【摘要】目前我国建筑能耗总量逐年上升，能源紧张与需求扩张的矛盾日益突出。面对这一问题发展节能建筑抑或是被动式建筑是我国建筑行业未来发展必然的趋势。近年来被动式建筑越来越被人们所熟悉，但被动式建筑的理念和技术路线却没有被明确化和量化，本文从被动式建筑的发展历程出发，论述了被动式建筑的核心理念以及主要技术构成和发展趋势，并希望能为我国的被动式建筑发展提供一定的指导。
【关键词】被动式建筑、节能设计、设计理念
【Abstract】At present， China"s total energy consumption of building is rising year by year， the contradiction between energy shortage and demand expansion is becoming increasingly prominent. In the face of this problem， the development of energy saving building or passive building is the inevitable trend of the future development of China"s construction industry. Passive construction is becoming more and more familiar in recent years， but the concept and technology of passive construction is not defined and quantified. This paper discusses the core concept and the main technical structure and development trend of passive construction.
【Keywords】Passive building；energy saving design； design concept
引言
随着社会的发展与进步，建筑已经不再仅仅是满足人们基本生存需求的场所。现如今人们对于建筑的功能以及建筑室内的环境质量要求越来越高，这导致了大量不可再生能源的消耗以及自然生态环境的日益恶化，现今基本所有的发达国家及发展中国家均面临着日益严重的能源枯竭以及生态环境恶化的矛盾及问题。在我国经济的快速发展带动了居民生活品质的不断提升，这同时也使得我国的建筑能耗需求量不断升高[1]。而今能源与生活品质需求的矛盾日益激化，为此建筑能耗问题日益引起社会公众的注意。随着理论和技术的不断发展，被动式建筑、节能建筑、零能耗建筑等新的理念和措施逐渐走进公众的视野，并引发一场新的研究热潮。
近两年来被动式建筑的概念在我国被提及的频率越来越高，社会和政府的关注程度也越来越高。而且随着德国等其他发达国家的辅助已经在我国黑龙江、新疆以及辽宁等多个省份建立了多个示范建筑，这为其推广做了很好的例证。发展被动式建筑对于解决我国能源与建筑舒适需求的矛盾提供了一种途径，大力发展被动式建筑的技术和理念对于降低我国建筑能耗有重要意义[2]。因而本文从被动式建筑概念和发展历程出发对被动式建筑的选材、空间布局、设计流程进行了探讨和分析，以期对我国被动式建筑的未来发展能够起到一定的指导作用。
1. 理念及发展历程
被动式建筑是指对于建筑整体而言采用密封式结构措施，在建筑门窗墙体等材料的选取上选用保温材料，从而使得建筑不再需要抑或是最大程度地降低对传统采暖与空调系统的依赖，让建筑在四季中均能保持人体舒适温度的低能耗建筑[3]。被动式建筑是舒适、低能耗的生活方式的一种代表。
被动式并不同于节能建筑等相关概念。节能建筑是指遵循气候设计和节能的基本方法，对建筑规划分区、群体和单体、建筑朝向、间距、太阳辐射、风向以及外部空间环境进行研究后，设计出的低能耗建筑。节能建筑的定义同时也由一些门窗面积比以及墙体传热系统等相关指标来规定。而被动式建筑则是完全不采用任何主动式措施及外来人工辅助能源，完全依靠自身的建筑构造体系及建筑布局来达到四季舒适的目的。
被动式建筑的概念最早源于瑞典和德国，随后通过大量的研究以及政府的资助，被动建筑的概念被逐渐完善起来。早在1990年，世界第一幢被动式居住建筑在德国达姆施塔特市开始建造，并于1991 年在一系列节能措施改造后投入运行，其年能耗量比普通建筑降低了约78%。而在1996年，被动房屋协会在达姆施塔特成立，该协会致力于推广被动式建筑技术并规范被动式建筑标准。从此以后世界上有越来越多的被动式建筑不断落成。目前，全世界已经建成的被动式建筑超过了30000栋，而德国的被动式建筑便占了16000栋。目前在世界上被动式建筑技术及规范发展最为完善的便是德国和瑞典。我国对于被动式建筑的研究起步较晚，早在20世纪80年代我国便已经开展了节能建筑的相关研究，如王德芳、李元哲等对我国太阳能建筑的发展和利用做出了突出贡献。进入21世纪以后被动式建筑、生态建筑等理念逐渐被人们所接受并开展了一系列研究，如我国西安建筑科技大学的刘加平团队便对我国西部传统民居的被动式技术措施进行了深入研究和在应用，并取得了很好的研究成果。
