德奥被动式房屋案例及其启示

马伊硕 / MA Yishuo

德奥被动式房屋案例及其启示

马伊硕 / MA Yishuo

为借鉴国外被动式低能耗建筑的成功建造技术、实施效果、指标体系和管理及认证经验，指导我国各个被动式低能耗建筑示范项目的建设和各气候区被动式低能耗建筑能耗指标体系的合理确立，应德国海德堡市政府和被动房研究所（Passive House Institute，PHI）邀请，由住房和城乡建设部科技发展促进中心组织于2014年赴德国、奥地利执行被动式房屋建设的学习交流任务。

团组一行6人共走访维也纳（Vienna）、安朵夫（Andorf）、布里克斯莱格（Brixlegg）、因斯布鲁克（Innsbruck）、阿夫吉岑（Aufkirchen）、海德堡（Heidelberg）、达姆施塔特（Darmstadt）、法兰克福（Frankfurt）等8个奥地利及德国的城市，访问了维也纳科技大学、因斯布鲁克大学和被动房研究所，召开技术交流研讨会对德国和奥地利的高能效建筑和正能效建筑的相关政策和技术发展现状进行了调研，并参观了国际太阳能十项全能竞赛（Solar Decathlon，SD）获奖建筑项目，以及多个包括居住建筑社区、中小学校、高校科研办公楼、幼儿园、超市等建筑类型在内的获得被动房研究所认证的被动式低能耗单体建筑项目和城区项目，为我国被动式低能耗建筑的发展提供了关键技术信息。

1 概述

1.1 欧洲被动式房屋发展趋势

在全球气候变暖、能源短缺的背景下，以高能效、低排放为核心的建筑节能正为实现国家的能源安全和可持续发展起到至关重要的作用。近年来，国际建筑节能技术长足发展，提高建筑性能使使用者对能源的需求降到最低，同时充分利用可再生能源从而摆脱对传统化石能源的依赖，已成为国际建筑节能技术领先国家节能减排的重要手段。

欧盟在全球应对气候变化行动中一贯秉承积极态度。2007年3月，欧洲理事会（European Council）就提出能源和气候一体化决议，其核心内容“20-20-20”行动承诺欧盟到2020年将温室气体排放量在1990年的基础上减少20%；将可再生能源在总能源消费中的比例提高到20%；通过提高能源效率将能源消耗在预计2020年能耗总量的基础上降低20%。由此促成的2008年12月正式获批的“气候行动和可再生能源一揽子计划”（Climate Action and Renewable Energy Package），成为全球通过气候和能源一体化政策实现减缓气候变化目标的重要基础。2014年10月，欧洲理事会又宣布通过“2030年气候与能源政策框架”（2030 Framework for Climate and Energy Policies），明确了到2030年欧盟向低碳经济转型的3个阶段性目标：一是以1990年为基准年将温室气体排放量减少40%；二是将可再生能源比例在能源消费结构中的占比提高到至少27%；三是以预计的2030年能耗总量为基准将能源效率提高至少27%。与“20-20-20”目标相比，新的气候与能源政策框架提高了量化的减排、可再生能源占比和能源效率目标，为实现欧盟委员会（European Commission）在2011年3月描绘的2050低碳经济路线图（A Roadmap for Moving to A Competitive Low Carbon Economy in 2050）、帮助欧盟到2050年成为具有竞争力的低碳经济体起到重要的促进作用。

特别的，为敦促建筑能效提升，欧盟于2002年出台“建筑能效指令2002/91/EC”（Energy Performance of Buildings Directive，EPBD），并于2010年公布其修订版（2010/31/EU），直接设定建筑能效目标。该指令的主要目的是通过对新建建筑和既有建筑、建筑技术系统和建筑材料设定最低能效要求，以确保在国家水平上建立一个提升居住建筑和非居住建筑能效性能的综合框架（奥理·塞佩宁，2013）。EPBD明确指出，欧盟成员国必须确保到2020年所有新建建筑都符合近零能耗建筑的要求，由政府部门管理和拥有的新建建筑将提前于2018年达到要求。

基于该框架，欧盟成员国已陆续制定并公布各自的近零能耗建筑国家路线图，以及促进近零能耗建筑数量增加的国家方案。

德国在建筑节能领域的技术水平和产业化程度在欧洲乃至世界均处于领先地位。从1977年颁布第一部保温法规（WSVO 1977）到2012年公布进一步修订而成的建筑节能条例（EnEv 2012），德国共经历了6个节能阶段，建筑采暖一次能源需求由最初的250kWh/（m2·a）以上降低至目前45kWh/（m2·a）的水平。日本发生福岛核电站事故后，德国率先宣布放弃使用占其能源总供应量40%的核能，并于2011年提出新的建筑节能目标，即到2050年建筑领域一次能源消耗在2005～2008年的平均水平上节约80%，社会终端能耗节约60%。

