沃爾夫?qū)?· 菲斯特 郭凌 / Wolfgang Feist, GUO Ling

譯_盛巳宸 姜慧君/ Translated by SHENG Sichen, JIANG Huijun

校_姚義 司大雄/ Proofread by YAO Yi, SI Daxiong

中國的被動房發(fā)展
——健康、舒適、經(jīng)濟與可持續(xù)

沃爾夫?qū)?· 菲斯特 郭凌 / Wolfgang Feist, GUO Ling

譯_盛巳宸 姜慧君/ Translated by SHENG Sichen, JIANG Huijun

校_姚義 司大雄/ Proofread by YAO Yi, SI Daxiong

被動房是建筑熱舒適性最佳解決方案之一。這是一個具有開放性特點的標準，在有效利用該標準的基礎上，所有人都可以使用本土資源修建被動房。根據(jù)研究，被動房比傳統(tǒng)建筑體系節(jié)能80%～90%以上，使全球范圍內(nèi)的能源供應實現(xiàn)可持續(xù)。相關(guān)研究和實踐證實，被動房在中國的氣候帶跟在其他任何國家一樣行之有效。本文對被動房的基本原則進行了詳細解讀，并展示了在氣候復雜多樣的中國建造被動房的各類因素和實施工具。

被動房 健康 舒適 經(jīng)濟 可持續(xù)

被動房正在改變世界。在過去的25年里，已經(jīng)有50多個國家參與了被動房標準發(fā)展的歷史進程，而且這一態(tài)勢仍將在全球繼續(xù)發(fā)展。越來越多的國家開始把國際被動房標準作為其國內(nèi)建筑的基礎標準強制執(zhí)行。由于完全使用可再生能源和地域性能源，實現(xiàn)了高效節(jié)能，被動房在健康、舒適、經(jīng)濟和可持續(xù)方面給人們帶來了無與倫比的體驗。

1 建筑節(jié)能的背景

工業(yè)化國家往往通過能源消耗來保證建筑的高舒適度，擁有最高的生活水平，是大多數(shù)其他國家所追尋的目標。作為最傳統(tǒng)、使用便捷且易于存儲的能源，化石能源在過去的幾十年里一直保持著較低的價格水平。在寒冷氣候區(qū)，冬季的供暖能耗最大，而此時可再生能源的利用率卻極低。在炎熱氣候區(qū)，夏季出現(xiàn)的能耗峰值會對電網(wǎng)造成巨大壓力。改善能效水平能夠在可再生能源利用率低的季節(jié)，降低建筑對化石能源的需求；同時，通過降低內(nèi)墻表面與室內(nèi)空氣溫差，提高室內(nèi)舒適度；利用新風過濾系統(tǒng)改善室內(nèi)通風環(huán)境，并降低能源成本。

被動房的實踐經(jīng)驗證明，建筑能效的改善潛力是巨大的。與傳統(tǒng)建筑相比，被動房可以節(jié)約80%～90%的供暖與制冷能耗，使建筑性能提升5～10倍。改善建筑能效與提高其經(jīng)濟性一樣簡單，通過改善建筑圍護結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)，如提高保溫性能、減少冷熱橋的合理設計、提高窗戶的隔熱性與氣密性，以及從排風中進行全熱/顯熱回收。

在超過25年的發(fā)展經(jīng)驗中，通過建筑工程事務所、木工隊伍、玻璃供應商、泥瓦匠與水管工人等群體的實踐和探索，一些中小型企業(yè)已經(jīng)可以生產(chǎn)適用于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及木質(zhì)結(jié)構(gòu)的組件。這不僅促進了經(jīng)濟發(fā)展，并且創(chuàng)造了很多自主就業(yè)的機會。

2 何為被動房

被動房的理念是在極低的建筑供暖及制冷需求的基礎上，實現(xiàn)舒適度的最優(yōu)化。無論在何種氣候條件下，被動房都有統(tǒng)一的定義：即在將供暖與制冷負荷降至10W/m2以下的基礎上，通過被動式措施就能滿足ISO 7730中熱舒適的要求。就能耗數(shù)值而言，被動房的供暖與制冷負荷約為傳統(tǒng)建筑的1/10，幾乎可以忽略不計，因而被動房有時也被稱為“近零能耗建筑”。