2. 主要技术构成
2.1. 空间布局
建筑空间布局的合理与否决定了建筑对于自然能源的利用程度如何，如室内自然通风。充分地利用周围的自然资源以及建筑自身构造的优点是被动式建筑的主要特征和内在本质。自20世纪60年代起众多学者就对居住建筑利用自然通风来使室内环境达到所需的舒适程度进行了大量的研究，如美国学者Olgyay、Givoni等。合理的建筑开窗位置及面积以及内部隔断的布置对于室内通风效率的提高有重要意义，有研究证明室内风速通常能达到室外风速的60～80%，而当室内布局不合理时同样的室外风速条件下室内风速仅为室外的10%左右[4]。在过渡季节内适当的室内通风对于提升室内热舒适度以及室内空气品质有重要意义。
2.2. 建筑选材
建筑的围护结构是建筑用来抵御室外不利气候因素的主要屏障，而衡量建筑围护结构共性能的主要指标在于其传热系数以及蓄热系数的大小。在德国被动式建筑外墙的传热系数通常不超过 ，而目前我国相关建筑节能标准中要求严寒地区外墙传热系数控制在 上下。在德国被动式建筑的外保温材料的厚度也比我国大得多，通常厚度均在260mm以上。同时窗玻璃采用了三层中空，窗框采用断桥合金，并在建筑的热桥部位进行特殊的保温处理，这些措施对于减少冬季热损失都起到了相当大的作用。鉴于被动式建筑的宗旨，对于我国被动式建筑发展来说并无需要一步到位做到如此低传热系数的程度，而是应当结合地区经济技术的发展现状进行合理评估和选材，且对于建筑来说并非传热系数越低越好，因为对于夏季炎热地区而言，低传热系数的墙体可以阻止热量的传入同时也阻碍了室内热量的散失。因此应根据建筑的实际用途和需求来选材并设计围护结构层次构造。
3. 设计流程及软件分析
被动式建筑设计应该紧扣因地制宜、利用自然能的主旨思想，从建筑方案按之初就应该紧紧结合地域自然环境亦或是城市区域环境而设计。早在20世纪五六十年代人们就已经意识到建筑结合自然、生活结合自然的必要性，麦克哈格的《设计结合自然》就最早指出了结合自然而设计，人工建筑亦或是城市与自然环境和谐发展的必要性。60年代美国学者奥尔伊吉以及吉沃尼等提出了建筑的生物气候设计理念，这也为被动式建筑的发展起到了巨大的推动作用，他们不仅提出了建筑生物气候设计理念，同时也采用实验的方法量化建筑不同的设计参数以及开发了一系列图表便于建筑师进行分析和应用[5]。
现今随着BIM技术的发展，建筑前期及后期能耗评估等分析软件在建筑行业的应用越来越广泛。应用于BIM系列软件（如Climat Consultant 、Ecotect 、Fluent 、EnergyPlus等软件）可以轻松地帮助建筑设计师对地域建筑所处的气候条件进行分析，并选用合适的建筑设计策略（如：太阳能、夜间通风、蒸发降温、地道风）来充分利用既有的自然资源。如本文图3所示所有的BIM系列软件均可以进行模型的转换和分析，可以输出一系列分析结果已供建筑设计师的分析用，同时采用EnergyPlus以及Fluent软件还可以对设计完成后的建筑进行全年能耗以及室内外风环境进行模拟分析，通过分析结果可以辅助建筑师来进行更改和优化设计方案，使得被动式建筑设计成为可能。
4. 未来发展趋势
随着社会经济的快速发展，各行各业对于能源的需求量与日俱增。而我国南方制冷能耗以及北方冬季采暖能耗均是建筑能耗的主要部分，随着建筑面积的逐渐增加，每一年的能耗总量也在不断攀升。如何应对和解决这个矛盾是未来我国建筑行业发展必须面对的一个关键性问题。在此情况下发展和推广被动式建筑设计的理念和方法是解决这些矛盾的一种有效途径。采用高效的能源利用措施，充分应用周围的自然资源是未来建筑发展的主要趋势。
5. 结论
大力发展适用于我国被动式建筑设计方法以及技术对于应对我国当年的能源紧缺问题尤为重要，同时减少能源的大量使用也会使得生活的自然环境更好。在应用和推广被动式建筑时不应被建材厂商所绑架进行销售，被动式建筑并不是意味着必须花高的价钱来采用最优的建材，从而建造出低能耗的建筑，被动式建筑中心理念应是因地制宜、结合自然。只有充分运用地域气候环境优势，采用适当的建材来改善亦或是抵御不利的室外环境才能设计和建造出最佳的被动式建筑。
参考文献：
[1] 江亿. 中国建筑能耗现状及节能途径分析[J]. 新建筑，2008（2）.
[2] 王肖丹. 建筑发展新趋势——被动式建筑[J]. 科技信息，2013（21）：176-177.
[3] 王丽颖， 丘雨佳. 对德国被动式居住建筑节能技术的考察[J]. 长春工程学院学报（自然科学版），2013，14（3）：38-40.
[4] 吉沃尼. 人·气候·建筑[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1982.
[5] Ali Sayigh， Hamid Marafia. Chapter-Thermal comfort and the development of bioclimatic concept in building[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，1998，2（1）：3-24.
