·336·2被动式超低能耗建筑设计实践策略探究
邵建东
（温州设计集团 浙江温州 325000）
【摘要】近年来，随着我国建筑行业的快速发展，建筑行业的发展也面临着许多新的挑战。目前，我国正在走可持续发展的道路，人们所居住的环境也需要实现可持续发展。被动式超低耗能建筑设计是实现人们居住环境可持续发展的重要基础，同时也能打破我国建筑行业发展面临的瓶颈，使得我国建筑行业逐渐发展到一个新的高度。本文主要对被动式超低耗能建筑设计基础进行深入研究，希望对相关技术人员有所帮助，在经验上有所交流。
【关键词】
被动式设计；超低耗能建筑；策略城镇化建设的脚步不断地加快，在逐渐发展的过程中要注重对于建筑环境质量的提升，同时还需要提升建筑对于能源的节约，以及减少对于环境能够造成污染的物质排放，为实现人们环境的可持续发展奠定良好的基础。被动式超低能耗建筑设计为此提供了重要的保障，相关的人员必须要不断地加强研究力度，对于设计基础进行深入分析，为我国建筑行业的发展增加新的生命力，使得我国能够在可持续发展道路上走的更为长远。
一、建筑气候分析技术
建筑与气候有着非常紧密的联系，在对建筑方案进行设计的过程中，设计人员必须要全面的考虑气候对于各个设计环境能够造成的不良影响，同时这也是实现建筑节能的重要基础。设计人员需要明确的了解室外气候条件与人体的热感觉，以及建筑室内具有的微气候，这些是对气候分析的关键内容。虽然很多的建筑设计师都能够具备关于气候设计的知识体系，但是很少有建筑设计师将其运用到实际中去。追溯其根本原因就是因为目前对于能够科学化、准确化定量计算气候的分析方法和相关设备仪器的应用普及。现阶段国际上应用较为广泛的建筑气候分析方法可以概括性的分为以下两类，第一种是较为常见的图形分析法，第二种的应用也非常的广泛，为表格分析法。这两种分析法都是以人体的热舒适为依据，对建筑所在区域的气候特征进行深入分析，同时给出具体的被动式技术的选择依据。但是各个国家的气候环境都有着巨大的差异性，同时我国地域跨度大，气候环境也较为复杂，所以必须要根据我国的气候环境特点，建立符合我国建筑设计实际需求的气候分析技术。
二、室外气候逐时变化表征方法
国内学者进行了大量基础研究，提出以美国Sandia国家实验室提出的典型气象年（TMY）为基本生成方法，考虑我国气象数据背景和建筑热环境需求，研发本土化的典型气象年的研究思路。典型气象年是一个既要准确反映建筑能耗的逐时变化，又要能够以最少量的气象数据代表气候的典型变化，即做到精细化模拟与减少计算量的平衡是其技术难点。它是由12个均具有气候代表性的典型月（TMM）组成的一个“假想”的气象年。每一个典型月由逐时变化，且是真实纪录的干球温度、露点温度、风速和水平面总辐射、直射辐射等若干影响能耗的关键气象要素构成，每个要素因对能耗和热环境的影响程度的不同而被赋予不同的权重。目前，我国记录气象数据的台站分为基准站、基本站和一般站，所记录的数据按时间精度分为逐时、4次定时和逐日数据。
针对我国原始气象数据特征，需要解决系列数据处理问题：逐日和定时观测数据的逐时化插值方法；针对关键数据，如辐射、风速等，因缺测带来的建立各类气象数据的预测模型问题；不同地区气象因子对能耗影响权重的选择问题；为分析气候变化与建筑能耗的耦合关系，需要建立未来典型年的生成方法等。其中，对于周期性变化明显的干球温度、相对湿度和大气压的逐时化可采用3次样条方法，辐射数据处理方法将在下文中详细介绍。而对于随机变化的风速、风向以及云量等气象参数，建立保证精度的逐时化模型还没有突破。另外，由于中国气象台站的逐时化数据不能为其他行业领域所共享。今后长期存在的技术难点将是如何将日值的各类气象数据推衍出满足精度需求的逐时数据。经过大量数据分析与能耗模拟研究，建立了我国典型气象年的生成方法。
三、室内微气候与人体热舒适
