■节能与绿色建筑福建建设科技 2012. No. 5 63浅析被动式节能设计对建筑热环境的影响———以福州地区大学新校区专家公寓楼为例林莉 ( 福建省建设计研究院 福建福州 350001)［ 摘 要 ］ 被动式节能设计强调的是建筑对气候和自然环境的顺应使建筑物减少或者不需要对空调设备的依赖，而本身具有较强的气候适应和调节能力本文通过对具体工程的案例分析探讨被动式节能对改善建筑热环境的积极意义［ 关键词 ］ 被动式节能 建筑热环境 降低建筑能耗 通风 遮阳Influence of Passive energy saving design on building thermal environmentAbstract: The passive energy saving design emphasized adaptation of the construction on climate and natural environment． The buildingwould reduce the dependence on air conditioning device， with strong adaptation and adjustment ability itself． Based on the analysis of spe-cific works， significance of passive energy saving building design on improvement of thermal environment was discussed．Key words: passive energy saving; building thermal environment; building energy consumption reduction; ventilation; sunshade作者简介 : 林莉 ( 1979 － ) 女 ， 本科 ， 工程师 ， 研究方向 : 建筑设计0 引言节能减排是当前国家的基本国策 。
建筑的运行能耗大约为全社会商品用能的三分之一 ， 并且是具有节能潜力最大的用能领域 我国地域辽阔 ， 对不同的地区在节能上有不同的侧重点 福州处于夏热冬暖北区 ， 主要考虑夏季空调兼顾冬季采暖 由此可见这个区域节能的重点在于降低建筑冷负荷 建筑节能的目的是在改善建筑热环境的条件下降低建筑能耗 影响夏热冬暖地区建筑热环境有四个要素 : 空气温度 、辐射温度 ( 太阳的直接辐射和各面内墙表面远红外辐射 ) 、风速及空气湿度 本文以福州地区大学新校区专家公寓楼为例 ， 浅析低技术节能技术对建筑热环境的改善 ， 即通过建筑学方式 ， 在总平面 、平面 、剖面以及细部节点上的设计 ， 合理的引导自然通风 ， 增强遮阳效果以及利用太阳能等可再生能源来达到有效降低建筑使用能耗的目的 1 工程概况福州地区大学新校区专家公寓楼 ( 以下简称 “专家公寓 ”) 位于福州大学城新校区西侧 东面和南面为福州大学生活区 本项目为大学城专家公寓楼 ， 小区由 30 栋 2. 5 层联排公寓 ， 一栋 2. 5 层食堂和一座变电所组成 用地面积122 亩 ， 总建筑面积 : 34663m2， 总户数 : 168 户 。
基地现状为地块北面背靠阳歧山 西邻溪源江 东面和南面为福州大学生活区 图 1: 总平面图 )2 节能设计理念在完善建筑物功能要求下 ， 改善建筑热环境 ， 减少能源消耗 ， 提高能源利用率 借助环境和自然因素 ， 有限度的使用常规能源 ， 尽可能使用可再生的绿色能源 ， 实现建筑的低能耗 ，低排放的标准 图 1 总平面图3 节能设计手段影响建筑热环境有四个要素 : 空气温度 、辐射温度 、风速及空气湿度 除了空气湿度在现阶段绝大部分靠机械手段对其进行调节外 其他三个要素都可以靠建筑手段进行改善 ，从而降低建筑能耗 ， 创造适宜的夏季热环境 3. 