被动式节能建筑围护结构的技术特征.docx

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被动式节能建筑围护结构的技术特征

被动式节能建筑围护结构的技术特征

第33卷第5期南京工业大学（自然科学版）Vo1.33No.5

2011年9月JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY（NaturalScienceEdition）Sep.2011

被动式节能建筑围护结构的技术特征

许锦峰,黄欣鹏,吴志敏

（江苏省建筑科学研究院有限公司,江苏南京210008）

摘要:

简述被动式节能建筑的起源,分别从外墙,屋面,门窗及外遮阳4个方面说明了其围护结构的技术特征,并

比较被动式节能建筑与未采用被动式节能建筑的区别,最后将两者的室内环境测试进行比较.结果表明:

在夏热

冬冷地区推广被动式节能建筑非常必要.

关键词:

被动式节能建筑;围护结构;室内环境;夏热冬冷地区

中图分类号:

TU111.4文献标志码:

A文章编号:

1671—7627（2011）05—0060—04

Technicalcharacteristicsofpassiveenergy—savingbuildingenvelope

XUJinfeng,HUANGXinpeng,WUZhimin

（JiangsuResearchInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd.,Nanjing210008,China）

Abstract:

Anoverviewoftheoriginforpassiveenergy—savingbuildingswasprovided.Thetechnicalchar—

acteristicswerespecifiedfromfouraspects:

externalwall,roofing,windowsanddoors,andexternalsun—

shading.Thedifferencebetweenbuildingswithandwithoutpassiveenergy—savingtechniquewasalso

demonstrated.Finally,indoorenvironmentsofthebuildingsdiscussedabovewastestedandcompared.

Theresultindicatedthatthepromotionforpassiveenergy-savingbuildingswasnecessaryintheareaswith

hotsummerandcoldwinter.

Keywords:

passiveenergy—savingbuilding;exterior—protectedconstruction;indoorenvironment;area

withhotsummerandcoldwinter

被动式节能建筑是采用被动式节能技术的建

筑.被动式节能技术,是指通过建筑自身的布局,材

料,做法等契合气候辅以空调设备间歇运行达到舒

适与节能的技术.区别于主动式节能技术将室内空

间与自然相隔离,再用高效节能的空调设备创造宜

人环境的做法.采用的做法是尽可能因势利导,充

分利用现有的自然条件,使建筑最大限度地适应周

围环境.被动式节能建筑主要有3个特征:

1）营造了舒适,健康的室内环境,相比于密闭

门窗,空调连续运行的建筑,被动式节能建筑通过合

理布局为室内提供新鲜,清洁的自然空气,改善室内

空气品质,有利于人的生理和心理健康,满足人们心

理上亲近自然,回归自然的需求.

2）符合人们的传统生活方式和习俗.传统生

活方式中,人们习惯早晨开窗换气,冬季晴天晒太

阳,夏季晴朗夜晚乘凉;被动式节能建筑综合利用自

然通风和被动采暖等措施为居民建立起方便,惬意

的生活模式.

3）极端气候条件下使用空调设备满足人们对

室内热舒适环境的需求,因空调设备间歇开启,故需

设备能够较快地制冷或制热,从而缩短从空调开启

到室内舒适的时问.

收稿日期:

2011—04—01

基金项目:

”十一五”国家科技支撑计划资助项目（2008BAJ12B01）

作者简介:

许锦峰（1963一）,男,江苏南通人,研究员,博士,主要研究方向为建筑节能和绿色建筑,E-mail:

pgkun@163.con

第5期许锦峰等:

被动式节能建筑围护结构的技术特征6l

1被动式节能建筑的起源

近十年来在国内,一方面西方发达国家”空调

连续运行”的用能模式作为时尚正迅速普及;另一

方面,适宜于北方寒冷地区的建筑节能技术在南方

夏热冬冷地区非理性发展起来.这样的做法忽略了

气候特点对建筑的影响,同时千篇一律的建筑形式

也丢失了区域文化特征,使人们的传统习惯在现代

建筑面前无所适从.

