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【摘  要】  被动式建筑作为建设设计的一个优化选项，能有效减少建筑物能源消耗。温和地区因其特有的气候条件特征，使得温和地区成为被动式建筑设计的理想气候区域。但被动式节能技术不能一味的照搬套用，需要根据不同建筑的使用特点，针对性的设计其被动式节能方案，使被动式节能技术有效地发挥作用，成为真正的被动式建筑。

【关键词】  被动式建筑  温和地区  被动节能技术

中图分类号  TU          文献标识码  B

【Abstract】  Passive buildings， as an optimization option in construction design， It can effectively reduce building energy consumption. Mild areas due to their unique climatic conditions make them ideal climate zones for passive building. However， passive energy-saving technology cannot be blindly copied and applied. It is necessary to design targeted passive energy-saving schemes according to the characteristics of different buildings， so that passive energy-saving technology can effectively play a role and become a true passive building.

【Keywords】  Passive Building  Mild Areas  Passive Energy-saving Technology

0  引言

被动式建筑（Passive House）是一种通过优化建筑设计、围护结构材料选择和保证施工技术，最大限度地减少能源消耗的建筑理念。被动式技术（Passive Technique）是以非机械电气设备干预手段实现建筑能耗降低的节能技术，具体指在建筑规划设计中通过对建筑朝向的合理布置、遮阳设施的设置、建筑围护结构的保温隔热技术、有利于自然通风的建筑开口设计等，实现建筑需要的供暖、空调、通风等能耗的降低。针对不同气候分区，被动式建筑需要考虑不同的使用特点以及不同的设计策略。

温和地区的气候条件相对稳定。以昆明地区为例，昆明为温和地区5A2区，采暖度日数和空调度日数都维持在较低的限值，其气候特点包括：温度适中，但日较差大；四季分明，但极端天气少；空气质量品质优；太阳辐射强度高等特点。

以上特点形成冬夏季室外舒适度与人体需求相差较小，自然环境好，由此而产生的建筑供暖空调负荷较低，使得温和地区成为建筑被动式设计理想的气候区域。

1  温和地区被动式建筑设计特点

1.1  高效的保温和隔热性能

特点：温和地区冬季相对温暖但仍存在低温时段，夏季气候温和但受建筑朝向和太阳辐射的影响仍会出现局部较大的冷负荷，因此建筑需要良好的保温隔热性能。

措施：围护结构采用高效保温材料（如聚氨酯泡沫、岩棉、EPS、XPS等）覆盖墙体、屋顶和地面；

采用双层或三层中空玻璃窗，填充惰性气体（如氩气），并使用低辐射（Low-E）图层等措施，降低玻璃热传导。

1.2  控制建筑热质量

特点：利用建筑材料的蓄热性能，调节室内温度波动。

措施：建筑围护结构采用高密度材料（如混凝土、砖石、石材等）作为墙体或地板，吸收并储存热量；

在冬季，围护结构白天吸收太阳能，夜间释放热量，维持室内温度相对稳定；

将热质量材料与保温材料结合使用，优化围护结构热工性能。

1.3  保证建筑气密性

特点：良好的气密性可有效防止室内空气渗透流失和室外空气渗透侵入而增加空调或采暖系统负荷，并且良好的气密性可保证室内气流组织与设计相符。

措施：对建筑外围护结构（墙体、屋顶、地面等）设置连续的气密层，防止空气渗透；

对门窗接缝、管道穿墙处等细节进行严格的密封处理。

1.4  充分利用自然通风与隆起流通

特点：温和地区气候宜人，适合利用自然通风措施调试室内热湿环境。

措施：根据风向和季节设计合理的窗户位置和尺寸，促进空气对流；

利用热压通风和风压通风原理，实现建筑内自然通风；

夏季通过夜间通风提前预冷室内温度，降低空调冷负荷。

1.5  热回收通风系统

特点：在温和地区，通风需求较高，但直接通风可能导致热量（或冷量）的损失，不利于建筑节能。

措施：设置通风热回收装置，在送风与排风的过程中回收部分或全部能量，用于降低供暖或空调系统的能量供给；

合理设置排风口、送风口和通风管路的布置，控制室内气流组织，保证室内热舒适性和卫生性合理。

1.6  太阳能利用和控制

特点：温和地区（以昆明为例）日照充足，适合利用太阳能减少能源消耗。

措施：建筑南向设计符合要求的大面积窗扇，充分利用冬季太阳辐射，以减小冬季室内热负荷；

设置太阳能光伏板或太阳能热水系统，提供清洁能源；

设置遮阳措施（如内遮阳百叶窗、外遮阳顶蓬和构筑物等）减少夏季太阳辐射，以减小夏季室内冷负荷。

1.7  结合绿色建筑技术

特点：被动式建筑中结合绿色节能技术，把被动式节能和主动式节能共同作用于建筑，发挥各自的优势，综合降低建筑能耗。

措施：使用本地性、可再生性、可回收性的材料和能源，控制碳足迹，降低碳排放；

采用低能耗的设备和系统（如高效LED灯具、高性能系数空调机组、节水型卫生器具等）以降低建筑综合能耗；

采用智能控制系统，对被动式节能和主动式节能综合监控，针对不同的使用情况和室外环境做出最经济合理的运行策略。

以上所提设计要点，对被动式建筑具有广泛的适用性，但由于建筑设计、使用功能、建设要求等多项因素的影响，以上各点并不是放之四海而皆准的通用执行标准。应针对不同的建筑制定与其相适应的被动式节能技术，而不能一味地追求被动节能而无视主动节能。