发展并普及被动式建筑，将自然通风、自然采光、太阳能辐射得热和室内非供暖热源得热等各种被动式节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合，在保证室内环境舒适性的前提下，通过大幅度降低建筑热/冷负荷，最大限度地摆脱对主动式机械采暖和制冷系统的依赖，进而降低建筑采暖和制冷能耗，是德国实现上述目标的主要手段。被动式建筑的年采暖需求不超过15kWh/（m2·a），是普通节能建筑的1/10至1/4，其年总一次能源需求（包括采暖、制冷、通风、生活热水、照明和家用电器一次能源需求）不超过120kWh/（m2·a）。在被动式建筑的基础上，利用可再生能源就有可能实现零能耗建筑甚至产能建筑。目前，德国已有数万栋被动式建筑，预计随着德国能源政策和建筑节能目标的进一步落实，被动式建筑占其建筑总量的比例将迅速提高。

2008年，奥地利也建立了建筑能效认证制度。根据采暖需求将建筑划分为A++、A+、A、B直至G几个等级，其中A++为最佳等级，建筑的采暖能耗和总能耗最低，A+相当于被动式房屋标准，采暖需求在15kWh/（m2·a）以下。奥地利政府针对低能耗建筑和被动式房屋实施了专门的资助计划，其所采用的被动式房屋指标体系与德国被动式房屋指标相同。截至2010年，奥地利的被动式房屋已达到8 500栋，且从2015年开始，只有被动式房屋可以享受政府补贴（彭梦月，2014）。

1.2 我国被动式房屋发展现状

我国的能源供应面临重大挑战。2011年我国能源消耗总量达34.78亿t标准煤，其中建筑能耗占比30%。随着城镇建筑面积的增加和居民改善室内舒适度需求的增长，这一比例还将继续上升。被动式建筑可实现取消采暖、制冷设施，其推广对缓解我国能源紧张和城市污染情况具有深远影响。

2009年，在我国住房和城乡建设部建筑节能与科技司和德国交通、建设和城市发展部（Federal Ministry of Transport，Building and Urban Development）的支持下，我国住房和城乡建设部科技发展促进中心与德国能源署（Deutsche Energie-Agentur）合作开展了“中国被动式低能耗房屋示范项目”，旨在借鉴德国被动式建筑的设计和建造经验，在中国建造一批符合中国国情的被动式建筑示范项目，以推动中国建筑节能事业的深入发展。2011年6月，在首届中德政府协商会议期间，中德双方签署了《关于建筑节能与低碳生态城市建设技术合作谅解备忘录》，将被动式低能耗建筑作为重要合作内容予以深化推进。

在中德双方政府的大力支持下，目前在我国已落实多个中德合作被动式低能耗建筑示范项目，其中河北省秦皇岛“在水一方”C15#住宅楼项目和黑龙江省哈尔滨“溪树庭院”B4#住宅楼项目已获得由住房和城乡建设部科技发展促进中心及德国能源署共同授予的中德合作高能效建筑——被动式低能耗建筑质量标识。目前在建的数十个被动式房屋示范项目，覆盖我国严寒和寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区等多个气候区，包括住宅、办公、学校、幼儿园、纪念馆、工业厂房等多种建筑类型，为我国积累被动式建筑设计和建造经验提供了良好的实践基础（张小玲，2014）。

2 德奥被动式房屋案例

2.1 LISI居住建筑项目

国际太阳能十项全能竞赛是由美国能源部主办的两年一度的建筑大赛，旨在推广和促进太阳能技术在建筑领域的应用。该竞赛始于2002年，14支美国大学代表队在科罗拉多参与了比赛，主要考核了参赛队伍对高能效、高太阳能利用住宅的设计和建造能力。此后，该竞赛逐步引起国际性关注，2011年的第5届竞赛吸引了来自美国、加拿大、新西兰、比利时和中国的19所大学参赛。

2012年，美国能源部遴选出20所大学代表队，参加2013年度在加利福尼亚举办的太阳能十项全能竞赛。在为期一周的比赛中，由学生团队设计并建造的20栋住宅向公众开放，并由专业评审团分别就建筑能效、室内舒适度、建筑美学、工程、设备、生活热水、通信、娱乐、市场需求性和经济性10个方面进行评估。奥地利大学代表队基于可持续性建筑理念，结合被动式房屋技术和太阳能利用技术，以一高能效的中庭式住宅LISI（Living Inspired by Sustainable Innovation）参赛，并最终赢得竞赛（图1）。

LISI单户式住宅由设备区、起居室和外部露台3个区域组成。起居室位于整栋住宅的中心，推拉式的全玻璃门用于分隔起居室和南面、北面的外部露台（图2、3）。在关闭状态下，玻璃门的框体基本是全隐式的；在开启状态下，整扇玻璃门可全部折叠进镶嵌在外墙中的槽内（图4）。因此，无论外门是关闭还是开启状态，起居室都可以向外部露台形成一种有效扩展，在有限的建筑面积的条件下，极大地扩展了实际使用空间。所有的储物空间都集成在墙体上，避免了起居室凌乱的情况。集成式的设备区包括卧室、卫生间和所有的设备间，构成了较为隐蔽的休息空间，与明亮的开放式起居室形成对比。

