郝俊明 / 新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司）

淺談被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)

郝俊明 / 新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司）

介紹了被動(dòng)式建筑以及設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題，探討了被動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)方法，提出了合理的解決措施，對(duì)于動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

被動(dòng)式建筑；保溫；氣密性；通風(fēng)熱回收

1.引言

被動(dòng)式建筑（Passive House）源自德國(guó),在中國(guó)被直譯成“被動(dòng)式建筑”。它強(qiáng)調(diào)通過(guò)設(shè)計(jì)和建材，利用極小的耗能就可維持建筑舒適度，不用空調(diào)冷氣就能實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼。較傳統(tǒng)房屋，它的優(yōu)勢(shì)在于密閉，再搭配高效能的暖氣轉(zhuǎn)換和中央通風(fēng)系統(tǒng)，可一年四季保持舒適的恒溫。這種房屋的神奇之處還在于，不光依靠太陽(yáng)能產(chǎn)生熱量，同時(shí)還可借助高效能設(shè)備甚至人體釋放的熱能，幫助房屋保溫。在此筆者對(duì)動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明，以期能對(duì)同行有所幫助。

2.被動(dòng)式建筑的定義

被動(dòng)式建筑（Passive House）是由瑞典隆德大學(xué)的Mr.Bo Adamson教授和德國(guó)達(dá)姆斯塔特房屋與環(huán)境研究所的Mr.Wolfgang Feist博士在1988年提出來(lái)的，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種不需要“采暖空調(diào)主動(dòng)供冷熱”的房屋，因此命名為“被動(dòng)式建筑”。被動(dòng)式建筑是眾多節(jié)能建筑的一個(gè)分支，被動(dòng)式建筑標(biāo)準(zhǔn)要求在高效利用能源的同時(shí)為住戶(hù)提供經(jīng)濟(jì)且滿(mǎn)足舒適性標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)建筑。被動(dòng)式建筑的確切定義為：“被動(dòng)式建筑是滿(mǎn)足ISO7730熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的建筑，它通過(guò)滿(mǎn)足室內(nèi)空氣質(zhì)量的新鮮空氣提供室內(nèi)供暖、供冷需求，且沒(méi)有附加的空氣再利用?！钡湫偷谋粍?dòng)式建筑通常具有下列特征:

2.1 極低的供暖熱能耗：供暖熱能耗相當(dāng)于傳統(tǒng)建筑物的1/10、現(xiàn)有節(jié)能建筑的約1/4。

2.2 被動(dòng)能源的利用：充分利用建筑物內(nèi)部的能源，包括住戶(hù)的體溫、進(jìn)入建筑物的陽(yáng)光等，被動(dòng)式能源的利用間接地提高了室內(nèi)的熱舒適性。

2.3 適宜的外保溫標(biāo)準(zhǔn)：高標(biāo)準(zhǔn)的保溫門(mén)窗和建筑外保溫為保持室溫避免散熱不良提供基本保障。

2.4 通風(fēng)與通風(fēng)熱回收：配有高效率熱回收裝置的通風(fēng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定且不會(huì)產(chǎn)生紊流，同時(shí)可將回風(fēng)中的余熱進(jìn)行有效的回收、利用。

2.5 節(jié)能途徑與舒適性：通過(guò)建筑構(gòu)件和優(yōu)質(zhì)的通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，舒適性標(biāo)準(zhǔn)高于常規(guī)建筑。

3.被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)重點(diǎn)

被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較多，其中重點(diǎn)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

3.1 高性能維護(hù)結(jié)構(gòu)

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用150～200mm以上厚度的外墻外保溫材料與高密閉性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要是用來(lái)抵御冬天室外低溫與夏天太陽(yáng)輻射、室外高溫對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響。房屋的外墻與屋頂保溫隔熱性能要求足夠好，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫需達(dá)到一定厚度，房屋通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失達(dá)到最低。在冬季可以憑借房屋自然得熱維持室內(nèi)溫度達(dá)到20度以上；在夏季足以抵抗太陽(yáng)的幅射不傳到室內(nèi)，U<0.15W/(K)。通常采用的保溫材料為：膨脹苯板EPS、擠塑苯板X(qián)PS、聚氨酯保溫板PU、玻璃絲棉等。

3.2 高性能保溫外窗

人體舒適度顯著受到窗戶(hù)表面溫度差異的影響，一般窗戶(hù)UW=1.6W/(K)，輻射溫差為5.5K，因此在一般窗戶(hù)下方往往放置暖氣片。而被動(dòng)窗UW=0.8W/(K)，輻射溫差＜3K，在被動(dòng)房里窗戶(hù)下面是不需要放置暖氣片的，被動(dòng)窗內(nèi)側(cè)玻璃的溫度與室內(nèi)的溫差小于3K，人體感覺(jué)非常舒適。被動(dòng)窗的安裝和常見(jiàn)窗戶(hù)安裝不一樣，被動(dòng)窗一定要安裝在保溫層內(nèi)，對(duì)于砌體建筑，采用外掛式安裝，對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑，安裝在中間的保溫層內(nèi)，對(duì)于既有建筑改建，需要采取靈活處理的方式，但要保證窗戶(hù)安裝無(wú)熱橋。窗戶(hù)的安裝一定要保證安裝的氣密性，內(nèi)側(cè)采用氣密膠帶進(jìn)行密封，外側(cè)采用透氣膠帶粘貼。被動(dòng)窗，盡量采取更厚實(shí)更窄的窗框，安裝被動(dòng)窗時(shí)，窗框盡量被保溫材料覆蓋，減少窗框部位的熱損失。被動(dòng)房入戶(hù)門(mén)也應(yīng)注意保溫和氣密性，它的要求與窗戶(hù)一樣。

