淺談被動式建筑設計

郝俊明

【摘 要】介紹了被動式建筑以及設計中常見的問題，探討了被動式建筑的設計方法，提出了合理的解決措施，對于動式建筑設計具有一定的指導意義。

【關鍵詞】被動式建筑；保溫；氣密性；通風熱回收

1.引言

被動式建筑（Passive House）源自德國，在中國被直譯成“被動式建筑”。它強調通過設計和建材，利用極小的耗能就可維持建筑舒適度，不用空調冷氣就能實現冬暖夏涼。較傳統房屋，它的優勢在于密閉，再搭配高效能的暖氣轉換和中央通風系統，可一年四季保持舒適的恒溫。這種房屋的神奇之處還在于，不光依靠太陽能產生熱量，同時還可借助高效能設備甚至人體釋放的熱能，幫助房屋保溫。在此筆者對動式建筑設計中常出現的問題進行分析說明，以期能對同行有所幫助。

2.被動式建筑的定義

被動式建筑（Passive House）是由瑞典隆德大學的Mr.Bo Adamson教授和德國達姆斯塔特房屋與環境研究所的Mr.Wolfgang Feist博士在1988年提出來的，目標是設計一種不需要“采暖空調主動供冷熱”的房屋，因此命名為“被動式建筑”。被動式建筑是眾多節能建筑的一個分支，被動式建筑標準要求在高效利用能源的同時為住戶提供經濟且滿足舒適性標準的生態建筑。被動式建筑的確切定義為：“被動式建筑是滿足ISO7730熱舒適標準的建筑，它通過滿足室內空氣質量的新鮮空氣提供室內供暖、供冷需求，且沒有附加的空氣再利用。”典型的被動式建筑通常具有下列特征：

2.1極低的供暖熱能耗：供暖熱能耗相當于傳統建筑物的1/10、現有節能建筑的約1/4。

2.2被動能源的利用：充分利用建筑物內部的能源，包括住戶的體溫、進入建筑物的陽光等，被動式能源的利用間接地提高了室內的熱舒適性。

2.3適宜的外保溫標準：高標準的保溫門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通風與通風熱回收：配有高效率熱回收裝置的通風系統工作穩定且不會產生紊流，同時可將回風中的余熱進行有效的回收、利用。

2.5節能途徑與舒適性：通過建筑構件和優質的通風系統實現節能的目的，舒適性標準高于常規建筑。

3.被動式建筑設計重點

被動式建筑設計涉及內容較多，其中重點應注意以下幾個問題：

3.1高性能維護結構

建筑外圍護結構通常采用150～200mm以上厚度的外墻外保溫材料與高密閉性圍護結構，主要是用來抵御冬天室外低溫與夏天太陽輻射、室外高溫對室內熱環境的影響。房屋的外墻與屋頂保溫隔熱性能要求足夠好，外圍護結構的保溫需達到一定厚度，房屋通過外圍護結構的能量損失達到最低。在冬季可以憑借房屋自然得熱維持室內溫度達到20度以上；在夏季足以抵抗太陽的幅射不傳到室內，U<0.15W/（m2K）。通常采用的保溫材料為：膨脹苯板EPS、擠塑苯板XPS、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表面溫度差異的影響，一般窗戶UW=1.6W/（㎡K），輻射溫差為5.5K，因此在一般窗戶下方往往放置暖氣片。而被動窗UW=0.8W/（㎡K），輻射溫差<3K，在被動房里窗戶下面是不需要放置暖氣片的，被動窗內側玻璃的溫度與室內的溫差小于3K，人體感覺非常舒適。被動窗的安裝和常見窗戶安裝不一樣，被動窗一定要安裝在保溫層內，對于砌體建筑，采用外掛式安裝，對于木結構建筑，安裝在中間的保溫層內，對于既有建筑改建，需要采取靈活處理的方式，但要保證窗戶安裝無熱橋。窗戶的安裝一定要保證安裝的氣密性，內側采用氣密膠帶進行密封，外側采用透氣膠帶粘貼。被動窗，盡量采取更厚實更窄的窗框，安裝被動窗時，窗框盡量被保溫材料覆蓋，減少窗框部位的熱損失。被動房入戶門也應注意保溫和氣密性，它的要求與窗戶一樣。

3.3高氣密性

提高建筑氣密性，能夠減少由滲風帶入的冷量或熱量，節省處理這部分負荷的能量。由于溫差明顯，滲風對冬季采暖能耗造成的影響十分明顯；提高氣密性對節能有明顯的影響。哈爾濱地區節能量最大，氣密性從1級提高到8級，即換氣次數從0.94次/h減少到0.12次/h時，每年每戶節能近3500kWh，節能率超過80%。在寒冷或炎熱的地方，室內都開著暖氣或冷氣，泄漏了的空氣量等于浪費了的暖氣或冷氣。氣密性的好壞直接影響房屋的能源消耗，被動式房屋的極其重要的關鍵技術環節就是房屋的氣密性。氣密性滿足N50≤0.6，即在室內外壓差50Pa的條件下，每小時的換氣次數不得超過0.6次。

3.4無熱橋設計

無熱橋設計是被動房的五大準則之一。無熱橋設計的定義是，當我們考慮所有的熱橋損失，如選擇外部尺寸來計算熱的傳遞，那么實際所造成的熱損失并不會高于此。熱傳遞損失在建筑外圍護結構中主要來自于窗戶安裝、屋檐、屋脊、天花支撐、地板、基礎等地方。在熱橋值的計算中，應從內部到外部的尺寸進行，并對于建筑物理的影響及造成的熱損失傳遞進行評估。

3.5高效率熱回收通風系統

一般建筑采用自然開窗通風換氣，但被動式建筑中，需要采用帶熱交換功能的新風系統進行通風換氣。新風系統是被動房必不可少的設備系統，它的主要作用是通風換氣的同時，減少熱量流失，增加室內舒適度。能夠控制空氣溫度，避免霉菌生成，抑制異味，過濾室內外空氣，使室內空氣保持清潔。被動房內的溫度20～25度，濕度40～60%，室內CO2含量低于1000ppm，要達到這樣的舒適度條件，需要帶換熱功能的新風系統。能量回收通風系統的核心設備，吸收欲排出室外的蓄含熱量的室內廢氣（20℃）中的絕大部分熱量， 預熱吸入的室外新鮮低溫冷空氣（0℃），達到（18℃）后，送入室內各個房間。

4.建議

在國外被動式建筑的建設有很多實踐經驗，只是簡單的應用國外的建筑設計，特別是保溫、窗戶、遮陽的節點設計，在不同地區直接拷貝應用是不可行的。被動式建筑不是高科技技術與昂貴材料的堆砌，而是要做到真正的普及。因此，被動式建筑的建造，應吸收當地的建筑傳統，充分利用當地的資源，才能建設出更多的、讓公眾消費的起的被動式建筑。

5.結束語

被動式建筑是當今世界領先的低碳節能建筑，具有概念先進，系統性強，研究、測試完整，技術、模式成熟，應用、建造實踐豐富的顯著特點，在目前世界各類節能建筑中具有領先的技術和成本優勢。然而要達到理想的舒適性要求，必須重視設計、施工、監測等所有環節的質量體系控制，加強相互之間的交流、配合，才能建造出性能優異的被動式建筑。

參考文獻：

[1]馮康曾、田山明、李鶴.被動式建筑.北京：中國建筑工業出版社，2017.endprint