自动控制的遮阳系统有效地避免了夏季室内过热的情况并显著降低了制冷负荷。同时，不同的建筑外立面层也使得居住者可自行根据私密性需要改变建筑立面的透明度。

图1 伫立在水中的LISI住宅

图2 LISI住宅起居室及南北侧推拉式全玻璃门

为避免重复性的装配及拆卸工作，LISI住宅各结构部件均为预制装配式。4个地板模块水平铺放，上置2个刚性核心，该刚性核心即为该住宅的集成式设备区。4个顶板模块及安装好的光伏系统共同形成该住宅的屋面。该住宅顶板及外墙的承重结构均为木质的箱型构件，纤维素保温材料填充于木构件之间，保证外围护结构的传热性能。

LISI项目为产能房，所需能源均由屋面安装的光伏系统提供。用于采暖、制冷和生活热水的冷、热水由两个空气-水热泵供给。ERV（Energy Recovery Ventilation，能源回收通风系统）设备作为回风和新风之间的热湿交换器，保证室内新风的舒适性。地板系统控制室内的采暖、制冷和新风，保证室内的热舒适性（图5）。新型的淋浴系统通过热交换器将废水中的能量回收，显著降低了日常清洁所需能耗。

在材料方面，LISI项目同样体现了可持续性理念，整个建筑90%以上的原材料为木材。同时对于预制型住宅来说，木材因其便于使用和运输也可称为理想材料。在对原材料物尽其用理念的影响下，木材的各个部分，包括芯材、树叶和树皮，都被运用到LISI住宅的设计中（图6）。因此，木材不仅仅被用作一种结构承重材料，也被加工为保温材料用在外墙和顶板保温中，更被加工成碎屑用在家具制作中。

因此，可以说模块化木结构和可再生材料及能源应用的协同工作，造就了一个高质量、高能效、高舒适度、可持续性的经济性住房。

图3 LISI住宅外部露台

图4 可全部折叠进外墙的门

图5 地板系统新风口

2.2 Brixlegg被动式学校

Brixlegg学校为被动式房屋新建建筑，建筑面积3 441m2，地上4层，地下1层为设备间，砌体结构，建造年份为2007年。建筑外立面为规整的立方体，与邻近的技术学校和幼儿园围出一个室外庭院（图7、8）。

建筑气密性测试结果n50=0.11/h。外墙、地板、屋面和外窗的传热系数分别为0.16W/（m2·K）、0.17W/（m2·K）、0.10W/（m2·K）和0.80W/（m2·K）。该项目采用集中式采暖系统，由生物质锅炉和太阳能系统保证采暖和生活热水需求。

该项目采用集中式新风系统，由一套新风机组统一控制送风、回风及热交换等，各个教室可自行调节风量。该项目采用级联式的气流组织方式，即在主要活动区域设置送风口，统一回风，过道作为溢流区，与我国每个房间或主要活动区域同时设置送风口和回风口的传统做法有很大区别。

其具体做法是：每个教室内设置送风口，在教室与走廊之间的隔墙上设置自然通风口，依靠新风进入教室后形成的微正压将污浊空气从教室内挤出。每层楼在走廊尽头设置一个统一的回风口，污浊空气经由教室排出到走廊后汇集到该楼层的统一回风口，从回风口被抽走，进入到回风管道，在地下设备间与新鲜空气进行热交换后被排出（图9～11）。

图6 用树皮制成的餐椅

图7 Brixlegg学校建筑外观

图8 Brixlegg学校内部中庭式设计

值得一提的是，教室内的通风管道设置在窗下，占据了一定的室内空间。设计师将其与外窗统一考虑，在窗下制作木质墙柜，把内窗

台、书柜、封闭通风管道3种功能合为一体，不仅充分利用了空间，还与教室的使用功能相得益彰。这种在设计之初，即将建筑、暖通、室内设计等多专业的工作综合考虑、统筹规划的做法，值得我们在工程建设中学习借鉴。

图9 教室内新风口的风道所占空间与书架的结合设计（蓝色虚线所示为新风口）

图10 教室与走廊隔墙上的自然通风口（蓝色虚线所示）

图11 每层设置的回风口

图12 教师办公室（可开启外窗及蓝色虚线所示新风口）

图13 Innsbruck幼儿园外观

此外，教室或教师办公室中的外窗都是整扇玻璃，很少用框材对玻璃形成隔断，保证了整窗的传热系数较低，保温隔热性能优越，同时有利于教室和办公室的自然采光（图12）。

需要强调的是，外窗必须具有可开启扇，这也是被动式房屋一直秉承的设计理念，就是以用户的居住体验和室内舒适度为出发点进行设计。事实上，被动房研究所对于被动式房屋的认证，除已经普遍接受的硬性的能耗指标以外，还有4条“软性标准”。称之为“软性标准”，是因为不能采用相同的严格指标去衡量所有的情况或者建筑类型。其中，用户满意度就是4条软性标准中非常关键的一条，而外窗不可开启就是直接危及用户满意度的明确指标。因此，被动房研究所明确给出在所有生活起居区或办公区外窗必须可开启的规定。这条规定直接回应了所谓由于要大幅度降低能耗，被动式房屋用户不能开窗通风的误解。

