美国近 40% 的能源用于建筑运营。建筑物在全球气候和能源状况中的核心作用使得建筑师、工程师和业主采取适当的行动至关重要。这些利益相关者可以通过战略性的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都是利用能源密集型电气过程。另一方面，被动式措施利用建筑围护结构及其周围环境固有的物理和热学特性，帮助维持室内热舒适度。
通常情况下，一个设计良好、运营良好的建筑首先使用围护结构层面的被动措施来减少热负荷。然后，它使用节能的加热、冷却、通风和照明的主动模式。这篇文章重点介绍了实现建筑系统脱碳的 4 种关键的围护结构层面的被动策略。
1. 微气候
建筑物周围的物理元素所促成的条件构成了微气候。它受到植被、土壤特性、水体、相邻建筑的相互遮挡以及区域内颗粒污染的影响。对于温暖的气候，项目团队可以通过适当的景观设计来优化微气候。他们可以在未铺设路面的土地上种植足够的区域植被和水体，以保持水分并促进遮阳。设计和景观设计团队可以通过观察季节性气流和太阳路径模式并适当调整植被来进一步改善微气候。例如，位于北半球温暖气候下的建筑应在南侧立面种植大量的树木，以减少不良的午后阳光的发生。对于凉爽的气候，微气候可以促进太阳辐射对建筑围护结构的入射；然而，它不像在温暖的气候中那样有效。尽管如此，项目团队可以利用相邻的微气候元素（如铺路或共用墙体）的热质量，在一天中的某些时段进行辐射取暖。
项目团队可以适度轻松地将被动措施应用于微气候；但是，在密集的城市社区中，空间限制可能是一个挑战。同时，微气候需要经常维护，如浇灌植物、修剪树木和清洁池塘。在实施微气候层面的被动措施时，在选择景观策略之前，咨询当地植物物种的区域领域专家是很重要的。例如，在没有维护的暖湿气候中种植棕榈树，可能会导致虫害的发生。总的来说，基于微气候的被动措施可以通过帮助减少对主动冷却的需求，从而使建筑脱碳。
2. 朝向
建筑物的主导轴线决定了它相对于地理上的北方的方向。根据地区气候和微气候，可以对方向进行优化，以促进阳光和风的进入，分别实现日照和自然通风。
设计团队可以分析季节性和年度太阳路径图（说明阴影）和风玫瑰图（说明风的方向和强度），以帮助他们确定建筑物的最佳方向。根据经验，团队应该优先考虑最小化夏季太阳的影响和最大化冬季太阳的影响。同样，在夏季，团队应优先考虑在早上和晚上增加进入建筑的气流，而在冬季，团队可以考虑让下午的气流进入室内。
建筑物的位置敏感方向是最具成本效益和最有效的被动设计策略之一，可由跨气候的项目团队所利用。这种措施的极少数缺点之一是优化后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解决这一难题。在优化建筑朝向的过程中，团队应利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，基于朝向的被动措施可以通过帮助减少对主动照明、冷却、加热和通风的需求而使建筑脱碳。
3. 屋顶
屋顶是建筑物的最顶层表面，在白天的高峰时段经历正常的太阳光入射。它是太阳辐射的直接屏障，并极大地影响着下方地板的热环境。
在温暖的气候条件下，项目团队可以设计屋顶以防止太阳热量的内向移动。这可以通过反射辐射或利用其材料固有的热质量减少通过的热流来实现。高反射率是通过在屋顶表面涂上瓦片、反射涂料或专门的高辐射涂层来实现的。高热质量是通过绝缘材料、气穴或其他建筑方法实现的。另外，项目团队也可以通过用织物、植被或高辐射材料制成的临时表面遮蔽屋顶来复制冷却效果。
在凉爽的气候下，项目团队应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移动。隔热材料最好放置在屋顶部分的室内一侧。设计团队应谨慎选择屋顶材料和策略，并对其结构性能、热性能和化学惰性有充分的了解。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可以通过帮助减少对加热和冷却的需求来使建筑脱碳。
4. 立面
与屋顶类似，立面是太阳辐射的天然屏障，在促进室内热舒适性方面有重要作用。项目团队可以采用被动式策略，尽量减少太阳辐射对立面的影响，提高居住者的舒适度。了解该地的太阳角度和微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/垂直的遮阳设备，如百叶窗、悬挑和可移动的遮阳板来解决太阳角度的问题。另外，团队可以安装攀缘/盆栽植物物种，如紫藤和常春藤。这种策略直接影响了立面的热性能，并进一步促进了夏季的冷却和冬季的加热。
项目团队应该明白，与所讨论的其他措施类似，改造后的立面的有效性在很大程度上取决于气候，最初需要居住者进行中度到高度的维护。此外，工程团队还必须仔细考虑结构的完整性和立面框架的维护，受制于定期浇灌植物或清洁百叶窗等因素。团队应针对其U值优化立面。总的来说，基于立面的被动措施可以通过帮助减少对主动加热、冷却和照明的需求而使建筑脱碳。
要详细了解被动措施以及将它们实施到团队工作流程中的方法，请下载 cove.tool 的电子书《Decarbonizationof Building Systems Using Passive Measures》。
译者：Lingjing Shi