室内微气候是由室内空气的温度、湿度、风速和周围表面辐射温度构成的，影响人体热舒适的小气候环境。环境的舒适与否由室内微气候与人体表面的换热平衡所决定，当由建筑创造的室内微气候越接近人体热舒适需求时，建筑就越舒适，同时也最节能。2004年以前，国际建筑热环境设计标准一直遵循的是稳态热舒适理论，是由著名学者Fanger教授在20世纪60年代所建立的。其核心是在冬季和夏季，建筑室内分别采用恒定的温度控制指标。然而，大样本量实地测试结果表明：建成环境的实际热舒适温度比标准设定的恒定温度值要宽广得多；当人体处于舒适临界区时，人体对自然变化的“动态”环境的接受度明显高于主动式控制环境。
20世纪70年代末期，以Humphrey为代表的国际学者提出了新的“热适应”理论，认为人体对环境的变化具有“主动的”适应能力，并且通过行为、心理和生理等各种调节方式对变化的环境产生热适应，使人体实际的热舒适范围比现行标准的预测结果宽广。随后对大量现场测试结果的统计分析，发现了室内舒适温度随室外平均温度变化的适应关系模型，奠定了“热适应理论”的基础。从而将建筑热环境设计从“稳定、均匀、控制、耗能”的不可持续的“空调”设计方向，引向建筑应尊重人体对“适度变化”环境的基本需求的“自然通风”设计方向，进一步从热舒适理论层面，支持了被动式超低能耗建筑设计理论。这种同时考虑建筑的调节性能和人的主动适应能力的设计理念为建筑热环境和空调系统设计带来革命性的变革，改变了基于机械调节的恒温环境的设计思维，促进了建筑的可持续发展。
四、被动式气候分区
被动式技术的选用首先取决于室外的气候条件。为了明确特定地区是否适于采用被动式技术以及采用何种技术，需要对气候的共性与差异进行科学区划研究、被动式采暖与降温区划。气候区划的重点是区划指标的选取，而对于不同的被动式技术，其室外气候的影响因素不同，涉及的建筑设计参数也不同。对于太阳能采暖来说，影响太阳能利用率的主要气候因素为室外空气温度和建筑的实际辐射得热量。过低的室外空气温度亦或是不充足的太阳辐射量均会导致偏低的太阳能利用率。对于夏季蓄热通风技术，除建筑的蓄热性外，其降温效率还取决于夜间室外空气是否足够清凉，以及是否有足够的风量与建筑蓄热材料进行充分的热交换。
对于被动式太阳能采暖区划，选取了最冷月平均温度和综合辐射百分比分别作为一级和二级区划指标。依据最冷月平均温度把全国分为Ⅰ～Ⅵ6个一级分区。综合辐射百分比是指南向垂直面日总辐射量大于实际建筑模型南向垂直面所需的日总辐射量的天数与该月天数的比值。该指标能同时反映室外气候和建筑性能的综合影响，根据此指标将我国在6个分区的基础上细分为二级分区。对我国被动式太阳能采暖设计具有直接的指导意义。
五、结束语
社会经济发展的速度很快，人们的生活水平得到极大的提高，同时，人们对于生活环境也提出了更多的要求。为了保证人类居住环境的可持续发展，那么就需要不断的提升人们居住环境的质量，实现建筑的节能减排。被动式超低能耗建筑设计为实现此内容提供了重要的保障，也需要继续加大研究力度，使得我国建筑行业能够逐渐发展到一个新的高度。
参考文献：
[1]王献东，姜黎黎。低能耗建筑常规设计方法[J]。民营科技。2012（02）
[2]张秀伟，王聪慧。被动式低能耗建筑（零能耗建筑）[J]。民营科技。2012（01）
[3]张拴宝。地方性居住建筑中低能耗建筑技术应用探析——以华北地区为例[J]。科技信息。2012（29）
被动式超低能耗建筑设计实践策略探究
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
邵建东
温州设计集团 浙江温州 325000建筑工程技术与设计2016(4)
引用本文格式：邵建东 被动式超低能耗建筑设计实践策略探究[期刊论文]-建筑工程技术与设计 2016(4)