反观中国传统优良民居,那时没有现今的高能

耗空调等设备,却能够依靠自身建筑上的处理,巧妙

应用被动技术营造出相对适宜的生活环境,耗能极

少或不耗能;建筑与周围自然环境和谐共生,保持了

独特的地域特点.

传统被动式节能建筑正引起越来越多的重视,

对现代建筑的节能设计很有借鉴意义,这方面的研

究工作也在国内逐渐开展起来¨.

值得鼓励.夏热冬冷地区的围护结构中墙体节能的

贡献率相对有限.这类地区外墙应有一定的热阻,较

大的衰减值和延迟时间,外表面浅色饰面等,自保温

墙体较容易达到这些要求.自保温墙体可采用高性

能的新型墙体材料,如江河淤泥烧结节能砖,自保温

混凝土砌块,蒸压轻质加气混凝土砌块,页岩模数多

孔砖,蒸压加气轻质混凝土隔墙板等,也可与保温材

料构成自保温结构体系.自保温墙体具有耐久性好,

不燃,施工便捷,综合经济性好等优势,能与建筑同寿

命,这些是外保温系统所不具备的.自保温可与内保

温或隔热涂料配合使用,优势互补,且满足保温隔热

和室内热稳定性要求更高的建筑的要求,这样的做法

兼顾了夏季隔热和冬季保温的要求,使热阻变大的同

时热惰性指标也随之提高.

另外,传统建筑中采用落叶型的爬山虎等攀沿

植物覆盖外墙是一种优良的被动节能设计方法,有

条件应尽量采用.

2被动式节能建筑围护结构外墙特征3被动式节能建筑围护结构屋面特征

区别于北方寒冷地区外墙多考虑保温的情况,

夏热冬冷地区外墙设计应充分考虑夏季的隔热,兼

顾冬季的保温.要使外墙取得好的保温隔热效果,

应选择合适的外墙保温构造.建筑北墙是冬季主导

风向的迎风面,表面冷空气流速大,单位面积散热量

高于其他3个方向外墙.设计外墙保温隔热构造

时,宜加强北墙的保温性能,提高传热阻.东西向墙

夏季太阳辐射强烈,外表面温度可达60℃以上,在

满足其保温性能的同时宜加强其隔热性能,选用传

热系数小且蓄热能力较大的墙体材料.

JGJ134—20l0《夏热冬冷地区居住建筑节能设

计标准》要求当体形系数≤0.4时,外墙应满足:

传热系数K≤1.5W/（m?

K）,热惰性指标D>2.5

或K≤1.0w/（m?

K）,D≤2.5.在夏热冬冷地区标

准的基础上,DGJ32/J71_2008《江苏省居住建筑热

环境和节能设计标准》结合地区地理气候特点将

北向墙的传热系数取值更严格,南向墙的传热系数

稍微放宽了一些.

目前夏热冬冷地区的大部分新建建筑外墙保温

构造采用外墙外保温.常见的外墙外保温种类有粘

贴泡沫塑料保温板,现场喷涂或浇注聚氨酯硬泡,保

温装饰板等.但这些材料存在着防火性能差,耐久

性差,易开裂渗漏等方面的缺点.

相对于外保温系统,在夏热冬冷地区自保温墙体

在夏热冬冷地区,冬季屋面散热在围护结构热

量总损失中占有相当的比例,夏季来自太阳的强烈

辐射又会造成顶层房问过热,使空调能耗加大.夏

热冬冷地区,夏季防热是主要任务,因此对屋面隔热

要求较高.要想得到理想的屋面保温隔热性能,可

综合采取以下措施:

1）选用合适的保温材料,其导热系数,热惰性

指标应满足标准要求;

2）采用架空形式保温屋面或倒置式屋面等;

3）采用屋顶绿化屋面,蓄水屋面,浅色坡屋

面等;

4）采用通风屋顶,阁楼屋顶等.

