隨著建筑對(duì)環(huán)境的影響日益明顯，被動(dòng)設(shè)計(jì)作為減少建筑對(duì)環(huán)境不利影響的一種嘗試，得到了越來(lái)越多的重視。建筑是離不開(kāi)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境的。各地的傳統(tǒng)建筑存在的時(shí)間比我們所謂的現(xiàn)代建筑存在的時(shí)間要長(zhǎng)得多，與當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)性非常強(qiáng)。它們不僅僅具有歷史文化價(jià)值，它們絕大多數(shù)仍然具有使用價(jià)值，對(duì)他們進(jìn)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(duì)于我們這種人口大國(guó)來(lái)說(shuō)，完全的回歸傳統(tǒng)是很難做到的，人口的增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程要求我們必須針對(duì)現(xiàn)有的高容積率的建筑形式提出解決方案，去適應(yīng)城市化導(dǎo)致的人口集中，同時(shí)確保居住者的舒適。

1. 被動(dòng)設(shè)計(jì)的原則

以往建筑師更多地從結(jié)構(gòu)角度看待外立面，通常把建筑外立面叫做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，更多地強(qiáng)調(diào)封閉和隔斷。但對(duì)于被動(dòng)設(shè)計(jì)，應(yīng)該盡量多地利用建筑周?chē)淖匀画h(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(dòng)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(shè)計(jì)這種半透膜式的外立面的目的和著眼點(diǎn)是確保使用者的舒適，沒(méi)有了這個(gè)前提，其他任何努力都是沒(méi)有意義的。舒適完全可以用一些特定的指標(biāo)來(lái)量化，而且這些指標(biāo)不會(huì)因?yàn)榫幼≌叩哪w色和種族不同而變化。因此，我們說(shuō)被動(dòng)的外立面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：在確保舒適的前提下，使外立面動(dòng)態(tài)地適應(yīng)環(huán)境變化，較小化建筑能耗，也就是盡量節(jié)約由于采暖、制冷、通風(fēng)和照明所消耗的能源，同時(shí)利用建筑的空閑立面來(lái)生成能源。

2. 被動(dòng)設(shè)計(jì)要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素

a) 門(mén)窗保溫和控制

提高門(mén)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(duì)有采暖要求的地區(qū)。隨著熱傳導(dǎo)系數(shù)(U值)的降低，門(mén)窗的保溫性能會(huì)相應(yīng)提高，采暖能耗會(huì)相應(yīng)降低，但是當(dāng)門(mén)窗的熱傳導(dǎo)系數(shù)(U值)降至1.5W/(m2K)以下時(shí)，繼續(xù)降低熱傳導(dǎo)系數(shù)所帶來(lái)的益處與付出的成本之比(益本比)就會(huì)明顯下降。以上考慮的只是采暖工況，強(qiáng)調(diào)的是仍然是隔斷和封閉。在制冷工況或適于自然通風(fēng)的工況下，門(mén)窗的保溫性能就并不顯得很重要了，相比之下，門(mén)窗的開(kāi)啟方式和控制方式對(duì)于有效節(jié)約能源的作用會(huì)更大一些。將門(mén)窗的開(kāi)啟方式和開(kāi)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(fèi)的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)降低制冷負(fù)荷的效果并不明顯(均小于5%)。而對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)的采暖負(fù)荷的降低貢獻(xiàn)很大(達(dá)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(shè)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(duì)于夏熱冬暖地區(qū)，則需要仔細(xì)考慮鋪設(shè)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(jì)厚度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，針對(duì)制冷負(fù)荷的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度為40mm，大于這個(gè)厚度對(duì)于繼續(xù)降低制冷負(fù)荷的作用會(huì)不明顯;針對(duì)采暖負(fù)荷時(shí)，保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度則為80mm。

c) 遮陽(yáng)

較有效率的遮陽(yáng)形式(外遮陽(yáng))與較不節(jié)能的內(nèi)遮陽(yáng)形式之間的差異非常明顯，較多可以達(dá)到10℃，這種結(jié)果使室內(nèi)的舒適性出現(xiàn)巨大差異。我們知道，空調(diào)設(shè)備的選型是以夏季室內(nèi)較高溫度為依據(jù)的，選擇正確的遮陽(yáng)形式對(duì)降低初始投資和運(yùn)營(yíng)成本的意義重大。

d) 夜間通風(fēng)

在晝夜溫差較大的地區(qū)，利用夜間室外較涼的空氣來(lái)冷卻建筑主體是一種非常有效的降低制冷負(fù)荷的手段。兩個(gè)相同熱惰性的房間內(nèi)，有夜間通風(fēng)時(shí)，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(yùn)營(yíng)狀態(tài)下。因此，在溫帶和亞熱帶的晝夜溫差較大的地區(qū)，較有效的降低通風(fēng)和通調(diào)系統(tǒng)初期投資和運(yùn)營(yíng)能耗的方法是，設(shè)計(jì)具有較高熱惰性的房間，同時(shí)使外窗具備夜間通風(fēng)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(fēng)方式并不足以幫助冷卻建筑主體，反而會(huì)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(dāng)?shù)募夹g(shù)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(duì)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。