供暖與制冷需求大幅降低，使得被動房供暖或制冷系統(tǒng)的實現(xiàn)變得非常簡單。例如，80m2公寓的供暖或制冷需要的最大功率為800W，相當于一個小電吹風的功率或20只蠟燭燃燒的熱值，實際上，一臺小型的、經(jīng)濟的分體式暖通空調(diào)（Heating，Ventilation and Air Conditioning，簡稱HVAC）系統(tǒng)，即可滿足該公寓供暖或制冷需求。在滿足最佳室內(nèi)舒適度時，暖通空調(diào)所需的電力峰值不超過400W，即便是對于發(fā)展中地區(qū)的弱電網(wǎng)系統(tǒng)而言，也不是負擔。更重要的是，住宅中供暖與制冷的實現(xiàn)不受室內(nèi)安裝地點、系統(tǒng)方式和時間（24h）的限制，都能提供同等優(yōu)質(zhì)的熱舒適度。

被動房的定義闡釋了一個完整的建筑技術(shù)概念，完全從功能角度出發(fā)，并且適用于任何氣候區(qū)。選擇使用“被動”一詞是為了強調(diào)盡可能通過合理的被動式策略來實現(xiàn)高舒適度（Feist，2007）。

3 被動房在中國的可行性分析

新疆大成烏魯木齊幸福堡商業(yè)綜合體

有關(guān)被動房的中國氣候帶研究（Schnieders，2016）為在中國所有氣候區(qū)進行系統(tǒng)的被動房設計提供了基礎。該研究選取處于不同氣候帶的哈爾濱、烏魯木齊、北京、上海、成都、拉薩、昆明、廣州、瓊海9個城市為代表（圖1），展示了被動房的設計原則，研究表明中國所有氣候區(qū)均適合建造被動房。與當前標準下的常規(guī)新建建筑相比，被動房可以節(jié)約80%～90%的供暖能耗以及約50%的制冷與除濕能耗。

目前中國已建成數(shù)個被動房范例（圖2），這些建筑的實際性能與設計值相符，實現(xiàn)了極優(yōu)的室內(nèi)環(huán)境與空氣質(zhì)量。

3.1 寒冷地區(qū)

圖1 研究選取的9個典型代表城市分布（Schnieders，2016）

該氣候區(qū)建筑最重要的是高性能保溫，0.1W/（m2·K）左右的U值、極佳的氣密性、三玻（甚至四玻或真空）Low-E涂層玻璃，以及高效熱回收通風系統(tǒng)（Energy Recovery Ventilator，ERV）等均是被動房的關(guān)鍵因素。為了提高冬季的室內(nèi)相對濕度，應當使用熱回收通風系統(tǒng)。供暖可以通過多種不同方式實現(xiàn)，傳統(tǒng)的暖氣片或地暖等仍可使用，但由于設計負荷較低，其規(guī)格要小得多；還可以通過加熱通風系統(tǒng)為室內(nèi)提供的新風進行供暖（可能需要少量的循環(huán)熱空氣進行補充）。即便是在中國最冷的氣候區(qū)，夏季也會有數(shù)周的時間由于高溫高濕而形成不舒適的室內(nèi)環(huán)境，在中國東部尤其如此，例如在北京所處的氣候區(qū)，為了提供高舒適的夏季室內(nèi)環(huán)境，被動房也需采用主動制冷與除濕措施。上文提及的小型暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC），既可用作高效的供暖設備，又可用于制冷，能夠極大地簡化整個系統(tǒng)。

圖2 中國示范項目①

圖3 被動房設計的五大關(guān)鍵原則

3.2 夏熱冬冷地區(qū)

夏熱冬冷地區(qū)經(jīng)濟相對發(fā)達，有冬季供暖和夏季制冷的需求。該地區(qū)冬季寒冷，需要良好的保溫措施，但保溫要求相對低于寒冷氣候區(qū)，因而可使用被動式的太陽能設施；夏季白天炎熱，需要采取高效的活動遮陽措施，但夜晚室外濕度極高，需排除制冷峰值時利用夜間通風制冷的方案，選擇通過熱回收通風系統(tǒng)降低除濕能耗需求。在該氣候區(qū)利用熱回收新風系統(tǒng)（可由100%～200%的循環(huán)空氣進行補償）調(diào)節(jié)溫度具有明顯優(yōu)勢，因為它可以同時實現(xiàn)供暖、制冷與除濕，需要注意的是低溫新風相關(guān)的管道、通風口等技術(shù)細節(jié)。另一個經(jīng)濟、易行的方案是在室內(nèi)中央房間安裝傳統(tǒng)的分體式空調(diào)機組，該方案要求室內(nèi)門在一天中的一段時間內(nèi)保持開啟狀態(tài)。另外，為了在潮濕的夏季實現(xiàn)舒適度與能效的最優(yōu)化，應對濕度進行單獨控制。