4被动式节能建筑围护结构门窗,玻

璃幕墙特征

外门窗和玻璃幕墙是建筑物与外界热交换,热

传导最活跃,最敏感的部位.冬季,其保温性能和气

密性能对采暖能耗有重大影响,是墙体失热损失的

5～6倍;夏季,大量的热辐射直接进入室内,大大提

高了制冷能耗.因此外门窗和玻璃幕墙设计应该是

被动式节能建筑围护结构设计的关键部位.被动式

节能建筑宜适当加大南向窗户面积同时适当缩小北

向窗户面积,这样既有利于冬季充分利用南向窗太

阳得热进行被动式采暖,又有利于减少冬季北向窗

62南京工业大学（自然科学版）第33卷

向外散热.

在夏热冬冷地区,应选择热工性能和气密性能

良好的窗户和玻璃幕墙系统.窗和幕墙良好的热工

性能来源于型材和玻璃.型材的种类有断桥隔热铝

合金,聚氯乙烯塑料,铝木复合型材等;玻璃的种类

有普通中空玻璃,低辐射气度膜（Low—E）中空玻璃,

真空玻璃等.其中,Low.E中空玻璃由于影响冬季

日照采暖,宜谨慎使用,特别是对于南向窗.窗和幕

墙就气密性而言,平开窗的气密性能优于推拉窗;对

玻璃幕墙,呼吸式玻璃幕墙应是比较好的选择.

5被动式节能建筑围护结构隔热措施

及外遮阳特征

如上文所述门窗和玻璃幕墙与外界热交换最活

跃,为了在夏热冬冷地区夏季做好隔热措施,应充分

重视建筑外遮阳技术的应用.建筑遮阳可以降低太

阳辐射,削弱眩光,提高室内热舒适性和视觉舒适

性,降低制冷能耗.合理设置外遮阳能遮挡70%～

85%的太阳辐射热,大大降低空调负荷;而内遮阳则

只能阻挡20%～30%的太阳辐射热,节能贡献

有限.

时刻

建筑的遮阳技术由来已久,形式多样.传统建

筑常采用遮阳板,深凹窗,外廊,阳台,挑檐,藤蔓植

物等遮阳措施.如果采用固定式建筑构件遮阳时,

可以借鉴传统民居中常见外挑的屋檐和檐廊设计,

辅以计算机模拟技术,做到夏季遮阳隔热,冬季满足

日照要求.

百叶式活动外遮阳在夏季可有效遮阳,显着降

低空调能耗,并保持室内舒适,光线均匀.过渡季节

采用活动外遮阳的同时可保持室内良好的通风和自

然采光,且不会遮挡视线,提高室内舒适度.冬季白

天可收起活动外遮阳设施,充分获得太阳辐射热,减

少采暖负荷并保证正常自然采光;夜里开启还能提

高保温性能的作用.百叶式活动外遮阳具有其他活

动遮阳方式不可替代的优点,非常适于夏热冬冷气

候地区的建筑.图1为自然通风条件下遮阳房间与

未遮阳房间室内,外空气温度和太阳辐射图.测试

表明,遮阳房间进入的太阳辐射与未遮阳房间进人

的太阳辐射的平均比值为0.18,白天自然通风条件

下遮阳房间与未遮阳房间室内空气温度相比,平均

降低2.2℃,最高降低4℃.

149:

46l1:

1412:

4214:

1015:

3817:

06l8:

34

时刻

（a）空气温度（b）太阳辐射

图1遮阳房间与未遮阳房间空气温度和太阳辐射对比

Fig.1Comparisonoftemperatureandsolarradiationbetweenshadedroomandnon-shadedroom

6被动式节能建筑与非节能建筑室内

环境比较

被动式节能建筑通过墙体保温隔热,架空屋面,

活动外遮阳等建筑自身构造措施极大地缩减了开启

空调采暖,制冷的时间,拓宽了室内热舒适区.图2

以南京为例给出了被动式节能建筑与非节能建筑在

室外气候变化条件下室内热舒适区,以热舒适度

（PMV）为评价指标.在室温为21.1cIC,相对湿度

50%以下,气流为10cm/s（无风）,受试者安静坐姿,

感觉舒适并维持平均皮肤温度33.3℃时,其基础代

谢为58.1W/m的基准条件下,定义受试者所穿服

装的热阻为1elo,1elo=0.155℃?

m/w.

