【中國幕墻網(wǎng)】隨著建筑對環(huán)境的影響日益明顯，“被動設計”作為減少建筑對環(huán)境不利影響的一種嘗試，得到了越來越多的重視。建筑是離不開當?shù)氐臍夂颦h(huán)境的。各地的傳統(tǒng)建筑存在的時間比我們所謂的現(xiàn)代建筑存在的時間要長得多，與當?shù)貧夂虻倪m應性非常強。
隨著建筑對環(huán)境的影響日益明顯，“被動設計”作為減少建筑對環(huán)境不利影響的一種嘗試，得到了越來越多的重視。建筑是離不開當?shù)氐臍夂颦h(huán)境的。各地的傳統(tǒng)建筑存在的時間比我們所謂的現(xiàn)代建筑存在的時間要長得多，與當?shù)貧夂虻倪m應性非常強。它們不僅僅具有歷史文化價值，它們絕大多數(shù)仍然具有使用價值，對他們進行建筑物理方面的研究是具有非常重要的意義的。但是，我們知道傳統(tǒng)建筑的體形系數(shù)都比較大，一般在0.5~0.7之間，它們有足夠的空間可以在建筑物理方面做文章。對于我們這種人口大國來說，完全的回歸傳統(tǒng)是很難做到的，人口的增長和城市化進程要求我們必須針對現(xiàn)有的高
容積率的建筑形式提出解決方案，去適應城市化導致的人口集中，同時確保居住者的舒適。
1.“被動設計”的原則
以往建筑師更多地從結構角度看待外立面，通常把
建筑外立面叫做
圍護結構，更多地強調(diào)封閉和
隔斷。但對于“被動設計”，應該盡量多地利用建筑周圍的自然環(huán)境中的有利因素。因此我們把它看作一種能夠隨環(huán)境動態(tài)變化的半透膜，把不利的環(huán)境條件隔離掉，把有利的環(huán)境條件引入到室內(nèi)。設計這種半透膜式的外立面的目的和著眼點是確保使用者的舒適，沒有了這個前提，其他任何努力都是沒有意義的。舒適完全可以用一些特定的指標來量化，而且這些指標不會因為居住者的膚色和種族不同而變化。因此，我們說“被動”的外立面設計應遵循的原則是：在確保舒適的前提下，使外立面動態(tài)地適應環(huán)境變化，最小化
建筑能耗，也就是盡量節(jié)約由于
采暖、制冷、通風和照明所消耗的能源，同時利用建筑的空閑立面來生成能源。
2.“被動設計”要考慮的幾個關鍵因素
a)
門窗保溫和控制
提高
門窗的保溫性能和
氣密性能是
建筑節(jié)能不可或缺的措施之一，特別是針對有采暖要求的地區(qū)。隨著
熱傳導系數(shù)(
U值)的降低，門窗的保溫性能會相應提高，采暖能耗會相應降低，但是當門窗的熱
傳導系數(shù)(U值)降至1.5W/(m2K)以下時，繼續(xù)降低熱傳導系數(shù)所帶來的益處與付出的成本之比(益本比)就會明顯下降。以上考慮的只是采暖工況，強調(diào)的是仍然是隔斷和封閉。在制冷工況或適于自然通風的工況下，門窗的保溫性能就并不顯得很重要了，相比之下，門窗的開啟方式和控制方式對于有效節(jié)約能源的作用會更大一些。將門窗的開啟方式和開閉狀態(tài)置于電控和程序控制之下，就可以利用晝夜溫差和室內(nèi)空氣流向，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量，其所耗費的能量要遠遠低于空調(diào)能耗。
b)
外墻保溫
在炎熱潮濕地區(qū)和炎熱
干燥地區(qū)，年平均溫度大于25℃，在墻面和屋面上添加40mm的
保溫層后，對降低制