2.3 Innsbruck幼儿园

该幼儿园位于因斯布鲁克的蒂沃利（Tivoli）地区，为被动式房屋新建建筑，建筑面积1 533m2，建造年份为2008年（图13）。建筑气密性测试结果n50=0.27/h。

表1 Innsbruck幼儿园围护结构参数

幼儿园在设计和用材方面都极其注重生态因素。幼儿园的整体结构为木质结构，且内墙面为仅仅经过打磨光滑未经其他任何处理的原木表面（图14）。围护结构保温层采用可再生的纤维素保温材料。外墙、地板、屋面和外窗的传热系数见表1。根据PHPP（Passive House Planning Package）计算结果，该项目的年热需求为15kWh/（m2·a），

热负荷为13W/m2。

该项目采用带有热交换器的半集中式新风系统，结合了集中式和分户式系统两者的优势（图15）。整个幼儿园分为6组区域，通过在各个区域组室设置单个设备，实现根据不同区域组室内儿童的不同活动需求分别控制新风量的要求，显著增加了使用的便利性，体现了个性化需求控制。全部新风采用集中预热的方式进行处理，同时新风系统的热回收也集中发生在地下室的设备间内（图16、17）。项目采用集中式采暖系统，由地下水源热泵保证采暖和生活热水需求。

2.4 Lodenareal社会保障房住宅项目

Lodenareal项目位于奥地利因斯布鲁克，是由NHT①（Neue Heimat Tirol）按照被动式房屋标准建造的承租型社会保障房居住社区，共包括4栋住宅建筑，每栋建筑地下1层，地上5层，砌体结构（图18～21）。项目共含354套住宅，405个地下车位，总建筑面积约为35 000m2，建筑体积167 000m3。单栋住宅楼设计为L型，每两栋L型住宅楼围合出一个内部绿地，设有儿童游乐场地及球类运动场等。项目建造时间为2007年12月～2009年9月，是当时欧洲最大的被动式房屋地产项目，目前已得到被动房研究所的认证。

为实现住宅的经济适用性，NHT自行投资约1 400万欧元用于降低房屋租金。这项投资连同建筑极低的运营成本，共同决定了Lodenareal项目中承租者大幅度降低房屋承租支出。一套50m2的公寓，包括采暖、生活热水和地下车库费用全部在内，月租金仅为370欧元。

Lodenareal住宅区最初并不是按照被动式房屋标准设计的项目，在NHT、建筑师和建设方的通力合作下，Lodenareal被不断改进，最终在并未增加过多额外成本的情况下（项目包括所有施工费用、开发成本、经济成本等在内的总建设成本为51 828 000欧元）按照被动式房屋标准完成建设，并获得认证，其目标是最大程度地降低居住的能耗成本和承租租金，同时给承租者提供现代化的居住建筑环境和优越的设备管理。

Lodenareal项目的围护结构参数见表2，关键点做法及遮阳系统如图22、23所求。

在两栋住宅楼之间设置集中采暖设备、生物质颗粒锅炉和冷凝燃气锅炉用作采暖热源，其中80%的年采暖需求可由生物质颗粒锅炉提供（不考虑太阳能装置作用），冷凝燃气锅炉仅作为峰值设备使用。生物质颗粒锅炉和冷凝燃气锅炉的具体参数见表3。

由锅炉产生的热通过缓冲存储器后经由供热管道中输送到82～96个换热站，加热媒质水，并被输送到每套公寓中。在每套公寓中设置双管系统，包括加热水媒的热交换器和地板采暖的调节器，其优势在于避免了热水回路的单独管道，从而降低了输送过程中的热损失。双管系统的技术参数见表4。

由于建筑热需求很低，公寓只有小部分区域需要通过地暖方式采暖。卫生间（除浴缸下部地面）的全部地面属于地暖区域。

图14 幼儿园内部原木表面的木结构及墙体

图15 幼儿园体操教室的原木墙体、内嵌新风及回风口

图16 幼儿园地下设备间

图17 集成式空气处理机

图18 现代化外立面

该项目采用半集中式新风系统，系统设置在每个楼梯间（共18个）的地下设备间内，住宅楼中间绿地上3m高带有过滤装置的柱形物为

新风进风口，为地下系统提供新风（图24、25）。4个地下水源热泵共同工作用于预热新风，并通过换热器进行热交换。在夏季，系统的旁通阀将自动打开。

图19 鹅卵石散水

图20 地下室通风口

图21 Lodenareal项目外观

图23 阳台遮阳系统

新风通过嵌在墙体内的管道输送到每套住宅，出风口设置在客厅和卧室，回风口设置在厨房、卫生间和浴室（图26～28）。消音装置使风口的噪声等级控制在22dB。住户可将系统调节到聚会模式，可增加30%的新风量，1h后系统将自动调节回常规模式。