3.3 夏熱冬暖地區(qū)

控制太陽輻射得熱是該地區(qū)最關(guān)鍵的因素。窗戶應當采用固定遮陽設施阻擋直接太陽輻射，并應選用高性能的遮陽玻璃（活動外遮陽在控制太陽輻射得熱方面具有同樣效果）；墻體和屋頂可以通過提升隔熱性能阻隔太陽輻射，冷色調(diào)涂料是屋頂?shù)忍幍挠行нx擇。在該地區(qū)，除濕需求高于制冷需求，高氣密性的圍護結(jié)構(gòu)可以阻隔較高的室外濕度，熱回收新風系統(tǒng)可起到輔助作用。該地區(qū)的制冷設備原理與夏熱冬冷地區(qū)相同。

3.4 溫和地區(qū)

中國南方溫和的山地氣候區(qū)晴朗天氣居多且氣候條件適中，使得多種被動房設計方案的實現(xiàn)成為可能，甚至不必采用機械通風系統(tǒng)與三玻窗戶就能達到被動房標準。

表1 中國不同氣候區(qū)的參考U值[單位：W/（m2·K）]

PHPP（Passive House Planning Package，被動房規(guī)劃設計軟件包）是在中國所有氣候區(qū)進行合理設計的關(guān)鍵。如果在設計伊始就將PHPP的計算與模擬整合入設計方案，那么建成舒適、節(jié)能、經(jīng)濟的被動房并非難事。

4 如何在中國實現(xiàn)被動房

被動房設計的五大關(guān)鍵原則是：保溫、避免熱橋、高性能玻璃、圍護結(jié)構(gòu)的氣密性和高效舒適的熱回收通風系統(tǒng)（圖3）。

4.1 改善保溫

在外部自然環(huán)境無法提供舒適生存條件的情況下，人們學會將室內(nèi)空間與外部環(huán)境分隔開，并積極營造良好的室內(nèi)環(huán)境。從熱力學角度來說，室內(nèi)外溫度有通過“供暖”或“制冷”進行平衡的傾向。而建筑圍護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量決定了“供暖”或“制冷”的量值，利用保溫技術(shù)，可以極大地減少建筑物的熱損失，與典型的傳統(tǒng)構(gòu)造的建筑相比，其能耗可降至原來的1/5～1/10。通常用熱導系數(shù)（U值）衡量建筑圍護組件的單位熱損失，U值越低，熱損失越少。一般而言，U值與保溫層厚度成反比，與保溫材料的導熱系數(shù)（λ）成正比，當前優(yōu)質(zhì)保溫材料的導熱系數(shù)通常為0.035W/（m·K）?；谥袊煌貐^(qū)的氣候條件，本文提出相應的參考U值（表1）。

改善保溫性能的效益包括：

（1）減小室內(nèi)與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫差，提升舒適度，降低冷凝風險，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

（2）降低供暖、制冷負荷。通過選擇小型暖通空調(diào)系統(tǒng)（HVAC），簡化供暖、制冷方案。

（3）保護和改善圍護結(jié)構(gòu)組件，延長使用壽命，降低維護費用。

根據(jù)PHI的組件數(shù)據(jù)庫可知，任何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括磚混結(jié)構(gòu)、預制混凝土構(gòu)件、木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及其他所有可用于建造外墻的結(jié)構(gòu)體系，都能被改善保溫性能，達到被動房標準，在嚴寒氣候區(qū)也不例外。

保溫材料應選擇密度小并且能夠減少熱輻射、熱傳遞的各類泡沫、纖維以及多層復合材料。無論是對人類有毒還是對環(huán)境帶來污染的材料都應當禁止使用，例如氯氟烴（Chloro Fluoro Carbon，CFC）泡沫等材料。

同使用保溫材料所節(jié)約的一次能源相比，生產(chǎn)保溫材料所需的一次能源非常低（在被動房中通常相差100倍）。因此，改善保溫是實現(xiàn)建筑可持續(xù)性的最佳選擇之一。

