被动式超低能耗建筑的相关技术及其发展趋势

徐舟

中天建设集团有限公司 浙江 杭州 310000

引言

随着社会的不断发展，被动式超低能耗建筑作为一种节能建筑类型，可以逐步告别传统式供暖供冷方式，充分利用建筑最原始的环境和性能，给人们带来最大的效益，有效地节约各种资源和成本，同时也改善了人们的居住环境。为全面贯彻绿色发展和“双碳”政策的战略部署，在绿色、低碳方向上推进新一轮能源变革，各地政府有关部门围绕绿色建筑的理念，对发展被动式超低能耗建筑作了相关部署。

1 被动式低能耗建筑技术应用基本原理

被动式超低能耗建筑，简称为被动式建筑，是一种结合多种被动、可再生能源技术，最大幅度降低能耗的绿色节能建筑，是国际建筑业积极倡导的绿色节能建筑。建筑物节能新理念是在80年代被设计出来的，它结合了环保技术、节能技术和可循环再利用。建筑的能源消耗边界主要有两类，第一类是指建筑能量需求边界；第二类边界是指能源对于建筑的使用边界，前者是建筑与室外环境进行能量交换的场所。这些能耗主要产生于对能源的需求，即为建筑物所需要的电力、空调等能源系统提供需要的化石能源。建筑工程这两种建筑边界的实质就是利用相关技术来满足建筑的能量需求，可根据所采用的技术和实施方法来区分被动式低能耗建筑。其主要目的是通过被动式科技手段，使建筑物对能源的需求最小化，使建筑物对能源系统的依赖性降至最低，达到降低总能耗的目的。值得注意的是，这一技术旨在减少能源消费的需求，而非增加能源供给[1]。

2 我国被动式超低能耗建筑发展面临的问题

当前，我国发展被动式超低能耗建筑尚处于起步阶段。工程实例主要集中在政府试点和示范工程建设中，且主要项目在北方严寒寒冷地区为主。在管理标准、设计理念、建设制度、运行维护等方面都存在一些不足，在推广和发展中面临了不少问题。

2.1 尚未完善的政策制度和标准

第一，我国还没有建立健全建筑节能法律制度。当前，国家对建筑节能标准的要求还是比较低，而被动建筑则没有相关制度规定，应完善落实被动式超低能耗建筑相关政策。

第二，尚未形成完整的、被动式超低能耗建筑理论体系和完整的技术体系。中国缺乏被动设计、材料制造、建造、质量控制、操作管理等方面的技术规范和质量监督体系；缺乏适合我国国情和当地气候条件的被动式超低能耗建筑技术标准体系、监管评价体系和咨询服务体系。

第三，支持被动式超低能耗建筑发展的激励机制不健全。在激励政策上，国家缺乏鼓励房地产开发企业建设和消费者购买被动房的优惠激励政策。

2.2 被动式技术及集成技术尚不成熟

国内被动式超低能耗建筑的节能技术和能耗水平相对滞后。有关的理论、材料、技术和产品有待完善。

第一，设计实践存在困难。受到实际环境条件、技术支持等因素的影响，人们对超低能耗建筑的技术特性知之甚少，还没有形成系统的被动式建筑设计理论。

第二，超低能耗建筑技术与装配式建筑技术相结合不紧密。装配式建筑在我国目前尚处于发展的初级阶段。关于材料的制造，如满足被动式建筑技术要求的建筑材料、门窗、外保温、新风热回收等关键技术和产品尚未成熟。

第三，产业链协同有待深化，尚未形成集研发、设计、施工、产业跟踪、运营为一体的产业链。

2.3 初始建设费用高

被动式超低能耗建筑初始投资比一般建筑物要高不少。在建筑规划、设计、施工三个阶段，采用被动设计技术、保温隔热、密封性更好的绿色围护、设备系统、基于气候特点的被动式施工方法，都增加了初期建设费用。建筑每平方米需增加600～1000元。房地产业开发过程中，由于初期投资过高，大部分开发商都没有考虑其整个生命周期的经济性，不愿采用被动式建筑，这在很大程度上阻碍了被动式超低能耗建筑的发展。

2.4 市场认知误区

针对被动式超低能耗建筑市场的整体供需状况，投资者和消费者对其了解不够，难以推广应用。在消费者看来，被动式技术要求高、造价高、难度大；消费者认为这种建筑是一种“奢侈品”，高成本抑制了需求。鉴于被动式超低能耗建筑在建筑全寿命周期中的综合效益，提高社会对建筑的认知度是亟待解决的问题[2]。

3 被动式超低能耗建筑的相关技术分析

3.1 保温围护结构

对被动式超低能耗建筑而言，不透光保温围护结构的传热系数应在0.15W/（m2·K）以内，对于南方非严寒地区，可适当放宽。计算围护结构传热系数时，应充分考虑其年冷、热负荷和能耗。此外，还应考虑通过自然通风、冬季太阳能供暖和各种制冷能耗来增加建筑室内热量，切实控制建筑能耗。科学、合理、经济的外围护结构传热系数的确定应以保温材料厚度均匀为基础。在施工过程中要求施工人员根据实际情况，对建筑物外墙外保温层使用的多层保温材料进行适宜的断热桥锚栓。避免因出现热桥效应，而使得保温层内部出现结露结霜的情况，影响整体保温性能。

