低碳建筑环境设计中的被动式技术应用

摘要：在应对全球气候变化的紧迫形势下，碳达峰碳中和已成为全球共识和各国共同行动的目标。碳达峰是指二氧化碳排放达到历史最高点，碳中和是指二氧化碳排放与二氧化碳吸收达到平衡。实现碳达峰碳中和，对于维护人类生存环境、促进可持续发展具有重大意义。

关键词：低碳建筑；环境设计；被动式技术应用。

随着全球气候变化问题日益严重，低碳环保成为建筑设计领域的热门话题。建筑不仅是人们生活和工作的场所，更是能源消耗的大户。据统计，建筑行业约占全球能耗的30%以上，同时也产生了大量的碳排放。因此，如何在建筑设计中降低能耗，提高能源利用效率，成为我们必须面对的重要挑战。而在众多方法中，被动式技术作为一种无需额外能源消耗，通过科学设计手段最大化利用自然资源，实现低碳环保目标的技术，逐渐受到广泛关注和应用。

那么，究竟什么是被动式技术呢？简单来说，被动式技术是指通过建筑物本身的形态、结构、方位、材料等因素，利用太阳能、自然通风、自然采光等自然资源，实现室内环境的舒适调节和能源节约，而无需或尽量减少机械设备的介入。相比主动式技术，例如空调、机械通风、人工照明等等，被动式技术更环保、节能，且运行成本低，维护简单，是实现低碳建筑的重要途径。接下来，我们可以从几个常见的被动式技术角度，来具体了解它们是如何改善建筑环境，实现低碳目标的。

首先是被动采光设计，采光是建筑舒适性和节能的重要因素。合理的采光设计不仅能够满足室内的视觉需求，还能减少人工照明的使用，节约大量电能。被动采光设计包括科学布置窗户、选择合适的窗型和玻璃材料、利用自然光导管和光井等手段。比如，在冬季阳光较弱时，建筑南向的宽大窗户可以最大化地引入阳光，提升室内温度和光照；而夏季可以通过遮阳设计，例如挑檐以及百叶窗，能够阻挡强烈的直射阳光，减少室内过热，降低空调负荷。光导管技术则可以将阳光引入建筑内部深处，使得中间区域也能享受到自然光照明，减少电灯的使用时间和强度。并且合理的建筑朝向能够最大化利用自然光和太阳能热量，尤其是在寒冷地区，建筑南向窗户可以捕捉冬季的阳光，实现太阳能被动采暖，减少取暖需求；夏季则通过设计遮阳设施避免过度日晒，降低冷气负荷。不仅如此，建筑的整体布局要符合气候特点，让自然风能够顺畅地穿过建筑，实现自然通风降温，同样的，合理设计窗户大小、位置和透光材质，最大化采光效果，减少白天对人工照明的依赖，同时可以避免直射阳光对室内产生过高的辐射热，保持室内光线明亮又舒适。

其次是被动采暖与散热技术，利用太阳能进行采暖是被动式技术的重要部分。在建筑设计时，通过调整建筑朝向、增加热质量大的墙体和地板，以及合理利用大体积储热材料，可以有效吸收白天的太阳热量，并在夜晚缓慢释放，保持室内温暖。而且，地下室热能储存、热回收地板等措施也能提高建筑冬季采暖效率。夏季则通过增加自然通风、屋顶反射材料、绿化屋顶等方式促进散热，降低室内温度，减少空调负荷。例如高性能围护结构，通常采用超厚的保温层、高性能的密封窗户和门，减少热量的散失。这样的围护结构确保冬天热量不易流失，夏天热量不易渗入，维持室内恒定温度，极大削减空调和采暖系统的负担。

再者是自然通风设计，自然通风设计是被动式技术中非常关键的一环。不同于机械通风的能耗，自然通风利用建筑形态、开口设置、风向和压差原理，或者通过建筑的空间布局和开窗位置设计，让空气自然流动，实现室内新风换气和降温效果，夏季的自然通风，排出积热，带来凉爽感。例如双层窗户设计、通风天井、风塔等结构，利用风压差推动空气流动，既可带走室内热量，也能引入新鲜空气。合理的窗户对流设计，可以让热空气自上而下排出，凉爽空气自下而上进入，使室内温度自然调节，这不仅节省了机械通风的能源，也提高了室内空气质量。在我们生活中，常见的设计包括利用风压差和温差原理设置通风口，打造“烟囱效应”，促进空气流动。