圖4 無熱橋結(jié)構(gòu)“鉛筆法則”展示說明

4.2 避免熱橋

表2 中國不同氣候區(qū)域的窗戶使用建議

熱橋是建筑圍護結(jié)構(gòu)的一部分，與連續(xù)區(qū)域相比，熱橋部位的保溫性能較差。

如果圍護結(jié)構(gòu)總的傳遞熱損失（包括熱橋），不高于基于建筑外部尺寸與連續(xù)建筑組件U值計算所得的熱損失，則可認為該圍護結(jié)構(gòu)“無熱橋”。不同建造方法的實踐經(jīng)驗證實，在典型建筑幾何條件下，只要所有線性熱橋滿足Ψ≤0.01W/（m·K），則可實現(xiàn)“無熱橋”。

無熱橋構(gòu)造的一項簡單有效的測試方法即所謂的“鉛筆法則”：在滿足最小保溫結(jié)構(gòu)厚度（寒冷氣候區(qū)大約為200mm）要求的情況下，用鉛筆沿著整個外圍護結(jié)構(gòu)在保溫材料內(nèi)畫線，若能夠畫出一條連續(xù)的線，則說明測試的細部節(jié)點符合無熱橋構(gòu)造（圖4）。 通過該方法可簡便地找出保溫性能薄弱的節(jié)點，例如外墻與地下室頂板的連接處。

使用完善、完整的建造系統(tǒng)②是一種避免熱橋的有效方法，這類系統(tǒng)囊括了所有相關(guān)建筑組件連接節(jié)點的處理方案，特別是氣密性要求高的節(jié)點，例如窗戶、墻－墻以及墻－屋面節(jié)點的處理等，這些節(jié)點最好做到無熱橋。

4.3 適宜（被動房）窗戶的選擇

過去的40年，窗戶這一建筑圍護結(jié)構(gòu)組件經(jīng)歷了突破性的發(fā)展。

單層玻璃：1970年代早期，德國大多數(shù)窗戶都是單層玻璃窗，U值為5.5W/（m2·K）左右。單玻窗戶傳遞熱損失較高，保溫效果較差，使得室內(nèi)溫度較低，低于0℃的情況并不少見，玻璃上經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。保溫性能差往往會導致室內(nèi)舒適度差，并使結(jié)構(gòu)損害風險息增加。

雙層保溫玻璃：第一次石油危機之后，在新建建筑和翻新建筑中使用的所謂“保溫玻璃”只是對單層玻璃進行了微小改進。這些窗戶由兩層玻璃板組成，中間是保溫空氣腔，U值為2.8W/（m2·K）左右。但在寒冷的氣候條件下，室內(nèi)依然寒冷潮濕，舒適度差。

雙層Low-E玻璃：Low-E涂層是一種金屬鍍膜，位于朝向空氣腔的玻璃表面。該技術(shù)的研發(fā)應用使得窗戶的性能顯著改善，帶有木框或聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）窗框及傳統(tǒng)間隔條的雙層Low-E玻璃窗戶的U值為1.3～1.7W/（m2·K）。與沒有Low-E涂層的雙層保溫玻璃相比，其熱傳遞損失降低了一半。即使在寒冷氣候區(qū)嚴重霜凍的天氣中，室內(nèi)溫度依然可以維持在13℃左右，舒適度得到顯著改善。但窗戶附近依然可以感覺到向下流動的冷空氣，室內(nèi)溫度分布不均勻的情況依然存在。

三層Low-E玻璃：三層保溫玻璃是德國節(jié)能建筑的一項突破性成果。三層玻璃板形成兩個空氣腔，在腔內(nèi)填充惰性氣體，三層玻璃板中的兩層帶有Low-E涂層，U值為0.5～0.8W/（m2·K）。在三層Low-E玻璃技術(shù)的基礎上再結(jié)合保溫窗框，即為“舒適窗戶”或“被動房窗戶”。即使在寒冷氣候條件下，采用該類型窗戶的被動房每年的得熱量也會高于熱損失量。

此類內(nèi)部填充惰性氣體且?guī)в蠰ow-E涂層的玻璃的生產(chǎn)成本并沒有比其他玻璃高很多。只要生產(chǎn)規(guī)模足夠大，無論是雙層、三層抑或是四層玻璃，對生產(chǎn)成本的影響都微乎其微。例如在德國，三玻跟二玻相比，其每平米的額外成本不到10歐元。在中國，新建建筑數(shù)量快速增長，翻新建筑需求量也很大，無疑將促成此類玻璃的大規(guī)模生產(chǎn)。另外，窗戶的透光率應盡量提高，可根據(jù)所屬氣候區(qū)選擇不同性能的窗戶（表2）。