1 合理组织通风建筑的自然通风在人类历史上一直把这一措施作为营造室内热舒适环境的重要途径 特别对于夏季降低室内温度有着明显作用 研究表明 ， 风速是决定室内热环境的重要因素之一 风速越大人就会感觉越凉快 在夏热冬暖地区 ， 如果建筑有足够的可开窗通风面积 ， 就可以依靠通风获得良好的室内环境 ， 可以有效排热 ， 减少空调的使用 福州地区夏季的主导风向为东南风 专家公寓楼从总平设计开始就注重对当地季风朝向的引导 结合原有地形 ， 地貌设计景观主轴 ， 把东南风引入小区内部 ， 加强基地内部风的流动 ， 从而降低温度 。
项目共设计 ABCD 四个组团 ， AB 组团64 福建建设科技 2012. No. 5■节能与绿色建筑公寓楼朝向为南偏东 30 度 ， CD 组团公寓楼朝向为南偏东6. 2 度 均处于季风的风向内 由景观溪流开辟出来一条风的走道 ， 将季风引入小区深处 图 2 是用 Fluent airpak 软件分析总平上的风速 通过软件分析表明 : 由于总平上结合溪流设置了顺应主导风向的风之通道 ， 小区的四个组团均能享受到良好的通风 图 2 总平通风分析住宅的平面布局呈 U 型 ， 这样可使各主要起居空间都能享受到充分的日照与穿堂风 单边开口的中心小庭院不仅将绿化引入建筑内部 ， 而且又引入了东南风 使建筑北面的房间有足够的通风面积 ， 改善建筑小气候 ， 优化建筑环境 建筑第二进深为交通空间 － 部三跑楼梯具有吹拔的效果 ， 加速风在住宅内部的竖向流动 ， 从而降低空气温度 ， 提高夏季的舒适性减少空调时间 兼顾冬季采暖 ， 窗户应适当采用保温性能好的材料 ， 并提高气密性 建筑平面详图 3) ( 建筑平面风速图详图 4) 图 3 平面图3. 2 减少辐射辐射分为太阳的直接辐射和各面内墙表面远红外辐射 。
3. 2. 1 太阳的直接辐射绝大部分从门窗处而来通过设计遮阳来达到减少阳光的直接辐射 ， 降低空调能耗 ， 改善室内舒适环境的目的 遮阳包括门窗本身的遮阳和门窗的建筑遮阳 南方地区设置建筑遮阳是大大降低建筑能耗的手段之一 而冬季由于太阳高度角的不同 ， 阳光又可以直接晒进室内 ， 也不影响冬季采暖 在建筑设计上结合不同的功能及立面造型 ， 选用多种遮阳形式 : 主要有水平遮阳 ， 部分有垂直遮图 4 软件分析平面通风阳和档板遮阳 其中阳台 ， 雨披 ， 屋面挑檐是固定形式的遮阳 ， 而阳台外木百叶推拉扇为活动挡板遮阳 ， 主要在太阳高度角比较低的时候发挥作用 ， 而其人为可动的模式又不影响建筑通风 ， 是今后遮阳技术的主要方向 另一种活动遮阳是绿化遮阳 ， 在建筑内庭院种植高大落叶阔叶树 ， 夏天枝繁叶茂起到遮阳效果 到了冬天剩下枯枝 ， 又不影响阳光照进室内 ， 是一种有效的节能手段 3. 2. 2 各面内墙表面远红外辐射包括外墙体和屋面减少间接辐射主要方法就是让建筑外表皮少吸收 ， 少传导热量 首先建筑外立面大部分采用浅色涂料和面砖 ( 建筑立面详附图五 ) 外墙采用导热系数为 0. 16W/m. k 的蒸压砂加气砼砌块 。
东西外墙采用双墙构造 : 100 厚加气混凝土砌块 +100 厚空气间层 +100 厚加气混凝土砌块 根据以往已建工程的实测值 ， 这种墙体的传热系数是无中间空气层的加气混凝土砌体的 3/4， 极大降低东西外墙的热传递从而减少间接热辐射 屋面保温隔热层为挤塑聚苯乙烯泡沫板 ， 传热系数满足节能要求 图 5 立面效果局部坡屋顶面上设置太阳能热水器 太阳能是天赐资源 ， 具有取之不尽 ， 用之不竭 ， 洁净环保 ， 用之无偿等优点 ， 它被认为最好的可再生能源 目前太阳能在建筑节能领域中的应用形式多样 ， 太阳能热水器是太阳能利用最成熟的方式 本项目在各户坡屋顶上安装 1. 8m2太阳能集热器 ， 采取太阳能屋面一体化设计 ， 即降低住宅顶层夏季室 ( 下转第 14 页 )14 福建建设科技 2012. No. 5■地基基础工程采用公式 ( 2) 计算可得 ， 在 0≤Hb≤6m 范围内 ， 当 △H =0．5m、1m、1．5m 、2m 、2． 5m 、3m 时 ， 三种墙型的挡土墙抗滑最不利水位均为 6m而按公式 ( 1) ， 采用逐步试算的方法 ， 计算得到三种墙型的挡土墙抗滑稳定系数随水位变化曲线图 ( 图 5 ～ 图 7) 。