屋面设有约1 050m2的太阳能集热板，折合每户3m2，每年提供的太阳能至少可达到350kWh/（m2·a），共计367 500kWh/a。这部分太阳能通过热交换器后最终被输送到供热管道中。

该项目的气密性测试结果为n50=0.18/h。根据PHPP计算结果，年采暖需求为14kWh/（m2·a），采暖负荷为9W/m2，包括采暖、生活热水、家用电器和辅助用电在内的一次能源需求为117kWh/（m2·a）。

2.5 MPREIS超市项目

MPREIS超市位于因斯布鲁克蒂罗尔州（Tirol）的纳特斯（Natters），砖木混合结构，建筑面积1 061m2，建造于2014年，目前正处在被动房的认证过程中（图29、30）。

表2 Lodenareal项目的围护结构参数

表3 生物质颗粒锅炉和冷凝燃气锅炉技术参数

表4 双管系统技术参数

图24 室外进风口

图25 室外排风口

该项目是当地连锁超市MPREIS的第二个被动式房屋项目。第一家MPREIS是世界上首个被动式超市，成功建造于2012年，位于蒂罗尔州的平斯旺（Pinswang），为砌体结构，建筑面积1 177m2。在实际使用过程中超市的整体能耗降低了约1/3，预计投资成本可在7年内全部收回。鉴于首个被动式超市项目所取得的成功经验，以及所获得的经济效益，使得超市经营者决定将其所有超市均按照被动式房屋标准建造。

该项目的气密性测试结果为n50=0.26/h。外围护结构方面，外墙、楼板、屋面的传热系数分别为0.15W/（m2·K）、0.16W/（m2·K）、0.13W/（m2·K）。外窗框材、玻璃和整窗的传热系数为0.95W/（m2·K）、0.64W/（m2·K）和0.87W/（m2·K），玻璃的g值为0.52。

针对超市外门做了特殊的设计处理（图31）。为了避免在客流高峰时段过多的室外冷空气渗入室内，设计师设计了一个门斗作为缓冲区域，在建筑的气密层上采用具有优越气密性能的自动玻璃滑动门作为外门，并在室内门口处设置了一个专用的加热器，用于加热通过外门渗透进入室内的冷空气。

综合优越的气密性能和外围护结构两方面的作用，使极大降低超市的采暖需求成为可能。

除采取合理的气密性措施和优越的外围护结构外，将超市建造为被动式房屋的另一项关键技术是为超市内的所有冷柜设置封闭玻璃门（图32）。顾客在选购商品时，手动打开玻璃门，其余时间冷柜处于封闭状态。这种做法，一方面可以避免冷柜向外界散发冷量，降低建筑的采暖需求；另一方面可以降低冷柜的用电需求，从而降低整个超市的总能耗水平。出于影响顾客购买欲的顾虑，这项措施最初受到超市经营者的质疑和反对。但通过对首个被动式超市顾客反应和经营状态的调查发现，这项措施实际上并未产生明显的不利影响。而日益增长的能源成本，以及被动式房屋的经济学、舒适性和对环境产生的正效益，使得超市经营者意识到建造更多被动式超市的必要性。

在建筑的采暖需求被最大限度地降低的前提下，针对超市这种建筑类型，设计者因地制宜，采用特殊的能源利用方式，实现了真正的“被动式”采暖：通过热回收技术，超市里用于存储生鲜食品的冷柜所散发的热量被收集起来，为位于地下设备间的集中采暖系统提供热源。由于超市的采暖能源需求极低，整个超市的采暖均不使用热泵、天然气、电等额外的辅助能源，仅冷柜散热即可为采暖系统提供充足稳定的热源（图33）。

一套带有高效热交换器的大型新风系统为整个超市的营业区域

实现换气功能，另外在地下一层设有一套小型的换气系统，专门用于员工用房区域的通风换气（图34、35）。两套设备均不设预热/冷或后加热/制冷调节器。

由于生活热水需求很低，因此采用小型的电锅炉制备生活热水。

西侧屋顶设置集成光伏面板，整个光伏系统可为该超市提供全年总能耗25%的能量。

根据PHPP计算结果，该超市的年采暖需求为11.13kWh/（m2·a），采暖负荷为15W/m2，包括采暖、生活热水、用电设备、辅助用电在内的年一次能源需求为434kWh/（m2·a）。与MPREIS新建的传统超市相比，该被动式超市1年可节省1万L化石能源，减排CO2约32.5t。

2.6 因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）科技学院改造项目

因斯布鲁克大学科技学院两栋教学楼建于1970年，钢筋混凝土框架结构，柱距7.5m。该两栋建筑原本在外观、结构形式等方面均一致，将其中一栋按照被动式房屋标准进行改造后，外观对比效果差异显著（图36、37）。