在寒冷氣候條件下使用U值較低的窗戶具有重要意義，在極寒氣候條件下更是如此。與此同時，窗戶也要有較高的太陽得熱系數(shù)（g值），這是在冬季降低供暖需求的一種有效方式。設計時，玻璃的內(nèi)表面溫度不要比室內(nèi)溫度低過4K，即使在夜晚也同樣如此，這樣可以不受供暖方式的影響而始終確保較高的室內(nèi)舒適度。在使用高性能的四層玻璃時，務必使用合適的間隔條，進行壓力補償，從而避免“泵浦效應”（pumping effect），使用真空玻璃也可達到類似效果。在冬季寒冷但夏季需要主動制冷的地區(qū)（例如北京），最佳策略依舊是使用南向窗戶提高太陽得熱量高；但在炎熱的夏季需要采取遮陽措施，如安裝懸挑（例如陽臺）或活動遮陽（例如外遮陽百葉窗），來維持較低的制冷需求。遮陽性能對制冷需求的影響很大，可使用PHPP工具確定每個施工項目中每個窗戶最適用的玻璃類型和采用的最佳遮陽策略。

即使在今天，與其他非透明的建筑組件相比，窗框依然具有相對較高的熱傳遞損失，U值約為1.3W/（m2·K）甚至更高，這會對改良玻璃的熱工性能起到反作用。因此提高窗框的性能也是實現(xiàn)被動房最有效的措施之一?？赏ㄟ^以下3種途徑實現(xiàn)：

（1）通過使用保溫材料來提高窗框的熱阻，可以將其提高到之前的2倍或更高：在任何氣候中，均要對鋁框進行斷熱處理；在PVC窗戶中，要避免金屬固件對熱工性能的影響?？蓞⒖急?中不同氣候區(qū)域中所需的窗框保溫水平。

（2）降低窗框的寬度：較高的U值使得窗框成為整個建筑中保溫性能最薄弱的部分。降低窗框?qū)挾纫馕吨诤錃夂蛑薪档蜔崃繐p失，還可減少制冷工況時的得熱量。

（3）提高玻璃間隔條的保溫性能：在任何氣候區(qū)域中都應使用暖邊間隔條。

被動房的認證文件中包含全部的窗框特點，包括Uf、Ψg、bf（窗框?qū)挾龋?，這些數(shù)據(jù)表單提供了使用PHPP進行能量平衡計算來實現(xiàn)每個項目最優(yōu)化時所需的所有數(shù)值。自從被動房被引入以來，中國的部品部件市場得到了顯著發(fā)展，已經(jīng)有10余款適用于被動房的木門、鋁木以及塑料窗框的中國本土產(chǎn)品獲得國際被動房窗戶認證，在可預見的將來會有更多產(chǎn)品面市。窗戶與外墻之間的恰當連接也很重要③，無熱橋施工原理及技術(shù)，尤其是針對這些節(jié)點方面的知識，是被動房設計師培訓必含的內(nèi)容。

圖5 被動房規(guī)劃設計軟件包

4.4 氣密性

對于不同氣候條件下的建筑結(jié)構(gòu)而言，提高其氣密性的方式各不相同。

4.4.1 寒冷氣候

對于該氣候條件下耐用、干燥的建筑結(jié)構(gòu)而言，最重要的是在墻體內(nèi)側(cè)或屋面內(nèi)側(cè)安裝一個隔汽層，即氣密層，保證外部能夠進行蒸汽擴散；其次，建筑結(jié)構(gòu)的外表面應采取保護措施，使建筑免受暴雨侵蝕，例如噴涂一層防雨涂料；第三，在外部增加保溫設施，保持建筑溫暖干燥。

4.4.2 夏熱冬冷氣候

在這種氣候條件下，實現(xiàn)外部建筑組件的濕氣平衡是極具挑戰(zhàn)性的，因為全年濕氣的傳遞方向會發(fā)生改變。需要仔細考量墻體和屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使用聚苯乙烯泡沫塑料（Expandable Polystyrene，EPS）作為外部保溫材料，通常沒有明顯問題；使用巖棉板作為保溫結(jié)構(gòu)時，外墻抹灰的性能尤為重要，需確保較低的蒸汽擴散阻力和吸水性。

4.4.3 夏季潮濕氣候

在這種氣候條件下，對持久耐用的、干燥的墻體和屋面結(jié)構(gòu)而言，外表面材料的吸水系數(shù)要極低，并且不影響水蒸汽的擴散。在此前提下，大部分建筑結(jié)構(gòu)類型都能運行得很好，若使用具有透濕性能的外部保溫材料，例如巖棉板，則要特別注意濕度情況。