·336·2被动式超低能耗建筑设计实践策略探究
邵建东
（温州设计集团 浙江温州 325000）
【摘要】近年来，随着我国建筑行业的快速发展，建筑行业的发展也面临着许多新的挑战。目前，我国正在走可持续发展的道路，人们所居住的环境也需要实现可持续发展。被动式超低耗能建筑设计是实现人们居住环境可持续发展的重要基础，同时也能打破我国建筑行业发展面临的瓶颈，使得我国建筑行业逐渐发展到一个新的高度。本文主要对被动式超低耗能建筑设计基础进行深入研究，希望对相关技术人员有所帮助，在经验上有所交流。
【关键词】
被动式设计；超低耗能建筑；策略城镇化建设的脚步不断地加快，在逐渐发展的过程中要注重对于建筑环境质量的提升，同时还需要提升建筑对于能源的节约，以及减少对于环境能够造成污染的物质排放，为实现人们环境的可持续发展奠定良好的基础。被动式超低能耗建筑设计为此提供了重要的保障，相关的人员必须要不断地加强研究力度，对于设计基础进行深入分析，为我国建筑行业的发展增加新的生命力，使得我国能够在可持续发展道路上走的更为长远。
一、建筑气候分析技术
建筑与气候有着非常紧密的联系，在对建筑方案进行设计的过程中，设计人员必须要全面的考虑气候对于各个设计环境能够造成的不良影响，同时这也是实现建筑节能的重要基础。设计人员需要明确的了解室外气候条件与人体的热感觉，以及建筑室内具有的微气候，这些是对气候分析的关键内容。虽然很多的建筑设计师都能够具备关于气候设计的知识体系，但是很少有建筑设计师将其运用到实际中去。追溯其根本原因就是因为目前对于能够科学化、准确化定量计算气候的分析方法和相关设备仪器的应用普及。现阶段国际上应用较为广泛的建筑气候分析方法可以概括性的分为以下两类，第一种是较为常见的图形分析法，第二种的应用也非常的广泛，为表格分析法。这两种分析法都是以人体的热舒适为依据，对建筑所在区域的气候特征进行深入分析，同时给出具体的被动式技术的选择依据。但是各个国家的气候环境都有着巨大的差异性，同时我国地域跨度大，气候环境也较为复杂，所以必须要根据我国的气候环境特点，建立符合我国建筑设计实际需求的气候分析技术。
二、室外气候逐时变化表征方法
国内学者进行了大量基础研究，提出以美国Sandia国家实验室提出的典型气象年（TMY）为基本生成方法，考虑我国气象数据背景和建筑热环境需求，研发本土化的典型气象年的研究思路。典型气象年是一个既要准确反映建筑能耗的逐时变化，又要能够以最少量的气象数据代表气候的典型变化，即做到精细化模拟与减少计算量的平衡是其技术难点。它是由12个均具有气候代表性的典型月（TMM）组成的一个“假想”的气象年。每一个典型月由逐时变化，且是真实纪录的干球温度、露点温度、风速和水平面总辐射、直射辐射等若干影响能耗的关键气象要素构成，每个要素因对能耗和热环境的影响程度的不同而被赋予不同的权重。目前，我国记录气象数据的台站分为基准站、基本站和一般站，所记录的数据按时间精度分为逐时、4次定时和逐日数据。
针对我国原始气象数据特征，需要解决系列数据处理问题：逐日和定时观测数据的逐时化插值方法；针对关键数据，如辐射、风速等，因缺测带来的建立各类气象数据的预测模型问题；不同地区气象因子对能耗影响权重的选择问题；为分析气候变化与建筑能耗的耦合关系，需要建立未来典型年的生成方法等。其中，对于周期性变化明显的干球温度、相对湿度和大气压的逐时化可采用3次样条方法，辐射数据处理方法将在下文中详细介绍。而对于随机变化的风速、风向以及云量等气象参数，建立保证精度的逐时化模型还没有突破。另外，由于中国气象台站的逐时化数据不能为其他行业领域所共享。今后长期存在的技术难点将是如何将日值的各类气象数据推衍出满足精度需求的逐时数据。经过大量数据分析与能耗模拟研究，建立了我国典型气象年的生成方法。
三、室内微气候与人体热舒适