进行被动式房屋改造的教学楼建筑面积8 897m2，共720个办公室/房间，建造时间为2013、2014年，目前正处于被动式房屋改造项目（EnerPHit Retroft）的认证过程中。由于被动式房屋改造与新建项目相比，在结构形式、断桥处理、通风系统设计等方面具有更大的难度，因此被动房研究所给出能耗指标较新建项目有所调整：对于居住建筑而言，新建项目的年采暖需求指标为15kWh/（m2·a），改造项目为25kWh/（m2·a）；新建项目的年总一次能源需求指标为120kWh/（m2·a），改造项目为132kWh/（m2·a）。

在改造过程中，采用的主要措施主要有以下几点：

（1）在结构形式方面，该教学楼原采用挑出阳台的结构形式，用混凝土悬臂梁支撑阳台，形成巨大的热桥，引起较高的能量损失。在改造工程中，挑出阳台被全部拆除，采用了无热桥的外围护结构设计方案。

（2）在围护结构方面，对外墙、屋面、底板等非透明围护结构的保温系统进行了改进，尤其是大大改善了外窗等透明围护结构的保温隔热性能。该项目改造后的外围护结构参数见表5。

（3）在采暖系统方面，采用集中供暖系统，由校园供热设备集中供热。改造后房间内既有壁式散热器减少了50%，并加装了温控阀。

（4）在通风系统方面，改造方案采用了集中式通风系统，设置在原有的屋顶设备间内。系统共有两套通风机组，总风量最大值为16 380m³/h，换气次数为0.58/h（人员密集），热回收效率75%。

图26 室内风道（虚线所示）及客厅送风口

图27 浴室回风口

图28 新风系统控制器

图29 MPREIS超市外观

图30 MPREIS超市内部通风管道

图31 超市入口处设计

图32 用玻璃门封闭的超市冷柜

图33 冷柜散热的热回收装置

图34 员工用房区域新风系统

由于教学楼结构的柱距较大，改造时可采用预制墙体，因此采用

了将每个办公室的送风口预制在墙体中的做法。回风口统一设置在建筑的中心区。

为了组织气流，对办公室的门进行了特殊处理，使门上的可视玻璃窗口带有通风孔的功能。在日间及冬季全天，新鲜空气从送风口输送到每个办公室，废气经门上的通风孔汇集到建筑中心区后通过统一的回风口输送到设备间进行热交换。

（5）在制冷措施方面采用了轴承较为靠下的上悬式外窗（图38）。夏季夜间开启外窗，室内热空气从外窗上部流向室外，室外冷空气从外窗下部进入到室内，通过门上的通风孔进入到建筑中心区，从而实现混凝土蓄冷、日间被动制冷的效果。在极端高温天气期间，可在夜间开启通风系统，使其以单纯的排风模式运行，抽出室内热空气，使室外冷空气进入到室内，达到被动制冷的目的（图39、40）。因此，即使在内部得热较大的条件下，该项目也并未安装主动式制冷系统。

（6）在生活热水方面，由于需求较低，全部生活热水由落地式锅炉提供。

鉴于以上改造措施，根据PHPP的计算结果，该改造项目的年采暖需求为20kWh/（m2·a），采暖负荷为24W/m2，包括采暖、生活热水、用电设备、辅助用电在内的年一次能源需求为190kWh/（m2·a）。

（7）在防火措施方面，项目采用了自动喷水灭火系统。

图35 员工用房区域新风系统送风口、回风口

图36 未改造项目外观

2.7 蒙特梭利（Montessori）被动式学校项目

蒙特梭利被动式学校建于2004年，建筑面积3 275m2，砖木混合结构，是第一个得到被动房研究所认证的学校项目（图41、42）。该建筑仅有南北立面，东西立面与屋面连接，形成山坡状。屋面为可种植屋面，植物层极厚，具有良好的保温隔热性（图43）。该项目的气密性指标为n50=0.09/h，围护结构详细参数见表6。

该项目采用集中式新风系统，转轮式换热器。冷凝锅炉同时用于采暖系统和生活热水制备。根据PHPP计算，该项目的年采暖需求为12kWh/（m2·a），包括采暖、生活热水、用电设备、辅助用电在内的年一次能源需求为105kWh/（m2·a）。

2.8 海德堡Bahnstadt区被动式房屋

图37 改造项目外观

图38 办公室内部采暖设施及上悬外窗（来源：PHI）

图39 气流组织方式（来源：PHI）

图41 被动式学校外观1

表5 因斯布鲁克大学科技学院被动式房屋改造项目围护结构参数

表6 蒙特梭利被动式学校围护结构参数

海德堡是一座文化之都，位于德国西南部，属巴登-符腾堡州（Baden-Württemberg），距离法兰克福约80km。海德堡是融传统和现代于一体的城市，其老城区是科学和艺术的中心，自2009年始，在德国联邦经济与能源部（BMWi）的支持下，由海德堡市环保局主导，

按照被动房标准兴建的新城区Bahnstadt成为海德堡运用新型建筑节能技术促进能源转型和城市发展的新地标。该区遵循“核心社区、能源高效、自然绿色”的理念，拥有欧洲乃至世界目前规模最大的被动式建筑群，并配合需要扩建改建供热、供水、输电和交通网络，成为舒适健康的宜居新区（陈剑锋，2014）。

