被动生存建筑—更可靠的未来居所- 大数跨境

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被动生存建筑—更可靠的未来居所

PKPM绿色低碳

2019-11-22

图片来源：buildinggreen

什么是被动生存建筑

被动生存能力（passive survivability）是建筑科学专家亚历克斯·威尔逊（Alex Wilson）在2005年创造的一个术语，对它的定义是“在断电时间较长或燃料中断的情况下，保持建筑内宜居条件的能力。”亚历克斯（Alex）是在新奥尔良的卡特里娜飓风之后提出了这个想法，来观察现代建筑在切断水电煤的情况下如何过热/过冷，而与之相对应的传统建筑在没有电源的情况下仍保持舒适状态。

被动生存能力的概念适用于任何长时间破坏电力、水或气的自然“灾难”或事件。

被动生存建筑的必要性

图片来源：offthegridnews

在还没有升级为通电、通水、通燃气的传统建筑时代，建筑物本身就是为了满足人体在自然环境中更为舒适居住环境的自然诉求。然而，随着电、水、燃气等普及成为每栋建筑必备的硬件设施，由此对“自然环境”的依赖性大大地降低之后，现代建筑物的设计理念诉求逐渐转移到如何更高效地利用土地而不是去适应外部自然环境，甚至已经完全无视外部自然环境。但是，飓风、暴风雪等自然灾害，或者恐怖行为等人造灾难，虽然出现的概率和持续时间较低，但是一旦出现，现代建筑的各种高效率措施可能对“宜居性”手足无措。然而，从较长的一段时间来看，这些现象的出现不仅是必然，而且预计随着全球气候变化可能会发生得更频繁和更严重。

据统计，1992年至2010年期间，在美国共有1,333次重要的电力公司发生电网干扰事件，其中78％是天气原因，受影响的用户次数超过1.78亿用户次。还有比如：

1995年为期一周的芝加哥热浪，造成700多人丧生；
1998年1月在加拿大东部的冰暴迫使60万人离开家园；
2012年桑迪飓风过后，纽约曼哈顿许多地方断电天数>5天。

像卡特里娜飓风和丽塔飓风接连发生的自然灾害，不会是造成重大破坏的最后风暴。冬季中途断电时，还会有两种危险–一种是建筑物内的安全温度得不到保障下的生命安全，另一种是房屋本身受冻脆裂的危险。此外，还存在由人类造成的灾难风险（恐怖主义行为），可能会导致类似的断电断水。最重要的是，由于对石油和天然气的需求开始超过可用供应，因此存在燃料供应中断的风险。

鉴于此，专家提出了一种新的设计方法，以解决这些问题。这种方法的名称是被动生存性。被动生存能力涉及设计房屋和其他建筑物，以在电力、热力或水的长期丧失情况下维持宜居的条件。被动生存能力的主要动机不是保护环境或节省金钱。相反，它是为了确保人们在极端情况下的安全和福祉。

被动生存建筑的现状

美国专业协会ASHRAE（American Professional Association）提供的人类居住热环境标准55-2004显示，

室内夏季舒适范围：23℃ - 28℃

室内冬季舒适范围：19℃ - 26℃

自然通风空间可接受：10℃ - 34℃

根据2019年杂志“The Author ”上发布的一篇文章“Passive survivability of buildings under changing urban climates across eight US cities”（《美国八个城市在不断变化的城市气候下建筑物的被动生存能力》）上的调查结果显示，在当前和本世纪中叶的气候下，通过模拟美国八个城市的原型住宅中的室内温度，得出结果表明，预计的气候变化与城市集约化的结合，可以在夏季气候适中的情况下将没有空调的建筑物的舒适时间减少多达25％。由于这种影响大部分是在夜间发生的，因此它将主要影响睡眠质量以及极端事件期间人体从过热状态恢复正常的能力。此外，在亚特兰大、达拉斯和凤凰城等南部地区，过热时间（室内温度> 28°C）的增加估计为15％–25％。根据现有的流行病学文献，该温度范围会对健康产生更为严重的急性和深度的影响，如心血管疾病和易感人群中更高的死亡率。

由此可见，现代建筑的被动生存能力急需引起关切，而目前的现状是，房主通常采用的保护自己免受停电影响的方法是购买和安装应急备用发电机，并提供足够的燃料以在长时间停电时维护这些发电机。在某些情况下，这是一种合理的策略，应被视为一种选择。但是存在很多问题：发电机的购买和维护成本很高，除非它们很大，否则它们通常无法提供冷却。所需燃料（尤其是液体燃料）的储存会带来环境和安全风险，长期储存后某些燃料会变质。汽油中挥发性更高的成分会蒸发，添加剂会降解；柴油易受细菌滋生。

被动生存建筑的策略建议

被动生存能力的支持者认为，最好依靠建筑的被动措施来保护房屋及其住户免受能源和供水中断的影响。比如可以采用以下一些重要的策略：

在较凉气候下的高性能密封。实现被动生存能力的最重要策略是提供高性能的建筑围护结构。对于较凉的气候，这意味着高水平的隔热的墙壁和天花板；非常高性能的隔热玻璃；全板或基础墙保温；和优异的气密结构。

在较热的气候下尽量避免冷却负荷。这些方法包括仔细调整房屋的方向，以最大程度地减少朝东和朝西的玻璃面积；将低太阳热增益系数（SHGC）玻璃用于东西窗和天窗；为向南、东和西的窗户提供悬垂、遮阳篷或植物遮阳；提供反光屋顶；在阁楼中使用辐射屏障或辐射屏障屋顶护套。

自然通风。自然通风提供了一种无需使用风扇即可从房屋中排出热空气的方法。通过合理地开设窗户，设计总体建筑物的几何形状等方法来提供自然气流，排出热空气。

关键的被动式太阳能采暖（即自然阳光取暖）策略包括：仔细注意房屋的位置和方向，提供足够的朝南玻璃，在朝南窗户中使用高SHGC玻璃。围护结构，并设计整体建筑物的几何形状和布局，以促进受热空气的良好流通。

自然采光。策略包括合理开设窗户，使用朝南的天窗，可以将日光（以及冬季的热量）带入房屋中；安装高性能常规天窗；安装管状天窗；以及使用浅色反光天花板和墙壁饰面。

储水。在许多地区，停电时间延长也将意味着水的流失。雨水收集系统可以在紧急情况下提供饮用水。

太阳能热水。当人们选择热水器时，太阳能热水器可以在没有电网的情况下运行的事实值得思考。

光伏发电。使用光伏板从阳光中发电可能是自给自足的终极目标。为了在长时间不停电且太阳不发光的情况下发挥作用，PV系统必须包括使用深循环电池的蓄电装置。

参考：

1.https://homeenergy.org/show/article/nav/issues/page/12/id/228/magazine/119

2.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab28ba

3.http://www.coolearth.ca/2017/04/20/passive-survivability-building-design-for-resilience-and-safety/

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