室内微气候是由室内空气的温度、湿度、风速和周围表面辐射温度构成的，影响人体热舒适的小气候环境。环境的舒适与否由室内微气候与人体表面的换热平衡所决定，当由建筑创造的室内微气候越接近人体热舒适需求时，建筑就越舒适，同时也最节能。2004年以前，国际建筑热环境设计标准一直遵循的是稳态热舒适理论，是由著名学者Fanger教授在20世纪60年代所建立的。其核心是在冬季和夏季，建筑室内分别采用恒定的温度控制指标。然而，大样本量实地测试结果表明：建成环境的实际热舒适温度比标准设定的恒定温度值要宽广得多；当人体处于舒适临界区时，人体对自然变化的“动态”环境的接受度明显高于主动式控制环境。
20世纪70年代末期，以Humphrey为代表的国际学者提出了新的“热适应”理论，认为人体对环境的变化具有“主动的”适应能力，并且通过行为、心理和生理等各种调节方式对变化的环境产生热适应，使人体实际的热舒适范围比现行标准的预测结果宽广。随后对大量现场测试结果的统计分析，发现了室内舒适温度随室外平均温度变化的适应关系模型，奠定了“热适应理论”的基础。从而将建筑热环境设计从“稳定、均匀、控制、耗能”的不可持续的“空调”设计方向，引向建筑应尊重人体对“适度变化”环境的基本需求的“自然通风”设计方向，进一步从热舒适理论层面，支持了被动式超低能耗建筑设计理论。这种同时考虑建筑的调节性能和人的主动适应能力的设计理念为建筑热环境和空调系统设计带来革命性的变革，改变了基于机械调节的恒温环境的设计思维，促进了建筑的可持续发展。
四、被动式气候分区
被动式技术的选用首先取决于室外的气候条件。为了明确特定地区是否适于采用被动式技术以及采用何种技术，需要对气候的共性与差异进行科学区划研究、被动式采暖与降温区划。气候区划的重点是区划指标的选取，而对于不同的被动式技术，其室外气候的影响因素不同，涉及的建筑设计参数也不同。对于太阳能采暖来说，影响太阳能利用率的主要气候因素为室外空气温度和建筑的实际辐射得热量。过低的室外空气温度亦或是不充足的太阳辐射量均会导致偏低的太阳能利用率。对于夏季蓄热通风技术，除建筑的蓄热性外，其降温效率还取决于夜间室外空气是否足够清凉，以及是否有足够的风量与建筑蓄热材料进行充分的热交换。
对于被动式太阳能采暖区划，选取了最冷月平均温度和综合辐射百分比分别作为一级和二级区划指标。依据最冷月平均温度把全国分为Ⅰ～Ⅵ6个一级分区。综合辐射百分比是指南向垂直面日总辐射量大于实际建筑模型南向垂直面所需的日总辐射量的天数与该月天数的比值。该指标能同时反映室外气候和建筑性能的综合影响，根据此指标将我国在6个分区的基础上细分为二级分区。对我国被动式太阳能采暖设计具有直接的指导意义。
五、结束语
社会经济发展的速度很快，人们的生活水平得到极大的提高，同时，人们对于生活环境也提出了更多的要求。为了保证人类居住环境的可持续发展，那么就需要不断的提升人们居住环境的质量，实现建筑的节能减排。被动式超低能耗建筑设计为实现此内容提供了重要的保障，也需要继续加大研究力度，使得我国建筑行业能够逐渐发展到一个新的高度。
参考文献：
[1]王献东，姜黎黎。低能耗建筑常规设计方法[J]。民营科技。2012（02）
[2]张秀伟，王聪慧。被动式低能耗建筑（零能耗建筑）[J]。民营科技。2012（01）
[3]张拴宝。地方性居住建筑中低能耗建筑技术应用探析——以华北地区为例[J]。科技信息。2012（29）
被动式超低能耗建筑设计实践策略探究
作者：
作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
邵建东
温州设计集团 浙江温州 325000建筑工程技术与设计2016(4)
引用本文格式：邵建东 被动式超低能耗建筑设计实践策略探究[期刊论文]-建筑工程技术与设计 2016(4)