接下来是建筑材料的被动式应用，材料在建筑中的作用不仅仅是结构支持和美观体现，选择合适的材料对实现被动式低碳设计也有重要意义。高热质量材料，比如混凝土、砖石等，能够储存热能，利用这些建筑材料的热质容积特性，通过白天吸收太阳热量，晚上释放热量，缓冲室内温度变化，起到调节室内温度的作用。这种“延缓效应”帮助稳定室温，减少空调设备的启停频率。；而低热传导的保温材料则能防止冬季室内热量流失和夏季热量侵入。以及生态友好型材料如绿色混凝土、再生木材、吸热涂料等，也在被动式设计中扮演着重要角色。合适的材料选择，不仅提升建筑整体能效，还能延长建筑使用寿命，减少维护和更换的碳足迹。

最后则是绿化与景观设计的被动作用，绿色植被不仅美化环境，还能通过蒸腾作用降低周围温度，改善微气候。同时，绿色屋顶和垂直绿墙能够提升建筑隔热效果，减少热岛效应，降低建筑冷负荷。屋顶绿化、垂直绿墙等植物不仅能增加建筑的美观和舒适感，还能通过蒸腾作用降低周围温度，减少热岛效应，同时改善空气质量。绿化设计的合理应用，结合建筑的被动技术，可以形成一个更完善的生态循环系统，进一步推动低碳目标的实现。

结合以上几方面的被动式技术应用，可以看到它们并不依赖复杂的机械系统，而是通过设计本身与自然环境相协调，既节能又减少碳排放，这也符合现代低碳建设的发展趋势。总而言之，我们可以得出这样的一个结论，被动式技术通过充分利用自然资源，依靠建筑本身的设计智慧，达到节能降碳的效果。这不仅具有环境意义，也带来经济优势。被动式建筑通常具有较低的运行和维护成本，提高了使用者的舒适度，同时还能提升建筑的市场价值。当然，实际应用被动技术时，也会面临一些挑战，比如初期设计投入较大，需要专业技术支持，建筑设计的限制和气候因素也会影响效果的发挥。特别是在炎热湿润地区，单纯依靠被动技术可能难以满足所有舒适需求，还需结合适量的主动系统辅助。此外，对于现有建筑的改造，应用被动式技术也存在一定难度。被动式技术在设计和实施过程中也面临挑战。比如气候条件差异大，不同区域需要不同的设计策略；租用空间的限制使建筑形态受限；材料成本及施工技术要求较高等。但随着绿色建筑理念的推广和技术进步，这些问题正逐步得到解决。不过，从长远来看，被动式技术的推广对于降低建筑的碳足迹意义重大。一方面，它能减少对传统能源的依赖，尤其是在全球能源结构转型的背景下；另一方面，它还能提升居住舒适度，减少因机械设备故障带来的不便和维护成本。更重要的是，被动式建筑理念推动了设计思维的革新，让建筑师重新审视人与自然的关系，促进人与环境的和谐共生。

被动式技术是低碳建筑环境设计中的核心部分。它以贴近自然、尊重环境为原则，强调建筑与环境的和谐共生。低碳建筑环境设计中被动式技术的应用，是实现建筑节能环保的重要途径，通过种种方式实现对自然能源的最大化利用，减少人为能源消耗。这不仅降低了碳排放，也提升了建筑的舒适度和可持续性。随着技术的发展和理念的深化，相信被动式技术会在更多类型建筑中得到广泛应用，为建设绿色低碳社会贡献力量。

参考文献：

国务院发展研究中心课题组.《绿色地毯转型》【M】.中国.2023年7月.

蒋尉.《通往碳中和城市低碳建筑的非技术创新》【M】.中国.2018年3月.

中国大唐集团有限公司编著.《绿动未来：电力行业绿色低碳转型发展》【M】.中国.2024年6月.