4.5 舒適通風

任何有人使用的建筑都不能缺少通風——室內(nèi)空氣污染源無處不在，如果不使用新風進行室內(nèi)空氣置換，那么這些污染物就會聚積。老舊建筑的氣密性很差，所以存在很多不可控的通風狀況，例如通風時間不合適，外部風速大或者溫度低時，通風較快，此種情況下的快速通風往往會導致室內(nèi)空氣過于干燥。其次，室外空氣中有很多不利于人體健康的細微顆粒物，尤其是在中國一些空氣質(zhì)量較差的城市地區(qū)，不可控的通風會導致室內(nèi)空氣質(zhì)量并不比室外好。因此，需要使用機械通風系統(tǒng)進行新風供應——使用一個可控的新風/送風通道放置過濾器，以此對室外空氣進行清潔。PHI建議使用F7（70%～90%的過濾率）及以上等級的過濾器，最好是F9（在除塵方面能夠達到95%以上的過濾率）。不僅能夠改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，整個系統(tǒng)也將保持清潔狀態(tài)（Feist，2016）。

對高質(zhì)量室內(nèi)空氣的需求，使得帶有新風過濾功能的機械通風系統(tǒng)備受青睞。根據(jù)實際需求，可通過使用高效風機對新風量進行控制（目前置換每立方米新風的風機耗電量在0.2kWh以下），新風量約為每人30m3/h。根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)新風量可以降低對送入室內(nèi)的空氣進行調(diào)節(jié)（加熱或制冷）所需的總能量；使用熱濕交換器則會進一步實現(xiàn)大量節(jié)能。高質(zhì)量逆流式熱交換器可將排氣/廢氣中80%～90%的顯熱回收并供應給室外空氣/新風，將供暖和制冷需求分別降低到通常能耗的1/5以下。在任何一個有著顯著年度供暖或制冷需求的氣候區(qū)，都可以使用熱交換器。在中國，適用于除了溫和氣候帶（如昆明）以外的其他氣候區(qū)域。

此外，在中國大多數(shù)氣候邊界條件下，建議進行濕回收：在寒冷和極寒氣候中，此類系統(tǒng)會將濕氣保留在建筑內(nèi)部，進而防止空氣過于干燥，而在夏季炎熱潮濕的區(qū)域，濕回收則會限制進入房間的濕氣。需要注意的是，在這些炎熱潮濕地區(qū)需要主動除濕，例如將來自人體或因烹飪、澆水等產(chǎn)生的濕氣從建筑內(nèi)部除去。

熱回收通風系統(tǒng)是一項已經(jīng)被證明的可靠的技術(shù)——目前在全球范圍內(nèi)，已有250多個此類系統(tǒng)獲得認證，適用于被動房。認證內(nèi)容不僅僅包含系統(tǒng)的熱回收效率（典型值85%左右），也包括耗電能效、系統(tǒng)漏風情況、噪音等級以及其他相關(guān)性能。這些性能反過來有助于使用PHPP對特定項目進行可靠的熱回收系統(tǒng)設計和選型。

5 全球通用的物理定律

被動房原理應用了全球通用的熱傳遞物理定律。經(jīng)過數(shù)十年的使用，這些原理已為人所熟知并不斷地被證明其具有可靠性。熱輻射是對室內(nèi)及建筑表面溫度影響力最大的因素；熱傳導主宰著通過外部建筑組件的熱傳遞，這也是降低其U值以及考慮其動態(tài)特性的主要原因；對流在通風以及所有基于空氣的制冷和供暖系統(tǒng)中起主要作用。

在所有氣候帶條件下的各種建筑類型中，設計良好的被動房的室內(nèi)邊界條件非常相似，都滿足了ISO 7730規(guī)定的舒適度要求。自從范格爾（Ole Fanger）教授在1960年代進行了他的著名研究以來（Fanger，1972），實踐一次又一次地證明，最佳熱舒適條件并不受年齡、種族、性別以及所有社會參數(shù)影響。舒適度對衣著有一定的依賴，會導致供暖和制冷需求存在不同，但這是可以調(diào)節(jié)的，例如冬天和夏天的衣著不同。