本文通过某个大型公共建筑为例，对被动式节能技术进行探讨，分析被动式节能技术在温和地区的适应性和适用性，同时发现存在和需要注意的问题。

2  项目概况

2.1  项目简介

本项目所在地是云南省昆明市（温和5A2区），为一栋6层公共建筑，建筑功能为综合性商业中心，建筑面积约14万m2，建筑高度44.1米。

室内设计温度25℃，室内设计相对湿度55%，人员新风量30 m3/h。

该建筑外围护结构采用全玻璃幕墙，玻璃幕墙均采用6+12+6双层中空玻璃，对空调负荷起到一定的控制作用。

2.2  项目使用特点

作为大型综合性商业体，其使用特点主要体现在功能多样化、空间设计复杂化、消费体验升级化、运营管理复杂化等多个方面。

功能多样化指业态更丰富，涵盖购物、餐饮、娱乐、休闲、文化等多种功能，各种使用功能对室内环境的控制参数（包括温度、湿度、新风量、照度等）各不相同，需针对不同使用功能合理设置室内设计参数。

空间设计复杂化指多层次立体布局，建筑内部平面布局与竖向布局互相交错，中庭、扶梯、电梯的布置可能各层均不相同，形成各区相对独立又整体复杂的室内气流组织，需合理设置通风空调系统和控制室内压力分布，保证整体空气品质的舒适性和卫生性。

消费体现升级化指消防人群对场所内提出更高的需求，包括环境舒适度的要求、空间隐私的要求、场所内可变布置的要求等，由此产生有别于典型超市所使用的大型、定性、定量的通风空调系统，应尽量分区化、灵活化考虑系统设置。

运营管理复杂化指系统涵盖类型多、系统监控点位多、控制方式多样化、系统使用随气候和运营情况而变化等情况，需建立与之相适应的控制策略和运维管理办法。

通过以上特点分析，可见该类建筑所涉及的系统繁多且量大，如不采取相应措施控制，必定成为耗能大户。为做到降低耗能控制合理经济性，并达到节能减排的目的，除了采用主动式节能技术还应引入被动式节能的措施，实现综合节能的目标。

3  被动式节能技术引入

3.1  控制建筑围护结构选型

建筑围护结构包括外墙、外窗、屋面、地板等，是形成空调负荷的关键要素。空调作为建筑能耗大户，对空调负荷的产生源头进行控制是有较大意义的。

（1）外墙选型

外墙（包括非透光幕墙）主要包括钢筋混凝土墙、幕墙层间梁，其中钢筋混凝土外墙外抹25厚膨胀玻化微珠保温砂浆（导热系数λ=0.070W/m.K，容重≤300kg/m³，燃烧性能等级A级），幕墙层间梁（层间窗框墙）结合防火封堵设置采用75mm矿（岩）棉（导热系数λ=0.045W/m.K，燃烧性能等级A级）为保温材料，外包铝合金板或单层玻璃。

全楼外墙平均传热系数为1.67W/（㎡.K），热惰性指标2.66。

（2）外窗选型

外窗采用断桥铝合金窗框普通中空玻璃，整窗传热系数为3.40 W/（㎡.K），玻璃太阳得热系数SHGC为0.65，可见光投射比0.71。

天窗采用断桥铝合金较低透光Low-E中空玻璃（6较低透光Low-E+12A+6），整窗传热系数为2.60 W/（㎡.K），玻璃太阳得热系数SHGC为0.33，可见光投射比0.48。

（3）屋面选型

屋面采用60mm厚酚醛泡沫板（导热系数λ=0.033W/m.K，燃烧性能等级A级）为保温材料，屋面钢筋混凝土板180mm厚，屋面传热系数为0.55 W/（㎡.K），热惰性指标2.87。

通过选取上述构造措施，经空调负荷计算，相较参照建筑空调负荷降低15%以上，从根本上实现控制空调负荷的第一步。

（4）围护结构气密性

本建筑围护结构气密性能主要考虑门窗气密性能以及幕墙气密性能两方面，通过技术经济比较分析，采用的门窗气密性能达到7级，采用的幕墙气密性能达到4级。分级指标如下：

前文已提到，提高围护结构气密性除了能减少室内外空气交换而引起的空调负荷增加，对于设置在市区主要交通道路附件的建筑，还起到阻隔外部噪音，改善室内声环境的好处。

3.2  尽可能利用自然通风

由于本建筑的使用功能及使用定位，外围护结构全部采用玻璃幕墙结构，局部可开启部位不足以保证建筑内整体的自然通风条件。但并不意味着不可以利用自然通风改善室内环境。本建筑内设置了三个贯穿建筑的中庭，通过首层可开启的门洞作为自然进风口，利用热压通风原理，在中庭顶部设置可控制启闭的自然排风窗（口），充分利用中庭空间其高差优势发挥“烟囱效应”来辅助自然通风。

