浅谈被动式建筑设计

郝俊明

【摘 要】介绍了被动式建筑以及设计中常见的问题，探讨了被动式建筑的设计方法，提出了合理的解决措施，对于动式建筑设计具有一定的指导意义。

【关键词】被动式建筑；保温；气密性；通风热回收

1.引言

被动式建筑（Passive House）源自德国，在中国被直译成“被动式建筑”。它强调通过设计和建材，利用极小的耗能就可维持建筑舒适度，不用空调冷气就能实现冬暖夏涼。较传统房屋，它的优势在于密闭，再搭配高效能的暖气转换和中央通风系统，可一年四季保持舒适的恒温。这种房屋的神奇之处还在于，不光依靠太阳能产生热量，同时还可借助高效能设备甚至人体释放的热能，帮助房屋保温。在此笔者对动式建筑设计中常出现的问题进行分析说明，以期能对同行有所帮助。

2.被动式建筑的定义

被动式建筑（Passive House）是由瑞典隆德大学的Mr.Bo Adamson教授和德国达姆斯塔特房屋与环境研究所的Mr.Wolfgang Feist博士在1988年提出来的，目标是设计一种不需要“采暖空调主动供冷热”的房屋，因此命名为“被动式建筑”。被动式建筑是众多节能建筑的一个分支，被动式建筑标准要求在高效利用能源的同时为住户提供经济且满足舒适性标准的生态建筑。被动式建筑的确切定义为：“被动式建筑是满足ISO7730热舒适标准的建筑，它通过满足室内空气质量的新鲜空气提供室内供暖、供冷需求，且没有附加的空气再利用。”典型的被动式建筑通常具有下列特征：

2.1极低的供暖热能耗：供暖热能耗相当于传统建筑物的1/10、现有节能建筑的约1/4。

2.2被动能源的利用：充分利用建筑物内部的能源，包括住户的体温、进入建筑物的阳光等，被动式能源的利用间接地提高了室内的热舒适性。

2.3适宜的外保温标准：高标准的保温门窗和建筑外保温为保持室温避免散热不良提供基本保障。

2.4通风与通风热回收：配有高效率热回收装置的通风系统工作稳定且不会产生紊流，同时可将回风中的余热进行有效的回收、利用。

2.5节能途径与舒适性：通过建筑构件和优质的通风系统实现节能的目的，舒适性标准高于常规建筑。

3.被动式建筑设计重点

被动式建筑设计涉及内容较多，其中重点应注意以下几个问题：

3.1高性能维护结构

建筑外围护结构通常采用150～200mm以上厚度的外墙外保温材料与高密闭性围护结构，主要是用来抵御冬天室外低温与夏天太阳辐射、室外高温对室内热环境的影响。房屋的外墙与屋顶保温隔热性能要求足够好，外围护结构的保温需达到一定厚度，房屋通过外围护结构的能量损失达到最低。在冬季可以凭借房屋自然得热维持室内温度达到20度以上；在夏季足以抵抗太阳的幅射不传到室内，U<0.15W/（m2K）。通常采用的保温材料为：膨胀苯板EPS、挤塑苯板XPS、聚氨酯保温板PU、玻璃丝棉等。

3.2高性能保温外窗

人体舒适度显著受到窗户表面温度差异的影响，一般窗户UW=1.6W/（㎡K），辐射温差为5.5K，因此在一般窗户下方往往放置暖气片。而被动窗UW=0.8W/（㎡K），辐射温差<3K，在被动房里窗户下面是不需要放置暖气片的，被动窗内侧玻璃的温度与室内的温差小于3K，人体感觉非常舒适。被动窗的安装和常见窗户安装不一样，被动窗一定要安装在保温层内，对于砌体建筑，采用外挂式安装，对于木结构建筑，安装在中间的保温层内，对于既有建筑改建，需要采取灵活处理的方式，但要保证窗户安装无热桥。窗户的安装一定要保证安装的气密性，内侧采用气密胶带进行密封，外侧采用透气胶带粘贴。被动窗，尽量采取更厚实更窄的窗框，安装被动窗时，窗框尽量被保温材料覆盖，减少窗框部位的热损失。被动房入户门也应注意保温和气密性，它的要求与窗户一样。

3.3高气密性

提高建筑气密性，能够减少由渗风带入的冷量或热量，节省处理这部分负荷的能量。由于温差明显，渗风对冬季采暖能耗造成的影响十分明显；提高气密性对节能有明显的影响。哈尔滨地区节能量最大，气密性从1级提高到8级，即换气次数从0.94次/h减少到0.12次/h时，每年每户节能近3500kWh，节能率超过80%。在寒冷或炎热的地方，室内都开着暖气或冷气，泄漏了的空气量等于浪费了的暖气或冷气。气密性的好壞直接影响房屋的能源消耗，被动式房屋的极其重要的关键技术环节就是房屋的气密性。气密性满足N50≤0.6，即在室内外压差50Pa的条件下，每小时的换气次数不得超过0.6次。

3.4无热桥设计

无热桥设计是被动房的五大准则之一。无热桥设计的定义是，当我们考虑所有的热桥损失，如选择外部尺寸来计算热的传递，那么实际所造成的热损失并不会高于此。热传递损失在建筑外围护结构中主要来自于窗户安装、屋檐、屋脊、天花支撑、地板、基础等地方。在热桥值的计算中，应从内部到外部的尺寸进行，并对于建筑物理的影响及造成的热损失传递进行评估。

3.5高效率热回收通风系统

一般建筑采用自然开窗通风换气，但被动式建筑中，需要采用带热交换功能的新风系统进行通风换气。新风系统是被动房必不可少的设备系统，它的主要作用是通风换气的同时，减少热量流失，增加室内舒适度。能够控制空气温度，避免霉菌生成，抑制异味，过滤室内外空气，使室内空气保持清洁。被动房内的温度20～25度，湿度40～60%，室内CO2含量低于1000ppm，要达到这样的舒适度条件，需要带换热功能的新风系统。能量回收通风系统的核心设备，吸收欲排出室外的蓄含热量的室内废气（20℃）中的绝大部分热量， 预热吸入的室外新鲜低温冷空气（0℃），达到（18℃）后，送入室内各个房间。

4.建议

在国外被动式建筑的建设有很多实践经验，只是简单的应用国外的建筑设计，特别是保温、窗户、遮阳的节点设计，在不同地区直接拷贝应用是不可行的。被动式建筑不是高科技技术与昂贵材料的堆砌，而是要做到真正的普及。因此，被动式建筑的建造，应吸收当地的建筑传统，充分利用当地的资源，才能建设出更多的、让公众消费的起的被动式建筑。

5.结束语

被动式建筑是当今世界领先的低碳节能建筑，具有概念先进，系统性强，研究、测试完整，技术、模式成熟，应用、建造实践丰富的显著特点，在目前世界各类节能建筑中具有领先的技术和成本优势。然而要达到理想的舒适性要求，必须重视设计、施工、监测等所有环节的质量体系控制，加强相互之间的交流、配合，才能建造出性能优异的被动式建筑。

参考文献：

[1]冯康曾、田山明、李鹤.被动式建筑.北京：中国建筑工业出版社，2017.endprint