冷負荷的效果并不明顯(均小于5%)。而對于夏熱冬冷地區(qū)的采暖負荷的降低貢獻很大(達到20%)。因此在夏熱冬冷地區(qū)和寒冷地區(qū)的建筑墻面和屋面上
敷設保溫層能夠有效提高外墻
表面溫度，從而節(jié)約采暖能耗，提高室內(nèi)舒適性。對于夏熱冬暖地區(qū)，則需要仔細考慮鋪設保溫層的初期投資成本和節(jié)約制冷能耗的效果。在定量分析保溫層的經(jīng)濟厚度時，我們發(fā)現(xiàn)，針對制冷負荷的保溫層經(jīng)濟厚度為40mm，大于這個厚度對于繼續(xù)降低制冷負荷的作用會不明顯;針對采暖負荷時，保溫層的經(jīng)濟厚度則為80mm。
c)
遮陽
最有效率的遮陽形式(
外遮陽)與最不節(jié)能的內(nèi)遮陽形式之間的差異非常明顯，最多可以達到10℃，這種結果使室內(nèi)的舒適性出現(xiàn)巨大差異。我們知道，空調(diào)
設備的選型是以夏季室內(nèi)最高溫度為依據(jù)的，選擇正確的遮陽形式對降低初始投資和運營成本的意義重大。
d)夜間通風
在晝夜溫差較大的地區(qū)，利用夜間室外較涼的空氣來
冷卻建筑主體是一種非常有效的降低制冷負荷的手段。兩個相同熱惰性的房間內(nèi)，有夜間通風時，室內(nèi)溫度能夠降低2到6℃另外，熱惰性較大的房間的溫度要比熱惰性較小的房間低4℃左右。似乎熱惰性較大的房間節(jié)能效果更明顯，特別是在白天運營狀態(tài)下。因此，在溫帶和亞熱帶的晝夜溫差較大的地區(qū)，最有效的降低通風和通調(diào)系統(tǒng)初期投資和運營能耗的方法是，設計具有較高熱惰性的房間，同時使外窗具備夜間通風功能。但是，如果該地區(qū)室外濕度較大或晝夜溫差不明顯，采取夜間通風方式并不足以幫助冷卻建筑主體，反而會破壞室內(nèi)的舒適。
e)自然
采光
由于
公共建筑能耗中的40%被用于人工照明，因此采用一些適當?shù)募夹g將自然光引入室內(nèi)，并使其不受日照角度和云層的影響，柔和地分布在室內(nèi)，對于節(jié)約能源和創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境有著重要的意義。在不采用日光引入系統(tǒng)的普通房間中，照度隨著與窗口的距離增大而迅速衰減，在增加了不同形式的日光引入系統(tǒng)后，室內(nèi)的自然采光狀態(tài)明顯改善。
以上談到的幾個針對門窗
幕墻“被動設計”的影響因素是綜合作用的。優(yōu)化它們的過程就是最大限度地利用當?shù)貧夂蛑械挠欣蛩厝_人工調(diào)節(jié)的能耗。一個很好的應用實例是我們目前在國內(nèi)越來越常見的
雙層幕墻。這種構造形式，我們與其將其成為一種新型產(chǎn)品，還不如把它叫做前面幾種影響因素綜合優(yōu)化后的一種結果。它是在綜合考慮該建筑所處的風環(huán)境、光環(huán)境、
熱工環(huán)境后，優(yōu)化了各個立面的保溫、遮陽、通風和采光，設計出的一種外墻構造。所以我們說雙層幕墻不是一種標準產(chǎn)品，而是被動應用氣候條件的一種構造形式。
這種隨當?shù)貧夂騽討B(tài)變化的墻體，對沖了建筑周圍環(huán)境變化幅度，確保了室內(nèi)相對恒定的舒適環(huán)境。這樣，即使在一些極端的環(huán)境條件下，人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)的介入是不可避免的，但無論如何都能夠使能耗最小化。