在被動房中，為了實現(xiàn)不同氣候中的建筑室內(nèi)舒適度，建筑圍護組件要根據(jù)不同的外部條件采用不同的保溫厚度（表1）。使用恰當?shù)膰o組件，被動房內(nèi)各組件表面之間的溫差可以保持較?。ù皯舯砻孀疃嗖怀^4K，其他表面更小），此時，室內(nèi)熱傳遞將維持均質(zhì)且緩慢的狀態(tài)，基于此種情況，所有氣候中的被動房均可使用簡化后的供暖和制冷系統(tǒng)，即將供暖、制冷與新風系統(tǒng)相結(jié)合，將新風系統(tǒng)應用于熱回收通風系統(tǒng)中。對中國情況的研究表明（Schnieders，2016），如果選擇了恰當?shù)膰o組件，該系統(tǒng)可用于中國所有的氣候帶。

中國的氣候條件比較多樣、復雜，可以借鑒其他類似氣候區(qū)被動房建設的成功經(jīng)驗。例如，斯堪的納維亞和加拿大寒冷氣候中的被動房經(jīng)驗可以應用到中國相應氣候區(qū)的被動房設計中；南歐國家與中國夏熱冬暖氣候區(qū)條件相當，其被動房運行良好；韓國與中國夏季潮濕冬季寒冷氣候區(qū)條件類似，也已經(jīng)成功建成了一些被動房項目。

6 中國建造被動房需要的因素

向高能效建筑過渡需要建筑行業(yè)的共同努力，最重要則是建筑師和設計人員。

6.1 建筑整體規(guī)劃

建造高效節(jié)能建筑并對其進行細節(jié)設計并不難——主要原理前文已述。遺憾的是，建筑專業(yè)學生對建筑物理學的基本理解常常不足。對于建筑師而言，有很多可行的專業(yè)培訓，入門強化課程大約為80h，可在網(wǎng)上自主學習。

另外，許多國際著名建筑師已經(jīng)在中國建造了被動房，項目細節(jié)可在公開出版物中查閱，可以作為參考借鑒學習。對于團隊而言，應當重視“整體規(guī)劃”，即建筑設計和技術(shù)細節(jié)設計的相互協(xié)調(diào)融合，以激發(fā)設計團隊的創(chuàng)造力，這無疑是對傳統(tǒng)工作方法的一種改進。

6.2 設計軟件

被動房設計的成功首先在于實現(xiàn)供暖和制冷的能量平衡，因而在設計階段的初期就必須對能量需求和供暖及制冷負荷進行預估。被動房規(guī)劃設計軟件包（PHPP，圖5）則是為能量平衡計算專門研發(fā)的軟件④，以主要影響因素為基礎，可在各設計階段計算出建筑獲得能量和損失能量之間的平衡值。氣候數(shù)據(jù)是建立計算的邊界條件，設計師可根據(jù)所處的設計階段，輸入外表面數(shù)據(jù)和特定項目建筑組件的性能值。使用通過認證的組件可以很大程度上簡化設計過程，因為相關(guān)的規(guī)格數(shù)據(jù)已經(jīng)在認證文檔中給出。在PHPP中，可以通過簡單的下拉菜單對認證組件進行選擇和激活。

輔助軟件DesignPH通過SketchUp軟件進行3D數(shù)據(jù)輸入，提供了一個圖形設計程序。首先將一個平面圖草圖快速轉(zhuǎn)化為一個建筑熱工圍護結(jié)構(gòu)，之后DesignPH自動識別不同的組件類別（例如屋頂、外墻、窗戶等等），并將相應的組件及參數(shù)輸入PHPP進行能量平衡計算。

在設計階段初期，根據(jù)不同氣候設置默認值，作為確定建筑組件規(guī)格的參考值（如窗戶U值，g值，屋頂及墻體結(jié)構(gòu)，等等）。在設計階段中期，可對U值進行調(diào)整，例如選擇不同玻璃類型或者改變保溫厚度，以便更好地滿足能量目標。高性能保溫通常會降低供暖和制冷需求，但影響制冷的一個更為主要因素是太陽輻射。在既需要冬季供暖又需要夏季制冷的氣候條件下似乎存在優(yōu)化的沖突：較高的窗戶g值會在冬季有利，但在夏季相反。

其實，在很多情況下，對于不同建筑類型而言，主要的邊界條件（例如較長的冬季時長）可在初始設計階段確定，次級時間段（例如夏季）可以在之后的階段進行優(yōu)化，最好不要妨礙已經(jīng)為主要運行階段優(yōu)化好的組件信息（例如夏季臨時遮陽，在冬天不改變通風率的情況下可提高夏季通風）。