图2按照文献[5]提供的典型气象年逐时参

数,取夏季服装热阻为0.5clo,冬季服装热阻

1.5clo,春秋季节服装热阻0.8clo计算了南京市1

年8760h的热舒适度（PMV）指标.图2中PMV指

标位于一0.5～0.5的中问区间为绝对热舒适区,被

动式节能建筑和非节能建筑均无需开启空调;被动

式节能建筑将PMV指标扩展至一0.8—0.7区间,

O505O5

32211O0

一IⅢ...r）/越艇杂

第5期许锦峰等:

被动式节能建筑围护结构的技术特征63

O2190438065708760

时间,h

图2被动式节能建筑与非节能建筑热舒适区比较

Fig.2Comparisonbetweenpassiveenergysavingbuildingand

non-energysavingbuilding

在这个扩大的区间内,被动式节能建筑室内热环境

均能满足居住者的生理需求无需开启空凋.从图2

的计算数据分析表明:

非节能建筑为维持室内舒适

热环境全年需开启空调设备2800h左右,被动式节

能建筑比非节能建筑夏季空调开启时间减少600h

左右,冬季采暖时间减少1200h左右;相对于非节能

建筑,被动式节能建筑尤其在冬季可以在保持室内

舒适的条件下极大地减少使用空调的时间.

在理论研究工作的同时,近年来江苏省建筑科

学研究院通过大量的围护结构现场热工测试和室内

热环境测试工程积累了丰富的经验和可靠的测试数

据,测试数据表明被动式节能建筑与非节能建筑室

内热环境差别很大,具体情况如表1,表2所示.

表1夏季室内热环境检测情况

Table1Monitoringsituationofindoorthermal

euvironmentinsummer

由表1和表2可见:

夏热冬冷地区,在被动式节

能建筑内,夏季室内环境稍热,冬季室内环境比较舒

适;而非节能建筑内热环境则相当差.即要维持室

内相同舒适程度时,被动式节能建筑空调设备间歇

表2冬季室内热环境检测情况

Table2Monitoringsituationofindoorthermal

environmentinwinter

开启就行,而非节能建筑空调设备必须连续运行.

对此2种情况耗电量的实测,采用间歇空调模式耗

电量为每年26kW?

h/m,连续空调模式耗电量

为62kW?

h/m.

7结语

夏热冬冷地区,被动式节能建筑借鉴传统优良

建筑,结合现代建材新技术运用,在围护结构上继承

传统,创新发展,集中表现在:

1）外墙对各朝向热工设计区别对待,运用隔热

涂料和自保温墙体等新技术;

2）屋面加强隔热措施,屋顶下采取通风措施;

3）外门窗和幕墙选择热工性能优秀的型材并

注重活动外遮阳的应用.

被动式节能建筑一方面满足了现代人对室内热

环境的需要;另一方面适应区域气候条件,减少了采

暖,空调设备运行时间,极大地降低了建筑能耗,在

夏热冬冷地区具有广阔的应用价值.

参考文献:

[1]陈湛,张三明.中国传统民居中的被动节能技术[J].华中建

筑,2008,26（12）:

205—210.

[2]付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:

中国建筑工

业出版社,2002.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ134--2010夏热冬冷地区居住建

筑节能设计标准[s].北京:

中国建筑工业出版社,2010.

[4]江苏省建筑科学研究院.DGJ32/J71--2008江苏省居住建

筑热环境和节能设计标准[s].北京:

中国建筑工业出版

社.2009.

[5]中国气象局气象信息中心气象资料室.中国建筑热环境分析

专用气象数据集[M].北京:

中国建筑工业出版社,2005.

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