由图可见 :( 1) 三种墙型的抗滑稳定系数随水位高程增加而逐渐降低 ， 最不利的水位均为墙身最高处 ， 即 6m 2) 墙前水位一定时 ， 墙前与墙后水位差越大 ， 挡土墙抗滑稳定性越差 ， 主要是由于墙后填土的动水压力随墙前后水位差增大而增大引起 3. 2. 2 抗倾覆稳定最不利水位采用公式 ( 4) 或公式 ( 6) 计算可得 ， 在 0≤Hb≤6m 范围内 ， 当 △H = 0. 5m、1m、1. 5m 、2m、2. 5m 、3m 时 ， 三种墙型的挡土墙抗倾覆最不利水位均为 6m而按公式 ( 3) 或公式 ( 5) ， 采用逐步试算的方法 ， 计算得到三种墙型的挡土墙抗倾覆稳定系数随水位变化曲线图 ( 图9 ～ 图 10) 由图可见 :( 1) 三种墙型的抗倾覆稳定系数随水位高程增加而呈现降低趋势 ， 最不利的水位均为墙身最高处 ， 即 6m 2) 墙后水位高程一定 ， 且墙后地下水位较低时 ， △H 越大抗倾覆稳定性越大 ， 随墙后地下水位升高 ， △H 越大抗倾覆稳定系数越小 因此 ， 墙前后水位差越大并不能说明挡土墙抗倾覆稳定性越差 ， 在一定的墙前水位高程以下 ， 水位差越大 ， 挡土墙抗倾覆稳定性越好 。
综上表明 ， 逐步试算法与求极值的方法确定浸水重力试挡土墙的最不利水位 ， 其计算结果相当 ， 表明求极值方法可以确定浸水重力式挡土墙最不利水位 4 结论根据浸水重力式挡土墙不同墙型 ， 采用传统逐步试算法与求极值的方法分别确定抗滑与抗倾覆稳定最不利水位计算公式 ， 并通过算例验证求极值方法确定浸水重力式挡土墙最不利水位的合理性 1) 墙后填料为砂性土时 ， 浸水重力式挡土墙抗滑最不利水位一般位于墙高约 2/3 处 ， 而抗倾覆最不利水位则位于墙顶处 2) 墙后填料为粘性土时 ， 浸水重力式挡土墙抗滑与抗倾覆最不利水位一般均位于墙顶处 3) 墙前后水位差越大并不能说明挡土墙抗倾覆稳定性越差 ， 在一定的墙前水位高程以下 ， 水位差越大 ， 挡土墙抗倾覆稳定性越好 4) 逐步试算法与求极值的方法确定浸水重力式挡土墙的最不利水位 ， 其计算结果相当 ， 表明求极值方法可以确定浸水重力式挡土墙最不利水位 参考文献［1］邓学钧. 路基路面工程［M］. 北京:人民交通出版社，2008.［2］张敏江、赵乃志、杨军彩，等. 浸水重力式挡土墙的滑移分析［J］.沈阳建筑大学学报，2005，21(1) :5 －7.［3］肖化文、易思勇、江义兰. 浅论浸水挡土墙的土压力计算法［J］.浙江水利科技，2004，(6) :5 －15.［4］梁淑影、张凤臣. 浸水地区挡土墙设计［J］. 黑龙江交通科技，2010，33(2) :55.［5］肖化文、江义兰、易思勇. 浸水挡土墙设计［J］. 水利科技与经济，2004，10(5) :檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲276 －283.( 上接第 64 页 ) 内温度又可充分利用可再生能源 ， 是一举两得的节能措施 。
详附图六 )图 6 屋面太阳能3. 3 调节空气温度空气温度受气候和地理位置影响 ， 现阶段室内空气温度主要靠机械方式调节 但在被动式建筑节能设计上可以通过设置绿化 、水景等建筑手法调节小区内部小气候 利用水的热容比空气大 : 夏天蓄热 ， 冬天放热 而水的吸热放热过程也会带动周围空气的流动 ，。