寒冷地区被动式住宅设计对策分析.pdf
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1、寒冷地区被动式住宅设计对策分析周洪磊刘 洋刘 伟丁宝贵徐 强(中国建筑第二工程局有限公司北京)收稿日期:作者简介:周洪磊()男山东潍坊人硕士高级工程师主要从事土木工程管理工作摘 要:在全球能源危机日益紧张因能源而频发地域冲突的情况下我国作为一个经济快速发展的能源需求大国建筑总能耗占社会总能耗的/我国建筑区划主要分为 个大区寒冷地区作为我国人口密集、经济较发达的地区其冬季采暖和夏季降温的能耗都非常大 绿色建筑作为当今世界应对住宅能耗居高不下的策略之一必将成为今后的设计主流方向而被动式设计技术以其低能耗、低技术、低投资、高舒适度等特点成为适应我国寒冷地区现行经济条件下绿色住宅降低能耗的主要设计策略
2、关键词:寒冷地区集合住宅被动式设计建筑节能中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言被动式住宅是指在建筑的围护结构(如墙体、门窗等)上采取保温隔热措施使其保持在一个相对低能耗的状态下以有效减少对自然能源的消耗并且可以获得自然通风的室内环境 与普通建筑相比被动式住宅具有以下特点:利用被动式设计、节能技术及可再生能源大大减少对常规能源的消耗实现节能降耗通过围护结构保温隔热和良好的通风实现室内环境舒适室内污染物排放量少 从我国北方寒冷地区气候条件来看在严寒、寒冷、干旱等气候条件下被动式住宅具有很大的优势 目前我国被动式住宅建筑仍处于探索阶段需要进行大量试验研究 项目概况某项目三期位于河北省唐山
3、市路北区项目西至光明路南至裕华道 三期建设规划用地面积 总建筑面积为 容积率 绿地率 建筑密度 本项目主要功能为办公、商业、公寓及配套服务设施等 唐山市位居燕山南麓地势北高南低自西、西北向东及东南趋向平缓直至沿海 北部和东北部多山海拔在 中部为燕山山前平原海拔在 以下地势平坦南部和西部为滨海盐碱地和洼地草泊海拔在 以下 属于暖温带半湿润季风型大陆性气候 四季分明降水集中风向有明显的季节变化 春季气温回升快昼夜温差较大夏季炎热多雨水热同季秋季晴朗少雨冷暖适宜光照充足冬季寒冷干燥多风少雨各月平均气温都在 以下 全年日照时数为 平均日照百分率为 全年平均气温 被动式住宅的围护结构被动式住宅的围护结构
4、是指外墙、屋顶、门窗、地面及其他围护结构部件的组成材料 根据被动式低能耗居住建筑技术标准(/)规定:“围护结构保温系数应满足国家现行设计规范要求”寒冷地区被动式住宅的外墙采用三层外保温形式外墙外保温采用高密度聚乙烯泡沫板外墙内保温采用夹心保温形式 为了增加建筑的热稳定性在外墙外侧设置水平通风道和垂直通风道在中间夹层设置保温层 目前我国寒冷地区被动式住宅围护结构中常见的保温材料有:外墙外保温材料、中空玻璃以及复合保温层 不同的围护结构各有优缺点应该根据具体情况选择合适的材料并在建筑设计中综合考虑围护结构各个部件之间的连接方式以保证被动式住宅的被动性能 我国北方寒冷地区冬季日照时间短且光照强度较低
5、为了减少冬季室内采暖所需要的能源消耗应尽可能采用双层外墙、双层窗等保温构造措施 建筑朝向的选择建筑朝向选择主要受当地纬度、当地地理位置、当地太阳辐射强度和当地气候条件等因素的影响以及建筑外观和室内热环境品质的需求等综合因素影响 研究表明我国北方寒冷地区主要位于纬度 最适太阳辐射强度为 /因此我国北方寒冷地区被动式住宅建筑朝向为南偏东或南偏西左右 这是由于当太阳高度角较小时阳光不能直接直射到房间的窗框和墙面上造成室内温度较高因此被动式住宅的建筑朝向应尽量利用南偏东或南偏西 左右 由于冬季太阳高度角较小当太阳高度角较小时阳光不能直射到房间的窗框和墙面上 此时可通过西晒或南晒降低室内温度并通过自然通
6、风形成热空气屏障以改善室内热环境质量 西晒可使东、南两面的室内温度分别下降 和 而南晒则可使西、东两面的室内温度分别上升 和 此外通过采用西晒或南晒降低室内温度还可以降低冬季采暖能耗尤其在寒冷地区更有优势 加强冬季隔热夏季防热)墙体作为建筑围护结构的一部分是最有效的隔热方法 提高墙体的隔热能力可减小冬季热量散失和夏季室内表面温度升高从而提高室内舒适度 加强被动式住宅墙体的保温性能主要包括外保温、复合外墙(含加气混凝土砌块)屋面是被动式住宅建筑中热量散失最大的部分 冬季因辐射作用产生的热量在屋面形成热流夏季通过屋面的散热量被大量吸收而使室内温度升高导致能源浪费 因此在被动式住宅建筑中屋面系统应满
7、足隔热要求减少热流损失)门窗是被动式住宅建筑中耗能最大的部分降低门窗系统的节能是提高建筑能耗水平的关键 在寒冷地区被动式住宅中采用双层中空玻璃或夹胶玻璃可以有效减少窗户系统的热量散失 但是根据建筑节能设计标准()规定民用建筑节能设计标准中窗墙比不得小于 因此在被动式住宅中单侧窗不能满足节能要求需要在其两侧设置中空玻璃才能满足节能要求)集热墙:集热墙是一种可有效减少室内热量散失、提高室内热舒适度的方法 当建筑高度较小时集热墙对室内温度具有一定影响但是随着建筑高度的增加对室内温度基本没有影响 集热墙又称隔热墙体或蓄热墙体、隔热保温层等在被动式住宅中用于隔离建筑外围护结构与室内环境之间的热交换以减少
8、室内外温差所产生的能量散失 建筑布局形式由于建筑布局形式不同室内的采光、通风效果也不相同 一般而言被动式住宅可根据其房屋构造的特点采用以下布局形式 南北对称的布局方式 这种布局方式充分利用了南向采光但因南向房间与北面房间之间存在一个空间会造成南北两侧的室内温度分布不均匀 这种布局方式可在北面或南面设置卧室且不会造成南北两侧室温差距大的问题 该布局方式为一栋建筑布置两个以上独立房间使得每个房间都有足够的自然通风面积避免了由于南向房间和北面房间之间存在一个空间而造成冬季室内温度较低这种建筑布局形式比较适合我国寒冷地区气候条件下进行被动式住宅设计 自然通风在寒冷地区冬季气温低、夏季气温高使得室外温度
9、难以传导至室内 同时冬季室内外温差较大室外风速较小难以形成自然通风 在这种情况下为实现对室外微气候的利用保证室内空气品质良好被动式住宅的设计主要包括以下几个方面)利用自然通风降低室内温度 我国寒冷地区冬季室外气温较低而冬季室内气温往往高于室外气温导致室内采暖能耗较高 因此在被动式住宅中通过改善室内外热环境和室内外空气流动来提高室内空气品质减少采暖能耗通过合理的采光设计和人工照明可以改善室内外环境降低室温、提高室内空气品质通过自然通风可有效降低室内温度 在寒冷地区被动式住宅中由于室外气温较低采光和自然通风成为一种重要的技术手段)采用外窗可以有效改善室内温度 在被动式住宅中由于采用了外窗的围护结构
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