數(shù)以千計的被動房項目實踐經(jīng)驗表明，在組件選擇和運行策略調(diào)準一致的情況下，可以同時實現(xiàn)供暖和制冷目標。另外，對于相同的建筑設計而言，不只有一個解決方案：例如，如果重點是太陽能最大優(yōu)化（高g值），那么可以配以較低保溫水平的臨時遮陽；如果強調(diào)的是遮陽型玻璃，那么可以配以高水平保溫的非透明組件（低g值，無需額外遮陽組件）。

最近幾年，中國在有關(guān)地球環(huán)境保護的全球性事務上表現(xiàn)出越來越積極的姿態(tài)，被動房也是中國可以大有作為的一個領(lǐng)域。被動房研究所（PHI）將繼續(xù)致力于支持被動房的全球發(fā)展，這對中國也是一個巨大的機遇。

注釋

① 朗詩長興布魯克酒店

建筑師 ：彼得 · 魯格（Peter Ruge），建筑物理：被動房研究所（PHI），來源：http://www.passivhausprojekte.de/index.php#d_4153

新疆大成烏魯木齊幸福堡商業(yè)綜合體

建筑師：文化橋建筑設計 何理建（Hennecke，Culturebridge Architects）和Wang Wei新疆建筑設計研究 （Wang Wei, Xinjiang Architectural Design Institute），建筑物理：被動房研究所（PHI），來源：http:// www.passivhausprojekte.de/index.php#d_4246

河北新華幕墻辦公樓以及宿舍

建筑師：建學建筑與工程設計所有限公司（Jianxue Architecture and Engineering Design Institute Co., Ltd.），建筑物理 ：被動房研究所（PHI），來源：http://www.passivhausprojekte.de/index.php#d_4489

青島中德生態(tài)園會議中心

建筑師：RoA建筑事務所（Rongen Tribus Vallentin GmbH），建筑物理：被動房研究所（PHI），來源：http://www.passivhausprojekte.de/ index.php#d_4674

② 滿足要求的已獲認證建筑系統(tǒng)詳見www.passivehouse.com。

③ 多種舉例方案詳見http://www.passipedia.org。

④ 全球第20個語言版本中文版PHPP詳見http://www.phpp.org.cn。

[1]Feist, W. (2007) Passivh?user in der Praxis, in Bauphysik Kalender 2007: Schwerpunkt: Gesamtenergieeffizienz von Geb?uden (ed N. A. Fouad), Wiley-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, Germany. doi: 10.1002/9783433600672.ch19.

[2]Schnieders, J.; Schulz, T.; Feist, W.: Passive Houses in Chinese Climates; Passive House Institute, Darmstadt, 2016.

[3]Feist, W.* (2016); Peper, S.; Pfluger, R.*; Hasper, W.; Schulz, T., Saxer, A.*: Studie zur Dauerhaftigkeit von Energieeffizienzma?nahmen-Erfahrungen nach 25 Jahren Passivhaus Darmstadt-Kranichstein; Passivhaus Institut, 2016 (in Vorbereitung) (* Universit?t Innsbruck, Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften).

[4]PHPP-Passivhaus Projektierungs Paket. Programm und Handbuch, Autoren: Feist, W., Schnieders, J. et al. Passivhaus Institut, Darmstadt, 1998-2014.

[5]Schnieders, J. ; Feist, W. et al: "Passivh?user für verschiedene Klimazonen". Passivhaus Institut. Darmstadt, Mai 2012; sowie english: "Passive Housesfor Different ClimateZones" Passive House Institute, Darmstadt, 2012.

致謝

感謝參與中國氣候帶研究的研究人員：Jurgen Schnieders（尤爾根 · 謝列德爾），Jessica Grove-Smith（杰西卡 · 格曼夫 · 史密斯）。

2016-05-20

PASSIVE HOUSE IN CHINA：HEALTH, COMFORT, AFFORDABILITY AND SUSTAINABILITY

Passive House is one of the future for providing best possible thermal comfort in buildings. It's an open standard available to everybody who can build by using regional resources and know-how. According to some research, it could save more than 80% of the energy compared to conventional systems and it would allow for a sustainable energy supply all over the world. It has been proven by relative research and practice that Passive House could work effective in different climate zones across China as well as in other countries. This paper details the basic principle of Passive House and shows factors and implementation tools be used to build Passive Houses in China with complex and diverse climate.

Passive House, Health, Comfort, Affordability, Sustainability

Wolfgang Feist，博士，因斯布魯克大學建筑物理學教授，被動房研究所（PHI）所長

郭凌，德國被動房研究所的中國協(xié)調(diào)員