3.2 无热桥结构

无热桥结构是被动式超低能耗建筑的关键技术之一。在建筑设计过程中，应尽量取消外挑结构，线性热桥在建筑设计中要与结构层相连接。需要将建筑无热桥和被动建筑设计理念结合起来，严格地控制外立面凹凸。无热桥结构在被动式超低能耗建筑保温施工中，应注意与建筑的阴阳角相结合，选择具有良好保温性的材料，在所有窗框覆盖的基础上，结合错缝搭接，杜绝通缝问题，提升保温效果。保温材料需用对女儿墙进行全包裹，保温厚度与墙体保温厚度一致。对于室外流水管、空调机支架等，还要通过隔热材料与基层墙体做分隔，同时使用密封石膏、专用胶带等对支架穿保温层部分的缝隙进行封堵。

3.3 被动式门窗

对于被动式超低能耗建筑，需要设计理念一致的门窗，即被动门窗。此类门窗的传热系数不超过1.0W/（m2·K），被动窗玻璃传热系数在0.8W/（m2·K）以内，其中太阳得热系数大于0.45，选择性透射系数大于1.25，非寒冷地区可适当放宽。这就是说，这种超低能耗门窗必须具有良好的室内采光和通风，超低的建筑能耗和良好的保温隔热性能。如果是特殊的超低能耗建筑，则可适当增加南北面的面积，以便冬季尽可能多地得到阳光，减少室内供暖消耗；对于东西向窗户，需要适当缩小面积。被动式门窗不同于传统门窗，其安装方式多采用外悬式，即在建筑物的外围挂门窗，并用保温层将窗框完全包覆，既与无热桥结构要求相符，又能有效提高建筑气密性。此外，实际安装门窗框体被动安装时，还须将门窗框体与洞口间产生的缝隙全部用膨胀密封胶带封住门窗框体与洞口之间的缝隙，门窗框体内侧与外侧分别牢固贴防水隔汽膜和防水透气膜，以进一步提高门窗防水隔热性能和隔声性能。

3.4 新风系统

对被动式超低能耗建筑来说，自然透风是不够的。还要有良好的通风系统。为了有效地控制新风能耗，在具体建设项目中，新风系统的热能利用率应达到75%以上。具体新风系统的设计应确保各房间送风量相互独立。在室内设计某处回风气流组织时，应充分利用门下1～2cm的间隙，避免采用直角弯头，在简化管路设计的基础上，尽量减小系统阻力。另外，还可在新风系统中安装F7过滤器，提高室内空气品质。冬天寒冷时，要保证新风的出风口温度在17℃以上，新风系统也要配备除湿装置。在被动式超低能耗设计中，应结合实际情况，在降低建筑能耗的同时，真正实现室内环境的生态环保[3]。

4 被动式超低能耗建筑设计发展趋势

第一，发展被动式超低能耗建筑技术是对现有建筑技术的有效补充。因我国地域辽阔，地区间气候差异较大，建筑室内环境差异大，使超低能耗建筑难以形成统一的标准。为此，我国应加强对被动超低能耗建筑技术的研究，通过增加人力、物力、资财力，使相关技术更加完善。与此同时，建筑设计者和施工人员也要树立超低能耗建筑的设计和施工理念，加强对风能、太阳能等清洁能源的利用，灵活使用各种保温材料，优化建筑保温围护性能、加强非热桥等结构形式，积极利用各种低能耗可再生先进技术，更好地为被动超低能耗建筑设计服务。坚持因地制势，结合不同地区气候特点，制定不同的操作规程和操作程，使设计与施工更加规范化以及标准化。

第二，发展改进现有材料的性能。为了有效降低建设成本，今后应大力开发更多高质量、高性能的建筑节能材料。采用原材料就地取材，降低运输成本，实现施工项目成本的控制。国家鼓励和认可被动式超低能耗建筑，并引导各类组织、科研机构、施工企业、材料加工企业进行合作，共享资源优势。坚持先进的材料技术导向，自主开发更多高质量的材料和产品。与此同时，我国还应与国际质量管理体系接轨，建立被动超低能耗建筑材料和相关产品的质量认证体系，确保施工严格遵守标准，降低不良后果。

第三，发展被动式超低能耗建筑是响应国家“双碳”战略，落实节能减排、可持续发展设计理念的必然要求。被动式超低能耗建筑无论是在建筑设计上，还是材料使用上，或者理念的体现上，都体现了 “双碳、节能、绿色”的生态可持续建筑新理念，是当下降低能耗改善环境的必然要求，也是建筑行业发展的必然趋势。对于被动式超低能耗建筑设计进行研究和应用，掌握设计方法和应用技术，把握超低能耗建筑设计发展方向，是一项非常紧迫、具有重要意义的工作。

5 结束语

被动式超低能耗建筑采用高性能保温围护、建筑结构、被动门窗、新风系统等诸多技术措施，对降低建筑能耗、改善建筑绿色性能、促进生态节能、可持续发展具有重要意义。虽然此类建筑及相关技术在目前发展中还存在不足，但未来我国还将继续加大被动式超低能耗建筑技术的研究，不断提高建筑技术水平，重视加强本土建筑材料质量性能的优化与完善，使被动式超低能耗建筑及其关键技术得到更好的发展，可以更好地应用于建筑领域，充分发挥自身的优势。