脱碳挑战:节能建筑系统的4种被动策略
时间：2023-01-05
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将近40%的美国生产的能源用于建筑作业。建筑在全球气候和能源情景中近乎核心的作用使得建筑师、工程师和建筑业主采取适当的行动变得至关重要。这些利益相关者可以通过战略设计决策帮助减少建筑的碳足迹。 传统上，加热、冷却、通风和照明的主动模式利用能量密集型电气过程。另一方面，被动措施利用建筑围护结构及其周围环境的固有物理和热特性，有助于保持室内热舒适 通常，一个设计良好且运行良好的建筑首先使用围护结构水平的被动措施来最小化热负荷。然后，它使用高能效的加热、冷却、通风和照明的主动模式。这篇文章重点介绍了4个关键的信封级被动策略脱碳建筑系统。
1.小气候 建筑物周围的物理要素所促成的条件构成了小气候。它受植被、土壤特性、水体、相邻建筑的相互遮挡以及区域暴露于颗粒污染的影响。对于温暖的气候，项目团队可以通过适当的景观美化来优化小气候。它们可以包括未铺砌的土地，有足够的区域植被和水体来保持水分和促进遮荫。设计和景观团队可以通过观察季节性气流和阳光路径模式并适当调整植被来进一步改善小气候。
例如，位于北半球气候温暖地区的建筑应该在南面种植大量的树木，以减少午后阳光的照射。对于凉爽气候，小气候有利于太阳辐射入射到建筑围护结构上；但是，它不如中的有效温暖的气候。尽管如此，团队可以在一天中的特定时间使用相邻小气候元素(如铺地或共用墙壁)的热质量来辐射热量。 项目团队可以适度轻松地对小气候采取被动措施；然而，在人口密集的城市社区，空间限制可能具有挑战性。
同时，小气候需要经常维护，例如给植物浇水、修剪树木和清理池塘。在实施小气候水平的被动措施时，在选择景观美化策略之前，咨询当地植物物种的区域领域专家是很重要的。例如，在未经维护的温暖潮湿的气候中种植棕榈林可能会导致虫害。总的来说，基于小气候的被动措施可以帮助减少主动冷却的需求，从而使建筑脱碳。
2.方向 建筑物的主轴线定义了它相对于地理北方的方向。基于区域气候和微气候，可以优化朝向，以促进日光和风的进入，分别用于日光和自然通风。 设计团队可以分析季度和年度太阳路径图(显示阴影)和风玫瑰图(显示风向和风力)，以帮助他们确定建筑物的最佳方位。根据经验，团队应该优先考虑尽量减少夏季阳光的影响，尽量增加冬季阳光的影响。同样，在夏季，团队应该优先考虑增加气流在早上和晚上的时间进入建筑，而在冬天，团队可以考虑让下午的气流进入室内。
建筑物的位置敏感定向是最具成本效益和最有效的被动设计策略之一，可由项目团队在各种气候条件下使用。这种措施的一个很少的缺点是优化的建筑轴线与可用地块的几何形状不一致；然而，设计团队可以通过有效的空间管理来应对这一挑战。在优化建筑方向的过程中，团队应使用专业工具和领域专家的支持，仔细检查气候因素和建筑功能。总的来说，基于方向的被动措施有助于减少对主动照明、冷却、加热和通风的需求，从而使建筑脱碳。
3.屋顶盖法 屋顶是建筑物的最高表面，在白天的高峰期，它会受到阳光的垂直照射。它是太阳辐射的直接屏障，并极大地影响着下面地板的热环境。 在温暖的气候下，项目团队可以设计屋顶来防止太阳热量向内移动。这可以通过反射辐射或利用材料固有的热质量减少通过材料的热流来实现。高反射率是通过在屋顶表面涂上瓷砖、反光漆或特殊的高辐射涂层来实现的。高热质量通过以下方式实现绝缘材料气腔或其他构造方法。
或者，项目团队也可以复制冷却效果通过用织物、植物或高辐射材料制成的临时表面遮蔽屋顶。 在寒冷的气候条件下，项目团队应该优先考虑利用材料的隔热性能限制室内热量通过屋顶向外传递。隔热层优选放置在屋顶部分的室内侧。设计团队应谨慎选择屋面材料和策略，并充分了解其结构特性、热特性和化学惰性。屋顶应针对其U值进行优化。总的来说，基于屋顶的被动措施有助于减少供暖和制冷的需求，从而使建筑脱碳。
4.立面 与屋顶类似，立面是太阳辐射的天然屏障，在促进室内热舒适方面发挥着重要作用。项目团队可以采用被动策略，以尽量减少太阳辐射对立面的影响，并提高居住者的舒适度。了解位置内的太阳角度和小气候对有效实施这些策略至关重要。设计团队可以使用水平/垂直遮阳设备，如百叶窗、悬挑和可移动遮阳帘来解决太阳角度问题。
