3。

体形系数受建筑造型、平面功能布局和采光通风等使用要求的影响，设计时应考虑当地的气候条件，东、夏季太阳辐射强度、风环境、围护结构构造等各方面的因素，在既不损害建筑功能又不影响建筑立面造型的前提下，尽量减少外围护结构的表面积。

合理确定建筑形状，必须考虑本地区气候条件，平面布局等各方面因素，兼顾不同类型的建筑造型，尽可能地减少房间的外围护面积，使体形不要太复杂，凹凸面不要太多，以达到节能的目的。

下面例举一个建筑体形系数优化的案例。能耗计算模型为九江15#栋，技术标准按照满庭春产品线，冬季采用天棚辐射系统连续供暖，夏季制冷采用分体空调。建筑共18层，层高2.9m，标准层平面图如图7所示。

由此可见，在夏热冬冷地区室外温度较寒冷地区高，室内外温差相对较小，体型系数的减小对建筑采暖节能的贡献不是十分明显。体型系数对空调能耗的影响更加微弱。对于夏热冬冷地区的满庭春产品，在进行建筑单体平面设计时，保证体形系数符合当地节能设计标准要求即可，进一步减小体形系数对于节省能耗的作用十分微弱。夏热冬冷地区即使体型系数略为超出国家标准，也可以通过其它更有效的节能措施加以弥补（例如，提高外窗隔热和遮阳性能，采用外遮阳措施等）。这样就给了建筑进行立面设计、户型布局更大的自由度。

3.3.2细化平面设计

单体设计-组织良好的自然通风。对房间的门窗和开口、通风构造进行合理设置。

（1）单体通风设计

在许多建筑中穿堂风可看作是主要通风系统的辅助成分。建筑门和窗的开口位置、走道的布置等应该经过衡量，以有利于穿堂风的形成。应考虑建筑的开口和内部隔墙的设置对气流的引导作用。

尽量使用可开启的窗户，但这些窗户的位置应该经过调配，因为并不是窗户一打开就能取得很好的通风效果。就算是全封闭的建筑，最好也能设置通风空隙来获得一定量的背景通风。

B户型为南向户型，户门关闭时不具备形成南北穿堂风的条件，但是在进行建筑设计时，西向设置了可开启外窗，为利用建筑两侧外墙的风压差形成贯穿式通风提供了条件，住户通过开启各房间的门，使房间之间形成良好的风通道，能改善室内环境（图9，10）。

（2）单体采光设计

图11为某新研发户型，多为东西向窗户，采光较为均匀，且因为是落地窗太阳光照射进深较远。同时卧室多为双侧窗。双侧窗主要的优点在于：上下午时段里都能提供充足的光通量；同时在阴天的天气情况下，两侧开窗使得室内的照度更均匀。

3.4围护结构节能设计

在建筑外围护结构的节能设计中，我们控制建筑的窗墙比（南方大部分项目东、西向窗墙比小于0.1），增加外墙、屋顶的保温厚度，采用高性能LOW- E玻璃门窗等手段提高建筑外围护结构的隔热性能。在建筑遮阳设计方面，对于较传统的户型利用建筑构件如阳台构成建筑自遮阳体系，这样阳台内窗户可适当开大，增加采光，同时不会过多增加空调能耗；对于部分高端产品，结合建筑造型设计活动的外遮阳体系。

当代各住宅项目建筑节能率均高于当地地方标准。例如，满庭春ΜΟΜΛ产品线与在长江流域达到规范要求的普通节能建筑（以下简称“参照建筑”）的主要节能技术特征对比表4。

相对于夏热冬冷地区规定节能50%的标准，满庭春ΜΟΜΛ被动节能技术的节能率可达55%以上，综合了主动节能措施后（指考虑地源和水源热泵系统对节能的贡献），综合节能率能可达到60%以上。

以长沙10#为例，建筑本体节能率为56%，采用了复合式能源系统后，综合节能率为64%。

4结语

被动式节能设计的方法很多，角度也各不相同，需要针对项目所在地区的能耗特点，有的放矢的从冬季保温、采暖得热和夏季降温、散热，阻挡太阳辐射等角度进行住宅建筑被动式节能的设计。本文分析的案例多为夏热冬冷地区的住宅项目，也有个别寒冷地区项目，例举了建筑规划设计和单体设计时考虑的一些因素，并采用模拟手段量化分析，调整和优化设计方案，充分说明节能不一定是一系列技术措施的堆砌，也可以是设计智慧的体现。

ΜΟΜΛ住宅产品，采用可持续的、绿色的能源系统，节能优化思想贯穿个整个建筑设计过程。我们的期望是，客户在享受舒适的人居环境时，只需要消耗少量的能源。

参考文献

[1] 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 134-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 江亿，林波荣，曾剑龙，朱颖心.住宅节能.北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3] 徐占发主编.建筑节能技术使用手册.北京：机械工业出版社，2004.

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