新城区Bahnstadt位于已废弃的货运火车站和部分美军军营所在地，规划总占地116hm2，总人口容量12 000人，建设期为2008～2022年，将形成包括生活区、幼儿园、咖啡屋、旅馆、办公楼、图书馆、超市、影院以及建筑商店等配套设施的高质量多功能生活科技区。新城区Bahnstadt的所有建筑全部采用被动式建筑标准建设，即采用25～40cm厚的高性能外保温材料、三玻双Low-E高性能外门窗、无热桥外围护结构设计、高气密性措施、带有高效热回收装置的可控新风系统、供水给水超低热损失和高效家用电器等，最大程度减小热损失，从而降低采暖能耗和总体一次能耗。

目前，Bahnstadt城区内的主要建筑有：

（1）办公建筑：SkyLabs是Bahnstadt城区内最大的办公实验楼，其高度和出众的建筑外观令人印象深刻（图47）。该建筑于2012年秋季开始运营，为商业办公、科研实验以及技术研究提供工作场所，其建筑外立面和外遮阳设施融为一体（图48、49）。

图42 被动式学校外观2

图43 种植屋面采光间及进、排风口

（2）居住建筑：Bahnstadt城区内居住建筑外观不拘一格，虽然要保证被动房的建筑造型便于外保温系统的施工，但设计者仍然尝试不同的设计，打消了被动房建筑外观易流于千篇一律的顾虑（图50）。

从阳台构造来看，被动房的阳台部分尽量采用阳台与结构主体脱开的方式，但是这种处理方式实际上有多种具体方案，可以是阳台护板锚固在外墙上，也可以用钢支架承托整个断开的阳台（图51、52）。

从遮阳设施来看，被动房居住建筑的外遮阳设计同样具有灵活的多样性（图53）。

（3）旅馆建筑：B&B被动房酒店（图54）外墙采用300mm厚石墨聚苯板保温，按照防火要求每层设置岩棉防火隔离带；外窗采用高性能三玻窗，整窗传热系数为0.8W/（m2·K）；冷/热源为空气源热泵，外窗设通风槽，卫生间排风。酒店价格为单人间58欧元，双人间68欧元，家庭间88欧元，早餐7.5欧元，价格较为平易，未因被动房设计而增加用户住宿成本。

图44 海德堡市工作人员向代表团介绍城区情况

图45 Wolfgang Feist教授向代表团讲解被动房技术

图46 召开研讨会介绍建设技术细节

图47 SkyLabs外观

海德堡为未来展现了一副蓝图，欧洲建筑标准（EN Building Standards）指出在2021年近零能耗建筑将普及，Bahnstadt社区将提前实现这个目标。该项目的成功，源于当地政府的监督、主导和整体安排。海德堡市强制要求公共和私人投资者一律采用被动房理念和相关标准，并通过制定能源咨询政策、对投资商采取激励措施等为项

目提供支持，值得我国在被动房的推广过程中借鉴。

3 结论与启示

建筑节能对节约能源和实现国家的可持续发展起至关重要的作用，是实现国家能源安全的重要方式。国际上建筑节能技术已有长足进步，已经从低能耗建筑向被动式建筑、零能耗建筑、到产能建筑发展。提高建筑性能，使建筑本身对能源的需求降到最低，并充分利用可再生能源，从而摆脱对传统化石能源的依赖，已成为德国、奥地利等建筑节能技术领先国家重要的节能减排手段。由德国、奥地利现状反观我国目前被动房的发展情况，可以得到如下几点启示：

（1）因地制宜，因势利导，充分挖掘项目周边可供利用的能源，实现能源利用上的多样性和高效性。

得益于被动房的热/冷负荷极低，需要通过设备额外供给的采暖/制冷能耗也很低，因此扩大了可供采用能源的类型范围，可通过多种多样的能源获取途径来保证建筑的能源输入。例如，维也纳科技大学化学学院办公研发楼的改造项目就考虑到该建筑内计算机的巨大散热量，将计算机主机集中设置在地下室设备间内（图55），集中采集热量，冬季利用计算机散热进行室内采暖，夏季避免计算机散热直接增大各个办公室的制冷负荷。此外，因斯布鲁克的被动房超市MPREIS也采用了将冷柜散热回收利用的方式解决了冬季的采暖问题。当然，这需要设计者扩展思路、精心设计，并在项目设计初期反复论证，那么在一定程度上则可实现变废为宝的效果。此外，这也亟需提高我国的热回收技术行业水平，为能源的循环利用提供必要的硬件基础。

（2）精细化室内气流组织设计，通过合理的气流组织方案，在保证室内空气质量的前提下，实现减小风量，降低通风能耗。

图48 SkyLabs与外遮阳设施融为一体的外立面

图49 办公建筑内部及送风设计

图50 外观设计多样的被动式建筑

图51 独立阳台护板设计

图52 预制独立阳台设计

目前德奥被动房的室内气流组织设计一般采取的做法是，送风口设置在起居室、卧室、儿童房和工作室等房间，回风口设置在厨房、浴室和卫生间，过道作为溢流区（图56）。这一点不仅体现在居住建筑中，如Lodenareal被动被动式房屋项目，同样还体现在公共建筑中，如Brixlegg被动式学校项目、因斯布鲁克大学科技学院改造项目。