或者，团队可以安装攀爬/盆栽植物，如紫藤和常春藤。这种策略直接影响外墙的热特性，并进一步促进夏季的冷却和冬季的加热。 与所讨论的其他措施类似，项目团队应了解，改造后的立面的有效性严重依赖于气候，最初需要占用者进行适度至高度的维护。此外，工程团队还必须仔细考虑外墙框架的结构完整性和维护，这取决于植物定期浇水或清洁百叶窗等因素。团队应优化立面的U值。总体而言，基于立面的被动措施可以帮助减少对主动供暖、制冷和照明的需求，从而使建筑脱碳。
1.小气候 建筑物周围的物理要素所促成的条件构成了小气候。它受植被、土壤特性、水体、相邻建筑的相互遮挡以及区域暴露于颗粒污染的影响。对于温暖的气候，项目团队可以通过适当的景观美化来优化小气候。它们可以包括未铺砌的土地，有足够的区域植被和水体来保持水分和促进遮荫。设计和景观团队可以通过观察季节性气流和阳光路径模式并适当调整植被来进一步改善小气候。
例如，位于北半球气候温暖地区的建筑应该在南面种植大量的树木，以减少午后阳光的照射。对于凉爽气候，小气候有利于太阳辐射入射到建筑围护结构上；但是，它不如中的有效温暖的气候。尽管如此，团队可以在一天中的特定时间使用相邻小气候元素(如铺地或共用墙壁)的热质量来辐射热量。 项目团队可以适度轻松地对小气候采取被动措施；然而，在人口密集的城市社区，空间限制可能具有挑战性。
同时，小气候需要经常维护，例如给植物浇水、修剪树木和清理池塘。在实施小气候水平的被动措施时，在选择景观美化策略之前，咨询当地植物物种的区域领域专家是很重要的。例如，在未经维护的温暖潮湿的气候中种植棕榈林可能会导致虫害。总的来说，基于小气候的被动措施可以帮助减少主动冷却的需求，从而使建筑脱碳。
2.方向 建筑物的主轴线定义了它相对于地理北方的方向。基于区域气候和微气候，可以优化朝向，以促进日光和风的进入，分别用于日光和自然通风。 设计团队可以分析季度和年度太阳路径图(显示阴影)和风玫瑰图(显示风向和风力)，以帮助他们确定建筑物的最佳方位。根据经验，团队应该优先考虑尽量减少夏季阳光的影响，尽量增加冬季阳光的影响。同样，在夏季，团队应该优先考虑增加气流在早上和晚上的时间进入建筑，而在冬天，团队可以考虑让下午的气流进入室内。
建筑物的位置敏感定向是最具成本效益和最有效的被动设计策略之一，可由项目团队在各种气候条件下使用。这种措施的一个很少的缺点是优化的建筑轴线与可用地块的几何形状不一致；然而，设计团队可以通过有效的空间管理来应对这一挑战。在优化建筑方向的过程中，团队应使用专业工具和领域专家的支持，仔细检查气候因素和建筑功能。总的来说，基于方向的被动措施有助于减少对主动照明、冷却、加热和通风的需求，从而使建筑脱碳。
3.屋顶盖法 屋顶是建筑物的最高表面，在白天的高峰期，它会受到阳光的垂直照射。它是太阳辐射的直接屏障，并极大地影响着下面地板的热环境。 在温暖的气候下，项目团队可以设计屋顶来防止太阳热量向内移动。这可以通过反射辐射或利用材料固有的热质量减少通过材料的热流来实现。高反射率是通过在屋顶表面涂上瓷砖、反光漆或特殊的高辐射涂层来实现的。高热质量通过以下方式实现绝缘材料气腔或其他构造方法。
或者，项目团队也可以复制冷却效果通过用织物、植物或高辐射材料制成的临时表面遮蔽屋顶。 在寒冷的气候条件下，项目团队应该优先考虑利用材料的隔热性能限制室内热量通过屋顶向外传递。隔热层优选放置在屋顶部分的室内侧。设计团队应谨慎选择屋面材料和策略，并充分了解其结构特性、热特性和化学惰性。屋顶应针对其U值进行优化。总的来说，基于屋顶的被动措施有助于减少供暖和制冷的需求，从而使建筑脱碳。
4.立面 与屋顶类似，立面是太阳辐射的天然屏障，在促进室内热舒适方面发挥着重要作用。项目团队可以采用被动策略，以尽量减少太阳辐射对立面的影响，并提高居住者的舒适度。了解位置内的太阳角度和小气候对有效实施这些策略至关重要。设计团队可以使用水平/垂直遮阳设备，如百叶窗、悬挑和可移动遮阳帘来解决太阳角度问题。
或者，团队可以安装攀爬/盆栽植物，如紫藤和常春藤。这种策略直接影响外墙的热特性，并进一步促进夏季的冷却和冬季的加热。 与所讨论的其他措施类似，项目团队应了解，改造后的立面的有效性严重依赖于气候，最初需要占用者进行适度至高度的维护。此外，工程团队还必须仔细考虑外墙框架的结构完整性和维护，这取决于植物定期浇水或清洁百叶窗等因素。团队应优化立面的U值。总体而言，基于立面的被动措施可以帮助减少对主动供暖、制冷和照明的需求，从而使建筑脱碳。
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