3.3 高氣密性

提高建筑氣密性，能夠減少由滲風(fēng)帶入的冷量或熱量，節(jié)省處理這部分負(fù)荷的能量。由于溫差明顯，滲風(fēng)對(duì)冬季采暖能耗造成的影響十分明顯；提高氣密性對(duì)節(jié)能有明顯的影響。哈爾濱地區(qū)節(jié)能量最大，氣密性從1級(jí)提高到8級(jí)，即換氣次數(shù)從0.94次/h減少到0.12次/h時(shí)，每年每戶(hù)節(jié)能近3500kWh，節(jié)能率超過(guò)80%。在寒冷或炎熱的地方,室內(nèi)都開(kāi)著暖氣或冷氣,泄漏了的空氣量等于浪費(fèi)了的暖氣或冷氣。氣密性的好壞直接影響房屋的能源消耗，被動(dòng)式房屋的極其重要的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)就是房屋的氣密性。氣密性滿(mǎn)足N50≤0.6，即在室內(nèi)外壓差50Pa的條件下，每小時(shí)的換氣次數(shù)不得超過(guò)0.6次。

3.4 無(wú)熱橋設(shè)計(jì)

無(wú)熱橋設(shè)計(jì)是被動(dòng)房的五大準(zhǔn)則之一。無(wú)熱橋設(shè)計(jì)的定義是，當(dāng)我們考慮所有的熱橋損失，如選擇外部尺寸來(lái)計(jì)算熱的傳遞，那么實(shí)際所造成的熱損失并不會(huì)高于此。熱傳遞損失在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中主要來(lái)自于窗戶(hù)安裝、屋檐、屋脊、天花支撐、地板、基礎(chǔ)等地方。在熱橋值的計(jì)算中，應(yīng)從內(nèi)部到外部的尺寸進(jìn)行，并對(duì)于建筑物理的影響及造成的熱損失傳遞進(jìn)行評(píng)估。

3.5 高效率熱回收通風(fēng)系統(tǒng)

一般建筑采用自然開(kāi)窗通風(fēng)換氣，但被動(dòng)式建筑中，需要采用帶熱交換功能的新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)換氣。新風(fēng)系統(tǒng)是被動(dòng)房必不可少的設(shè)備系統(tǒng)，它的主要作用是通風(fēng)換氣的同時(shí)，減少熱量流失，增加室內(nèi)舒適度。能夠控制空氣溫度，避免霉菌生成，抑制異味，過(guò)濾室內(nèi)外空氣，使室內(nèi)空氣保持清潔。被動(dòng)房?jī)?nèi)的溫度20～25度，濕度40～60%，室內(nèi)CO2含量低于1000ppm，要達(dá)到這樣的舒適度條件，需要帶換熱功能的新風(fēng)系統(tǒng)。能量回收通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，吸收欲排出室外的蓄含熱量的室內(nèi)廢氣（20℃）中的絕大部分熱量， 預(yù)熱吸入的室外新鮮低溫冷空氣（0℃），達(dá)到（18℃）后，送入室內(nèi)各個(gè)房間。

4.建議

在國(guó)外被動(dòng)式建筑的建設(shè)有很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，只是簡(jiǎn)單的應(yīng)用國(guó)外的建筑設(shè)計(jì)，特別是保溫、窗戶(hù)、遮陽(yáng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在不同地區(qū)直接拷貝應(yīng)用是不可行的。被動(dòng)式建筑不是高科技技術(shù)與昂貴材料的堆砌，而是要做到真正的普及。因此，被動(dòng)式建筑的建造，應(yīng)吸收當(dāng)?shù)氐慕ㄖ鹘y(tǒng)，充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，才能建設(shè)出更多的、讓公眾消費(fèi)的起的被動(dòng)式建筑。

5.結(jié)束語(yǔ)

被動(dòng)式建筑是當(dāng)今世界領(lǐng)先的低碳節(jié)能建筑，具有概念先進(jìn)，系統(tǒng)性強(qiáng)，研究、測(cè)試完整，技術(shù)、模式成熟，應(yīng)用、建造實(shí)踐豐富的顯著特點(diǎn)，在目前世界各類(lèi)節(jié)能建筑中具有領(lǐng)先的技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)。然而要達(dá)到理想的舒適性要求，必須重視設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等所有環(huán)節(jié)的質(zhì)量體系控制，加強(qiáng)相互之間的交流、配合，才能建造出性能優(yōu)異的被動(dòng)式建筑。

[1]馮康曾、田山明、李鶴．被動(dòng)式建筑．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017.