温和地区大部分建筑在相应时段（过渡季节、夏季部分时段）室内热环境在自然通风状态下能够很好的接近或达到人体的舒适要求，利用自然通风在相当长的一段时间内保持室内热舒适环境是行之有效的方式。通过合理的建筑设计，营造良好的自然通风条件，让温和地区优越的气候条件得以充分的利用，在不耗能或少耗能的前提下改善室内热舒适环境，是有重要意义的。

需要补充说明的是，中庭自然通风的动力是由热压和风压共同作用的。热压的作用取决于室内外的温度差以及进、排风口的高度差，只要室外空气温度合适，室内有一定的冷负荷产生，合理选定进、排风口高度，就能实现热压通风。但还受到室外风压影响，风压的作用取决于多个因素，包括建筑的布置朝向、外部形状、通风开口是否置于最多频率风向侧、进排风口的有效面积等。在建筑规划前期就应充分考虑上述因素，或通过气流模拟软件对建筑设计提出相应需求，以充分利用风压和热压来实现自然通风措施。

3.3  设置热回收通风系统

自然通风的设置对温和地区大部分时段有着较大的节能意义，但也不是所有工况都适用，特别在冬季供暖工况时，新风量的增加会使建筑产生较大的热负荷，不利于供暖系统的节能运行。

引入热回收通风系统可以在保证新风量供给的同时，预冷或预热室外新风，降低新风负荷，从而降低空调采暖运行能耗。本建筑按服务区域设置多套排风热回收性新风处理机组，同时考虑建筑空间内气流组织、压力分布、卫生条件等因素，有序设置排风口与新风口。

应注意排风热回收系统的排风量应与新风量相适应，新风量确定的底线是满足室内人员最小新风量的需求，对于温和地区，由于大部分时间室外新风状况理想，应考虑增大新风比，即充分利用免费冷源。对本建筑为人员相对密集型的商场，设置最大总新风比不低于70%，且不小于人员最小新风量需求。

以上新风比调节运行表明新风量是连续变化的一个参数，相应排风量也就需要连续适应变化，所以该套系统需设置变频控制的新、排风机，并接入楼控系统，通过采集和监测相关参数（如室外空气温度、湿度、空调回风温度、室内二氧化碳浓度等）来调节新风比运行，以达到最优运行模式。

3.4  其他被动式技术

（1）自然采光

本建筑外幕墙尽可能采用高透光型玻璃材料，高透光型玻璃较低透光型玻璃传热系数高，对保温性能不利，但要通过整体的技术经济分析，考虑高透光型材料对自然采光的有利条件，综合权衡高透光材料的适用位置与适用面积。最终实现增加室内自然采光，减少人工照明，降低照明用电量。

（2）绿色屋顶

本建筑在屋面层局部设置了室外植被绿化，有效降低由屋面产生的空调负荷，同时对屋面雨水利用也有一定帮助。有别于浅覆土的屋顶草坪式绿化，虽然选用的绿化植被需要较大的覆土厚度（600mm以上），较大的覆土厚度增加了结构设计的荷载，但同样需经技术经济分析，综合权衡一次投入和长期运行的利弊关系，最终确定绿植屋顶不仅对提升建筑定位有帮助，更是对长期运维有较好的节能意义。

4  结论

（1）被动式建筑以及被动式节能技术对建筑节能有着较大的意义，特别对于温和地区，其适用性广泛，能充分发挥该地区室外空气参数的性能，对节能降碳有直接的指导作用。从规划设计到建筑方案前期就应该引入被动式建筑的理念，对基础建设行业是有必要的。

（2）通过对本案例的分析，也不难发现被动式节能技术也有其自身的限制条件，这是由于建筑设计、使用功能、经济条件等因素综合决定的。例如本案例中，由于一些条件的限制，太阳能的利用（包括太阳能蓄热、太阳能储能等）没有太多的用武之地，所以针对不同的建筑需要综合技术经济分析，设计符合其自身特点的一套被动式节能方案，不能盲目照搬套用。

（3）被动式建筑的发展不能搁置，主动式节能也不能抛之脑后。当今的建筑发展越来越复杂化、综合化、个性化，而降碳的任务也越来越紧迫，充分考虑节能建设和节能运行，不管是被动式还是主动式，都是建设发展必须考虑的重要因素，建设行业还需继续努力，最终实现碳达峰、碳中和的目标。

参考文献：

[1]  DBJ53/T-39-2020，云南省民用建筑节能设计标准[S].昆明：云南科技出版社，2020.

[2]  苏业炜，胡锦华，王帅.新风空调一体机在夏热冬冷地区超低能耗建筑中的应用[J].绿色建筑，2024.4

作者（通讯作者）简介：曾  征（1984-），男，本科，高级工程师