这与我国在每个房间或主要活动区域同时设置送风口和回风口的传统做法有很大区别，可以实现减小风量、降低通风能耗的目的。

在此基础上，为了进一步降低风量、减少送风口和消音装置等，奥地利现已研发并运用一种改进型的室内气流组织方案：仅在卧室设置送风口，白天卧室无人，居住者仅在客厅停留，则新风通过卧室未受污染而流通到客厅，供居住者使用；夜间居住者仅停留在卧室，新风经过卧室后流通到客厅，污浊空气在无人使用的客厅并不产生任何影响，最后从厨房排出（图57）。

事实上，这种改进型的气流组织方式原理简单明了，但其中体现的对于居住者生活模式的深入思考和对气流高效运行的精心组织方式，值得在项目方案的设计过程中反复斟酌、借鉴学习。当然，优越高效的通风系统方案与建筑的平面布置和户型设计显然是息息相关的，这就需要各学科各专业之间交叉融合、深化统筹。优秀的项目设计方案从来不是各专业的简单叠加、流水作业，而必然是建筑、结构、暖通、给排水甚至室内装修各个方面综合考虑的结果，与贯穿在整个设计阶段的反复论证是分不开的。

（3）注重细节，精细化施工，从细微处节流能源损耗。

图53 多样性的外遮阳设计

图54 B&B被动式酒店建筑

图55 集中设置计算机主机的地下设备间

被动房强调精细化施工，整个建筑本身的细节处理之严谨不

言自明，对于建筑主体以外的暖通管道的保温处理也同样到位。所有暖通管道从设备间直至进入建筑保暖空间内部，全部包覆足够厚度的保温材料（图58）；对于不同用途的管道根据实际需要采用不同颜色、不同材质的保温材料包覆，并在外表面标注用途和流通方向（图59），确保能源在输配路径中的损耗降到最低，各类能源损失均在可控及可预计范围内，同时为日常运营及维护管理提供便利。

图56 被动房的室内气流组织设计（来源：Prof. Pfuger, University of Innsbruck）

图57 改进型气流组织方案（来源：Prof. Pfuger, University of Innsbruck）

图58 暖通管道全部包覆足够厚度的保温材料

图59 不同暖通管道的保温及标注

注释

① 蒂罗尔州（Tyrol）地区最大的非营利性房地产开发商。

[1] 奥理·塞佩宁.欧洲建筑节能优化措施与政策[J].暖通空调，2013，43（7）.

[2] 彭梦月.欧洲超低能耗建筑和被动房标准体系[J].建设科技，2014（21）.

[3] 张小玲.被动式房屋在中国的建设示范[J].建设科技，2014（19）.

[4] 陈剑锋.能源转型：德国海德堡的被动式建筑[N].东方早报，2014-12-23.

[5] Commission of the European Communities, 20 20 by 2020 Europe's climate change opportunity, Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Brussels, 23.1.2008.

[6] Citizens' summary EU climate and energy package, http:// ec.europa.eu/clima /policies /package/docs/climate_package_ en.pdf.

[7] European Council, European Council (23 and 24 October 2014) Conclusions, EUCO 169/14, Brussels, 24 October 2014.

[8] European Commission, A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050, Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions, Brussels, 8.3.2011.

[9] Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the energy performance of buildings, Official Journal of the European Communities, 4.1.2003.

[10] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast), Official Journal of the European Union, 18.6.2010.

2015-02-18

PASSIVE HOUSE OF GERMANY AND AUSTRIA: CASE STUDIES AND THEIR REVELATION

建筑节能是全球应对气候变化问题的重要途径。被动式房屋作为建筑节能领域的前沿技术，成为各国实现节能减排目标的重要手段。本文梳理了欧盟在应对气候变化问题上的大致策略和目标，以及德奥作为建筑节能技术领先国家的主要做法，以8个包括住宅、学校、幼儿园、超市、办公楼以及城区等不同类型的被动式房屋项目为基础，从建筑、设备、通风设计等方面阐述分析德奥被动式房屋的技术现状和优势，并总结其对我国被动房发展的启示。

Building energy effciency is an important approach of global response to climate change. As an advanced technology, the passive house becomes an important way to achieve energy-saving and emission reduction target. This paper presents EU's general strategy and objectives to address climate change issues, and the main measures of Germany and Austria as leading countries in energy-effcient building technology. Based on eight passive house projects including residence, school, kindergarten, supermarket, offce building and urban area, this paper introduces the technical status of passive house in German and Austria, and summarizes their technical advantages and experiences.

被动式房屋 建筑节能 能源利用 通风系统 气流组织 热回收

Passive House, Building Energy Effciency, Energy Utilization, Ventilation System, Air Distribution, Heat Recovery

马伊硕，住房和城乡建设部科技与产业化发展中心